基于FSA和FTA的平台吊装过程风险分析

穆璟宝

【摘 要】吊物坠落是引起海上钻井平台破坏事故的大概率事件，给平台的安全带来重大威胁。文章以某自升式钻井平台作业甲板区域吊装作业为研究对象，应用FSA的方法，对其坠物风险的因素进行识别，并通过FTA和AHP相结合的方法对风险进行评估，为降低平台坠物风险的决策提供参考建议。

【关键词】FSA;FTA;平台吊装

【中图分类号】TE951.02 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）10-0105-03

随着我国经济的高速发展，对石油等资源的需求也日益增加，自2017年开始，我国就已经超越美国，成为全球第一大石油消耗国，其中超过60%的石油需要进口，资源的对外依赖度非常高。相较于陆地，海上石油气资源储量较大，勘探和开采的程度都较低，但近年来随着对海上石油气资源开发的深入，各类钻井平台的事故也频繁发生，其中由坠物引起的事故占事故总数量的34.8%，数量上所占比重最大，对平台具有很大的安全威胁[1]。相较于国外，我国对坠物事故的研究起步较晚，1992年发生在“渤海6号”上的坠物击穿事故引起了国内对这方面研究的重视[2]。

1 综合安全评估（FSA）概述

综合风险评估法始于20世纪70年代，主要用于核电厂、化工厂等拥有重大安全责任的工业部门的安全分析[3]。1988年英国北海的Piper Alpha平台发生的爆炸事故，造成了惨重的损失，进而推进了风险评估在海洋工程领域的应用[4]。为了能够综合、全面地考虑影响船舶与海上平台作业时安全的各方面因素，需要对风险、费用、受益进行评估，提出有效的风险控制措施。作为一种结构化和系统化的风险分析与费效评估方法，综合安全评估（FSA）在制定国际海事组织（IMO）规则的应用越来越广泛[5]。

根据IMO推出的综合安全评估法（FSA）应用指南，其框架主要由下述5个步骤组成[6]（如图1所示）：①危险识别;②风险评估;③风险控制方案;④费用与受益分析;⑤为决策提供参考建议。

2 自升式平台坠物碰撞风险识别

风险识别的目的是对研究对象的系统进行评估，对所有可能存在的风险进行识别并排列出危险程度的清单，为下一步的风险分析评估打好基础。对于平台吊装过程中的坠物碰撞的风险识别，分析吊机在何种工况下可能会发生坠物事故更重要，因此需要对自升式平台坠物碰撞风险的影响因素进行分析。

故障树分析（FTA，Fault Tree Analysis）是一种广泛应用于复杂的系统工程中的安全性、可靠性的分析方法。它属于一种介于定量分析和定性分析两者之间的方法，通过故障树，可以清晰地展示事件发生的逻輯关系，并找出事故发生的主要原因[7]。

针对某作业于我国南海的自升式钻井平台，以吊机坠物碰撞为顶事件，查阅相关文献资料和参考统计[8]，调研听取该钻井平台相关设计、运营管理人员的意见，确定引起坠物碰撞的影响因素主要包括关键结构焊点失效、关键设备运行故障和防脱钩装置失效，具体故障树如图2所示。

确定基本事件发生的概率如下：q1=0.000 3，q2=0.002，q3=0.001，q4=0.008，q5=0.000 1，q6=0.001，q7=0.004，q8=0.002，q9=0.000 02，q10=0.005，q11=0.000 4，q12=0.002，q13=0.01，q14=0.000 02。

将故障树按照自上而下的方式进行代换，求出其最小割集，并用布尔代数方程式进行等效转换。顶事件，即吊机坠物发生的概率，计算公式如下。

公式（1）中，k为最小割集的个数;l为基本事件的序号;q1为序号为1的基本事件发生的概率;l∈kr表示总数为k第r个最小割集中的第i个基本事件;l≤r

3 自升式平台坠物碰撞风险评估

为了对自升式平台坠物的碰撞风险进行正确的评估，需要确立合理的评价标准体系，该体系是由诸多影响因素构成的一个整体，因素之间是相互联系又相互制约的，建立该体系应遵循系统性、合理性、定性与定量相结合、针对性和独立性5个原则。除确定各事件发生的概率外，还需要确定每个事件的重要程度。

层次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP），是美国匹兹堡大学教授Satty.T.L提出的一种用于处理多要素、多层次的评价系统的分析方法，通过采用定性和定量相结合的方式，可以解决对复杂系统的评价问题[9]。该方法的主要步骤如下：①确定系统评价问题的各个要素;②根据评定尺度，对各个要素的重要度进行两两比较，对比较的结果建立判断矩阵，并进行一致性检验;③通过计算，确定各要素的相对重要程度，即权重。

影响自升式平台坠物的碰撞风险的因素和层次都较多，各要素相对重要程度可以由层次分析法获得。本着更科学、合理、符合实际的情况建立指标体系，采用向平台相关设计、建造、管理方面的专家发放调查问卷的方式，对回收的调查表信息进行归纳整理和总结，对每个单一影响因素进行求解，并完成一致性检验，最终得到较为科学合理的单因素测度权重。

构造的判断矩阵见表1，表示对上一层某因素、本层次某因素之间重要的比较。

为了使层次分析法的决策判断定量化，采用标度表对上述形成的判断矩阵进行度量（见表2）。

指标权重的计算方法即计算判断矩阵的特征根及特征向量，对判断矩阵B，满足计算其特征根及特征向量，计算公式如下。

公式（2）中，λmax为B的最大特征根，W为与λmax相对应的正规化后的特征向量，W的分量Wi即为相对应因素单排序的权值，即权重。

最终每个事件的重要度应以其发生的概率和因素单排序的权值表示，计算公式如下。

公式（3）中，Ic[l]为每个事件要素的重要度;g（q）为每个事件要素发生的概率;Wi为每个事件要素的单排序的权值，即权重。通过计算，每个基本事件的重要度见表3。

通过基本事件的重要度可以看出，是否配备防脱钩装置、防脱钩装置的性能及可靠度是最重要的基本事件，对减少自升式平台的坠物风险起重要作用，因人为因素造成的吊机失效及焊接节点的失效也是重要的因素。同时，坠物事故的风险来自人为失误和系统、结构失效等多种因素的影响，为降低事故的风险，不仅需要提高设备的稳定性，还需要完善系统、设备的检查制度，提高其可靠性，同时需要加强对操作人员的规范管理，通过归纳总结提出降低自升式平台发生墜物碰撞事故的主要措施：{1}采用防脱钩装置，且加强对其及其他设备的检查维护，保证其可靠性;{2}加强对捆绑方法的设计及吊物焊点的施工规范及监测规范;{3}提高现场施工、操作、管理人员的通信质量，规范相关操作;{4}重视现场操作、管理人员的安全教育，加强技术、管理规范培训。

4 结语

自升式平台是目前应用最广泛的钻井作业平台，是我国海洋石油气资源开发的主力军，而坠物碰撞是平台安全作业的主要威胁之一，针对某作业于我国南海的自升式钻井平台，应用综合安全评估方法，针对其坠物碰撞存在的风险因素进行识别并采用故障树分析法和层次分析法相结合的方式对各个因素进行评估，为今后平台在进行海上石油气资源开发时风险管理的决策提供参考建议。

参 考 文 献

[1]郝灜.物体坠落对平台甲板冲击破坏的判据研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009.

[2]志虎.水下无损检测技术综述[J].无损检测，1997，19（9）：266-268.

[3]秦炳军，张圣坤.海洋工程风险评估的现状和发展[J].海洋工程，1998，16（1）：14-22.

[4]王晓燕.海洋工程的安全风险评估研究[J].山东科学，2005，18（5）：43-47.

[5]秦庭荣，陈伟炯.综合安全评价（FSA）方法[J].中国安全科学学报，2005，15（4）：88-92.

[6]中国船级社.船舶综合安全评估应用指南[Z].北京.中国船级社，1999.

[7]刘利琴，金伟晨.基于FTA方法的浮式风机基础——塔柱系统定量风险分析[J].中国海洋平台，2009，34（1）：79-87.

[8]HOSEYNABADI H A，ORAEE H，TAVNER P J.Fa-ilure modes and effects analysis（FMEA） for wind turbines[J].International Journal of Electrical Power and Energy Systems，2010，32（7）：817-824.

[9]吴兆麟，朱军.海上交通工程[M].大连：大连海事大学出版社，2004.