基于BowTie模型的海洋钻井平台热工作业风险分析及对策研究

曹洪亮工程师

(中国石油集团海洋工程有限公司钻井事业部，天津300451)

0 引言

石油、天然气的易燃、易爆和海洋环境的特殊性决定海洋钻井平台热工作业一旦失控发生火灾爆炸事故，逃生和救援的难度极高。在世界海洋石油工业历史上，因热工作业安全措施不当曾多次引发火灾爆炸重特大事故，如1988年7月6日的英国北海派帕阿尔法(Piper Alpha)采油平台爆炸火灾事故，造成167人死亡；2001年3月15日，投产不到一年、价值4.5亿美元的巴西龙卡多油田P-36半潜式采油平台发生爆炸后翻沉，造成11人死亡；2005年7月27日下午，印度最大的石油钻采平台失火坍塌，印度全国石油天然气产量锐减1/3；2010年4月20日夜间，位于墨西哥湾的深水地平线号钻井平台发生爆炸起火，36h后平台沉入海底，11人失踪，原油泄漏长达3个月；2013年4月27日，中国渤海湾某平台进行原油储罐维修作业时，D储罐发生闪爆，造成2人死亡，该油田停产；2015年4月1日凌晨墨西哥湾坎佩切(Campeche)区域的一个海上平台因电焊作业引燃泄漏的天然气突发大火，造成3人失踪，4人死亡，45人受伤，约300名工人从平台紧急撤离。从这些事故可见，海洋石油平台火灾爆炸事故很容易造成财产损失、人员伤亡及环境污染等严重后果[1]。本文将BowTie分析法应用于海洋钻井平台热工作业风险分析中，基于BowTie模型分析海洋钻井平台热工作业事故，构建相关的BowTie模型图，从系统角度出发，对海洋钻井平台热工作业事故发生的原因、预防措施、顶级事件、控制措施、潜在后果等进行全面深入的剖析。

1 BowTie分析法简介

BowTie分析法[2-3](也称为“蝴蝶结分析法”)

是基于“三角模型”以蝴蝶结的方式进行风险分析。BowTie方法主要用于风险评估、风险管理及事故调查分析、风险审计等。可以更好地说明特定风险的状况，以帮助人们了解风险系统及防控措施系统。在BowTie模型分析中，以顶级事件为核心，向前分析导致其发生的可能原因(事故树分析)，向后分析顶级事件发生后可能的后续事件(事件树分析)，再针对性地设置屏障进行防控(瑞士奶酪模型)。BowTie分析法从危险源、顶级事件、威胁和后果的相互关系详细说明风险，用屏障来描述组织已采取何种措施控制风险。针对顶级事件，分析可能引发顶级事件的所有危险因素(即威胁)和顶级事件发生后可能导致的后果；对每一个威胁，设置防止顶级事件发生的主动控制屏障(位于顶级事件的左侧)；对每一后果，设置防止顶级事件造成不利后果的被动控制屏障(位于顶级事件的右侧)，最终建立顶级事件的BowTie模型，如图1。

图1 BowTie模型示意图Fig.1 The schematic diagram of the BowTie model

BowTie分析法以逻辑化结构图的形式来构建蝴蝶结形的风险模型[4]，结果清晰明确，简单易用。海洋钻井平台热工作业事故BowTie图的另一突出特点是综合运用主动和被动2种风险控制措施。海洋钻井平台热工作业条件复杂多变，路径和各项控制措施之间并不是独立的，在构图过程中可以充分运用BowTie分析法演绎及推理的功能优势，针对热工作业风险进行辨识、预防、减缓及控制，进行全面的定性分析，为热工作业过程中可能出现的险情做好积极应对。

2 基于BowTie模型的海洋钻井平台热工作业风险及对策

海洋钻井平台热工作业主要是电焊、气焊、气割、切割、打磨、除锈以及其他使用热或产生热的工作和可能产生火花的工作。《海洋石油设施热工(动火)作业安全规程》(SY 6303-2016)对热工作业的级别划分、审批、检查、监督等均做出了明确规定，从多个角度规范海洋钻井平台热工作业高风险管理要求[5]。利用BowTie模型分析时，直接把热工作业事故作为顶级事件，以顶级事件为基础，分析列出热工作业事故原因、预防措施、潜在后果、控制措施等。

2.1 事故原因及屏障分析

海洋钻井平台热工作业事故原因有很多，且具有多因素叠加、突变等特点，本文主要从员工技能、劳动防护、易燃易爆气体保护、设施完整性等多方面进行辨识、整理、归纳，主要事故原因及屏障分析如下：

(1)员工技能方面主要风险有：岗位业务知识不足；应急逃生等技能不足；设备安全操作经验不足；电焊机、切割机、砂轮机等热工作业设备使用不当或未进行设备启动前安全检查，造成人员伤亡。

针对以上原因，应积极开展岗位技能知识培训，做好岗位员工能力评价，必须确保人员经过技能培训合格方可操作；需要操作设备时，应做好设备启动前安全检查，确保安全防护部件完好后方可启动操作。

(2)劳动防护方面主要风险有：电气氩弧光造成作业人员眼部受伤；弧光高温、高温工件容易造成人员伤害；打磨过程中，碎屑飞溅，作业人员未带护目镜；个人劳动防护能力差，未正确穿戴或使用劳动防护用品。

针对以上原因，海洋钻井平台热工作业应选择合适的电气焊焊接工艺，尽量避免使用产生弧光的焊接工艺；划定热工作业区域，做好警示标识，无关人员严禁进入作业区；落实热工作业许可制度，按照作业分级[6]，执行作业许可审批，做好作业风险管控，安排专人旁站监督；持续加强员工安全意识宣贯，严格按照现场作业要求，正确穿戴具有绝缘、隔热、防辐射功能的工服、工鞋、安全帽、眼镜、面罩等劳动防护用品，方可实施热工作业[7]。

(3)易燃易爆气体保护方面主要风险有：氧气乙炔管线破损、漏气；未进行气体含量检测；阀门破损、漏气；焊接易燃易爆或化学试剂等容器；焊接、切割作业产生有害气体易导致人员中毒。

针对以上原因，应及时开展工作前安全分析，确定风险控制措施及应急处置措施；在作业前及作业过程进行设备设施、作业环境检查，合理布置氧气乙炔管线路由，整个作业过程由专人对作业区域可燃气体含量进行检测，作业区域保持良好通风；必须清除作业部位及附近区域的可燃性气体、油漆、稀释剂、棉纱等易燃易爆物品，对附近的油气管线、容器采取有效的隔离和保护；在储存、输送过易燃易爆物品和化学药品的舱、罐、桶、管线及其他设施上进行的作业，作业前必须进行隔离、卸压、清洗、通风、检测；同时，应在热工作业施工区域放置监火专用灭火器，并确保平台消防系统处于待命状态。

(4)设施完整性方面主要风险有：电焊把线和接头漏电；焊接压力容器或管线表面之前未完全卸压，造成压力突然释放；电气焊作业枪口被堵，造成回火。

针对以上原因，作业前要做好安全检查，确保卸压完毕；岗位员工规范操作电气焊设备设施；氧气乙炔瓶安装止回火装置。

2.2 事故后果及屏障分析

海洋钻井平台发生热工作业事故后，应立即采取应急处置措施减少损失，一旦处理不及时，会导致更严重的后果。主要从人员受伤、火灾爆炸、设备损坏等方面进行对策研究，主要包括但不限于以下内容：

(1)人员受伤：因热工作业事故，发生人员触电、中毒或物体打击等人员受伤时，应立即对热工作业设备设施进行断电，转移伤员到安全区域，必要时立即对昏迷休克员工进行心肺复苏急救。同时，现场人员立即通知海洋钻井平台中控室、平台值班干部，第一时间呼叫驻平台专职医生。医生立刻携带医疗急救器材，到事故现场抢救受伤人员，根据现场作业及人员受伤情况，决定就地抢救或将伤员抬到医务室进行抢救。紧急情况下，立刻启动应急直升机进行紧急救援，运送伤员到陆地专业机构进行治疗。

(2)火灾爆炸：热工作业过程中，发生火灾、爆炸时，要立即停止相关作业，启动火灾、爆炸应急预案，利用现场灭火器处置初期火情，组织平台消防队到达现场进行灭火，防止发生次生灾害，必要时及时调动陆地应急资源进行紧急救援；及时排查火灾、爆炸原因，如有易燃易爆气体泄漏，应立即采取措施进行关闭。

(3)设备损坏：热工作业过程中，设备设施发生损坏时，要立即停止作业，查找故障原因，及时排除隐患，修复、更换损坏的设备，杜绝设备带病运行，以免发生人员伤亡、环境污染等事故。

2.3 建立BowTie模型图

用BowTie分析法对热工作业事故进行全面分析，对热工作业事故的原因及产生的后果会有一个直观认识。BowTie模型图中针对每项原因列出的预防措施和针对每个后果列出的控制措施，可使防范热工作业事故的工作职责清晰、责任明确，利用BowTie模型图能够清楚地了解到在热工作业事故形成的路径上，哪些已经采取控制措施，哪些还没有采取措施，或哪些措施还不够完善，为提升HSE监督管理提供有力帮助。结合以上分析结果，全面构建海洋钻井平台热工作业事故BowTie图，如图2。

2.4 BowTie模型应用实践

该模型已在中国南海神狐海域天然气水合物试采过程中得到成功应用，确保整个试采过程中热工作业的安全运行。2017年5月18日，国土资源部中国地质调查局宣布，在中国南海神狐海域天然气水合物(可燃冰)试采获得成功，这标志着中国成为第一个在海域实现可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。由于水合物自身特性，整个试采作业过程中，热工作业风险极大，面临巨大挑战，相应管控措施的研究与制定显得极为重要[8]。项目启动前期，由于海洋深水水合物的开采存在一系列安全环保风险，作业危险系数极高。国际上关于深水水合物开发尚处于探索阶段，没有针对水合物开发系统的风险评估方法和成熟的安全保障技术，关于水合物开发设备风险预防与控制技术还很薄弱，预防和控制事故的经验还很欠缺，也没有建立完善的水合物开发应急保障技术[9]。

为确保项目高效运行，该项目应用BowTie模型理论，建立试采项目各重要设备和工序的安全屏障模型，确定关键设备系统12个、关键工序13个，辨识危害因素722项，评价出重大危害因素73项，制定风险控制措施1 952项、应急控制措施619条，构建BowTie模型76个。其中，就水合物气体泄漏风险定量分析和控制技术方面，通过建模分析，确认水合物试开采作业过程中可能发生水合物气体泄漏的场景，同时利用BowTie分析方法，细化、完善安全风险控制措施，建立水合物气体泄漏风险管控模型及热工作业BowTie模型，最终确定在钻台、试采区布设6套无线可燃气体连续监测系统，配置16套便携式可燃气体探测器及热工作业管控程序等主动控制屏障，积极落实各作业岗位风险控制责任，有效预防热工作业过程中存在的风险，为项目提供安全保障，确保试采不中断、连续试采60天的世界纪录。

3 结论

(1)海洋钻井平台热工作业事故BowTie模型图中针对每项原因列出的预防措施和针对每个后果列出的控制措施，便于识别每一个作业环节的风险。该模型图覆盖整个热工作业过程，梳理热工作业事故的诱因、发展、控制、应急等，并明确负责人，将风险因素与安全控制形成系统化模型、可视化管理，用一张图表直观清晰地展示了该类事故的整个流程，采取以预防为主的方针，从源头制定切实有效的防范控制措施，有效指导热工作业全过程风险管控，将热工作业事故损失和影响降到最低，有利于提升海洋钻井平台热工作业安全管理，也为海洋石油企业处理该类事故从全局角度提供一种新的方法。

(2)基于BowTie模型的分析方法在风险定量分析方面还有一定的局限性，后期可将矩阵法、LEC法等定量或半定量风险分析法与BowTie分析法相结合对热工作业风险进行深入辨识和剖析，探讨影响海洋钻井平台热工作业风险的组织、管理、设施、人员、应急、隐患等方面因素，量化不同阶段、不同条件下，可能导致顶级事件发生的概率，对事故原因以及后果进行评判，从而确定风险控制的薄弱环节；另外，还可对每一个屏障增加“干扰因素”及“干扰因素屏障”，精准防控热工作业风险，为预防和管控海洋平台热工作业事故的发生提供技术保障。