海上油田设施关键设备性能指标研究与应用

宋书贵，陈 涛，姚梦彪，孟凡磊

（中海油安全技术服务有限公司，天津 300457）

0 引言

预防重大事故的发生，避免人员、财产、环境和公司声誉的损失，确保稳定、安全生产是企业的基础目标，也是设备管理的重要内容。

目前国外对安全关键设备性能指标的研究比较成熟，并在石油行业中得到广泛应用。Rahul Dhar 指出安全关键设备（SCE）的全生命周期管理包括识别重大事故风险（MAH），识别能够引起、促成、预防或阻止重大事故事件的发生的SCE，并为已确定的SCE 制定性能指标（PS），分析了识别SCE 的过程，MAH、SCE、PS 以及PS 验证之间的关系[1]。Julien Marty 等探讨了SCE 的独立验证问题，同时指出识别SCE 和制定PS 是管理者和操作者的责任之一，管理者和操作者必须将此作为重要管理目标之一[2-3]。Matthew D.Tremblay 等研究了海上油田设施基于风险的验证（RBV）问题[4]，并给出了RBV 的实施过程。J A Healy 研究了安全关键设备在资产管理过程中的应用，给出了对安全关键设备的管理内容。

Total 公司针对安全关键设备识别在内部的管理文件中给予了明确要求，所有的项目都要进行SCE 识别。Shell 公司在2005 年发布了识别SCE 的指导手册。DNV 建立了详细的设备性能指标建立的程序。另外，Conocophillips、ABS 等均建立了SCE 管理的程序。

国内方面，中海油制定了性能指标的管理程序，并陆续开始在新建项目上应用安全关键性能指标进行试点，但总体来说，国内对相关领域的研究还比较薄弱。分析海上油田设施安全关键设备的识别和性能指标的建立，建立一套切实可行的方法，对海上油田设备设施的完整性管理具有重要意义。

1 相关概念

1.1 MAH 包含内容

（1）引起平台人员死亡或重大伤害的火灾、爆炸或危险物质泄漏事件。

（2）能够对装置结构或附属设备造成重大伤害的事件，以及使装置失去稳定性的事件。

（3）直升机碰撞平台。

（4）平台救逃生系统失效。

（5）导致5 个或以上平台人员死亡或严重受伤的事件。

1.2 SCE

引起或消除以及减缓MAH 的平台设备或相关因素，包括虽然不能直接导致MAH，但其失效能导致一系列的事件，进而引起MAH 的设备或单元。

1.3 PS

PS 是在平台全生命周期管理过程中，对系统、设备、人员以及风险管理程序进行的定性或定量要求的描述。PS 应当和系统、设备、风险管理程序等的需求相符，一般包含功能性、可用性、可靠性、生存性和交互性。

2 安全关键设备性能指标建立

2.1 安全关键设备性能指标建立步骤

通常，安全关键设备性能指标的建立分为3 个步骤，即安全关键设备识别，性能指标编写和验证（图1）。

图1 建立关键设备性能指标步骤

2.2 安全关键设备识别

安全关键设备识别过程如图2 所示，首先采用HAZID 方法，对设备设施进行危害识别和风险评价，进而确定重大事故危害（MAH）。SCE 识别的过程，就是确定设施内所有可以控制、预防、探测和缓解MAH 要素的过程。通常使用Bow-Tie 方法，画出相关的逻辑关系，然后对应设备台账，逐个识别关键设备，一旦确定MAH，SCE 就随之确定。采用HAZID 方法识别SCE，应当注意考虑3 点。

（1）确保相关的风险评价过程正确进行。

（2）确保相关的参考标准和文献适用。

（3）确保HAZID 会议符合要求。

2.3 性能指标编写

图2 安全关键设备SCE 识别过程

对于每一个识别出来的SCE，都需要制定其性能指标（PS）。制定性能指标首先要识别关键要素的目标、系统/设备描述和边界。PS 应该包含5 个部分。

（1）功能性。设备必须具备相关功能方可达到目标。

（2）可用性。设备在需要时可以正确发挥其功能。

（3）可靠性。成功执行的频率。

（4）生存性。若发生火灾、爆炸、振动、船舶碰撞等，或在极端天气条件下，相关设备保证正常运行一定时间的能力。

（5）交互性或相关性。保证一个或相关关键设备正常运行的能力。

性能指标可以是定性或定量的描述，制定性能指标的关键之一是确定某一关键设备要达到的目标。如应急关断阀的典型性能指标包括失效关闭，在一定时间内关闭，达到一定可用性。性能指标编写流程如图3 所示。

2.4 制定验证计划

对于每一个SCE，均应由第三方独立的、能力足够的人员进行性能指标验证。针对不同的性能指标，需要执行具体的任务和计划。验证计划有多种方式，例如可以采用检查表的形式，内容包括设定值，目视检查等确认性能指标。

验证计划将重点关注工程阶段，从设计、采购直到制造、安装、调试，以确认设备的性能达到预定的要求。验证计划列表将给出需要做什么、谁来做、什么时候做等详细信息。验证内容应包含以下部分。

（1）需要做什么。描述将要执行的检查活动，以验证每个性能要求是否达到规定的标准。

（2）检查活动的类型。如，检验、见证、审核，监控。

（3）检查活动的详细程度。如，样品抽查的比例。

（4）活动执行的频率（部分活动可能仅适用在初始阶段）。

（5）为了更好控制和报告，对每个检查活动进行编号（最佳的做法是与高风险的设备和性能要求的编码联系起来）。

（6）每个活动都应与一个具体的性能要求和高风险设备相关联。

（7）具体的文件和过程记录（如，计划性的维护活动，滚动的检验程序）是验证的基础，或是检查活动的部分参考。

图3 性能指标编写流程

验证的水平和详细程度，取决与安全关键设备的重要程度，典型的验证活动所关注的验证点见表1。

表1 典型验证活动内容

3 实例

以某正在建设的井口平台为例，识别其安全关键设备，制定相应的PS 及验证计划。平台安装完成后，作业区域为渤海海域中南部，平均水深27～33 m。

3.1 对平台进行风险评价，识别出相应的MAH

在危险识别过程，很难对一个范围很大的节点讨论所有的隐患。需要把整个项目分成多个节点。然后利用检查清单里的引导词，对各个节点反复讨论，以识别项目或装置的各种隐患。但是由于平台的特点和HAZID 方法需要从大方向考虑问题的特点，针对某平台在进行HAZID 分析时，可以对其进行节点划分，见表2。

表2 某平台节点划分结果

在完成对平台的节点划分之后，建立相应的引导词，以便于对平台进行系统的全方位的风险识别，表3 为进行风险识别时，确定的部分引导词示例。

表3 某平台HAZID 分析引导词

节点划分完毕后，HAZID 分析组长将对某一个节点，引导组员进行HAZID 分析。具体过程包括：

（1）组长向小组成员介绍该节点的具体内容，并回答组员的提问。

（2）小组成员评估每个引导词的适用性，删除不适用的引导词。

（3）组长使用经评估同意的引导词，向组员提问，以识别隐患潜在的原因和后果。

（4）对于识别出来的隐患，小组成员评估是否已经有适当的控制措施，进行预防或控制。

（5）在没有控制措施或控制措施不充分的情况下，小组成员对隐患的控制提出改进意见。

（6）技术秘书对所有的小组成员的所有讨论进行记录。

（7）讨论完成后，对该节点重复使用其他引导词。同时，一个节点讨论完后，转到下一个节点进行分析讨论。

分析完成之后，建立相应的风险分析报告表。在表中，某一危险源采取保护和控制措施之后的剩余风险值仍然较高时，就被视为重大事故危害。

经过HAZID 分析，识别得到某平台的MAH（表4）。

表4 某平台MAH

3.2 以平台设备开排系统为例，识别其是否属于SCE

安全关键设备（SCE）的目的是为了预防、控制或缓解重大事故发生的影响。其风险控制措施分为6 类。

（1）安全设计。通过设计来消除或降低风险。

（2）预防。降低失效发生的可能性。

（3）探测。在线监测或预报失效的发生。

（4）控制。限制风险的规模、强度和持续时间。

（5）缓解。缓解后果的严重程度。

（6）应急响应。溢油、解脱/拖航、火灾爆炸等场景应急方案。

SCE 的关键性是功能性分数、后果严重度分数和可替代性分数三者的乘积，其分类为高：12～18 分；中：6～11 分；低：1～5 分。

功能性分类及其分数分别为：①本质安全，3；②预防，3；③探测：3；④控制，2；⑤缓解，1；⑥应急响应，1。

后果严重度分类为：①中等（1 分），仅该SCE 安全功能的丧失不会造成人员的伤亡；②显著（2 分），SCE 安全功能的丧失可能导致人员伤亡；③重大（3 分）：SCE 安全功能的丧失将导致大量人员伤亡和严重装置损坏。

可替代性分类为：①否（2 分），当该部件失效时，没有其他有效部件、子系统、或主要系统能够执行其功能；②是（1 分），当该部件失效时，有一个其他部件，能够执行相似的功能，并满足性能指标的要求。

开排系统SCE 识别程序见表5。

表5 开排系统识别程序

3.3 制定相应的PS 及验证计划

首先通过识别的SCE 来制定对应的性能指标，包括：防止液体火灾通过开排漫延；防止可燃气通过开排聚集；防止蒸汽或可燃气通过开排扩散；确保排空大量应急排放（喷淋系统等），避免过度积累；防止烃类物质入海。开排系统性能指标见表6。针对不同的性能指标，制定相应的验证计划。开排系统验证计划见表7。

4 结论

（1）安全关键设备性能指标的建立分为安全关键设备识别，性能指标编写和验证计划的制定等3 个步骤。

（2）识别MAH 是识别SCE 的前提，根据识别出的MAH，结合设备台账和风险矩阵，逐项识别设备是否属于SCE。

（3）对于每一个识别出来的SCE，都需要从功能性、可用性、可靠性、生存性和交互性等方面出发制定其性能指标（PS）。

（4）每个PS 制定对应的验证计划和实施阶段。验证水平原则上由SCE 的关键性决定，其受资产、部件、生命周期阶段、公司规定和技术标准要求而不同。

本文以海上井口平台应用为例，阐述了安全关键设备的识别及其性能指标制定和验证的方法，旨在为海洋石油工程及其他油气田开展类似的工作提供借鉴，对设备设施全生命周期的安全管理具有重要意义。

表6 开排系统性能指标

表7 验证计划