文昌某气田开发项目作业安全风险分析

刘兴华

中海油安全技术服务有限公司 湛江分公司（广东 湛江 524057）

1 工程概况

1.1 安全评估风险范围与评估目的

文昌某气田群位于中国南海，是我国第一个自主设计建造的为香港供气的气田[1]。海上油气生产平台的造价高昂，海域远景复杂多变，因此风险分析与风险管理在海洋石油行业受到高度重视[2]。为保证海上石油生产安全，有必要对海上生产平台关键作业环节进行风险分析与评估[3]。

文昌气田群开发工程项目整体实施过程中为重大高风险作业，容易引起可燃气体的泄漏或造成火灾爆炸的危险事故，导致人员伤亡。根据工作人员现场工作经验与知识积累，辨识出开采过程中海洋平台的重大风险作业主要有：平台导管架安装作业、水下井口施工作业、平台不停产改造作业、项目涉及的重要设备和设施单机调试作业、工程项目联合调试作业及试生产作业。

由于气田所在海区水深一般在130～150 m，平均约140 m，水深较深，海床附近的湍流起伏大，导致海洋平台面临着复杂的环境载荷。因此，在海洋平台建造过程中需要对各施工作业处的危险性与稳定性进行综合评估，以保证海上平台开发的施工安全。主要针对施工过程中辨识的危险与有害因素进行评估分级，并提出针对性的预防对策与措施，降低施工、作业期间风险，为海洋平台作业提供必要的评估依据与预防措施。

1.2 评估方法与风险等级判定

危险源辨识方法（HAZID 法），是一种系统化、覆盖面广的风险评估方法，常应用于项目的初步设计阶段，用于评估项目的早期风险，评估结果将作为详细设计的重要依据[4]。这是一种对生产过程中危险根源采用分析与识别方法，按照不同危险属性对其进行分类，对危险发生的原因、频率等高风险因素进行定性分析，以对项目当中存在的各种危险源有全面的了解，从而预防控制重大灾害事故的发生[5]。危险源辨识分析步骤如图1所示。

图1 危险源辨识分析步骤

作业风险评估法（TRA 法），适合于作业任务多、涉及多个工作组、多个承包商单位的复杂作业。本次工程项目涉及到多种作业类型与工作小组交叉作业，采用TRA方法对作业过程进行风险辨识、风险等级确定并采取相应的安全控制措施，使作业风险控制在可接受范围之内。

风险矩阵法是一种有效的风险评估方法，通过风险等级判定后筛出无关紧要的因素[6]。风险等级判定是在安全管理过程中识别风险重要性的一种结构性方法[7]，用基本的量化手段，对判断的每一个风险都用一个值表示，并根据这个值来判断风险是否在可接受的范围之内。每个识别的危害风险等级由以下公式计算[8]：

风险等级（R）=危害因素导致后果的严重程度（S）×产生这种后果的可能性（P）。

其中，危害因素导致后果严重程度与产生这种后果的可能性的分值评估结果[9]见表1和表2。

表1 风险等级表

表2 风险程度判别表

2 文昌9-2/9-3/10-3 平台作业风险分析

2.1 导管架安装作业

导管架海上安装过程分为4 个阶段，分别是称重阶段、装船阶段、拖航阶段、海上安装阶段，以及多项辅助作业如动火作业、电气作业、吊装作业等。整个导管架安装作业过程中涉及面广、作业数量多[10]。因此需要对此作业进行专门的作业风险评估，其中高风险评估结果见表3。

表3 导管架安装作业高风险辨识与评估

为了抑制或消除导管架在海上安装过程中存在的危险因素，建议如下：

1）项目组要求施工方对以上风险等级较高的关键因素制定相应的控制措施及检查表，针对不同的控制措施进行检查确认，排除隐患。

2）在施工之前要对施工人员进行培训与宣贯，让所有参与人员清楚每项作业存在的风险因素，降低风险等级。

2.2 水下井口施工作业

水下井口施工作业对整个钻井作业的安全及顺利施工至关重要，其中出现任何一个问题都会导致水下井口失稳,造成水下井口严重偏斜甚至井眼报废[11]。施工作业事故树分析步骤：①熟悉水下井口作业流程；②调查系统发生的事故；③确定事故树顶层事件；④调查所有相关原因事件；⑤事故树作图；⑥事故树分析；⑦制定措施。根据事故树分析步骤，将海底管道施工泄漏作为事故树的顶层事件，构建泄漏风险事故树,如图2 所示，风险代码与名称见表4。

表4 海底管道泄漏风险代码与名称

图2 泄漏风险事故树

在事故树中，各个底层事件的发生可能导致顶层事件的发生[12]，在作业过程中均需要重点关注。建议如下：

1）作业前须对作业人员进行技能培训，做好技术交底、明确作业方案，作业过程中严格按照既定的安装程序进行并保持良好沟通。

2）机械三通、三明治阀安装完毕之后，应进行试压测试，确保密封条件达到作业要求。

2.3 不停产改造作业

为了满足文昌气田凝析油和水混合外输至某平台，需要对平台进行相应改造作业,主要的改造作业内容为增加立管及清管球收球筒。平台不停产工程改造工作在当前降本增效的大背景下，既能满足新建装置的投产需求，又尽可能在施工期间不影响当前正常生产，达到产值最大化的工程改造目标[13]。本次改造作业风险分析主要从平台改造风险、改造期间停产风险以及改造作业过程中的辅助作业风险3方面分析。

2.3.1 平台工程改造风险分析

平台工程改造期间容易出现不停产状态下火灾、爆炸等恶性事故的发生。通过故障树分析法对平台改造期间产生火灾与爆炸的原因进行分析，从而为平台安全设计与技术制定提供相应依据，达到提高平台安全使用寿命的目的。

如图3 所示，根据顶事件确定原则，以“平台发生爆炸”作为顶上事件，再以“火灾发生爆炸”和“超压发生爆炸”作为子顶上事件继续分析产生事故原因，以此类推对整个故障树进行分析，并用逻辑门符号链接相关原因事件。本故障树中共有34 个底层子事件，图中各符号所代表的事件名称见表5。

表5 平台爆炸风险代码与名称

图3 平台发生爆炸事故树

通过事故树分析，得出了3个一阶最小割集、78个三阶最小割集，55个四阶最小割集，7个五阶最小割集。事故树中存在的3 个一阶最小割集与78 个三阶最小割集是对平台影响最直接的风险，因此需要安全技术人员加强对这些风险的管理，提升平台系统的安全系数。

对事故树的进一步分析可以发现，平台发生火灾与爆炸等事故的原因可以归结于油气泄漏、动火作业等火源和油气管线、罐体安全附件的失效，应加强对引起这些原因的底事件管理，以预防平台事故的发生。

2.3.2 工程改造期间停产的风险

由于平台海上不停产工程改造过程中，平台原有设备仍处于通电运转，管线内存在有高压介质及燃油、润滑油等物质[14]，而改造施工也同步进行，各工种都在进行施工作业，特别是在危险区域的热工作业，改造过程中，稍有疏忽，就会造成原生产系统停产、作业人员伤亡和设备损坏[15]。为了确保工程改造过程中原生产系统能正常生产，以原生产系统停产为目标事件，运用事故树原理进行分析，找出导致停产的主要因素并进行相应的风险分析。

根据顶事件确定原则，以“停产”作为顶上事件，再以“手动关阀导致关停”和“仪表系统控制关停”作为子顶上事件继续分析产生事故原因，以此类推对整个故障树进行分析，并用逻辑门符号链接相关原因事件。本故障树中共有19个底层子事件，如图4所示，图中各符号所代表的事件名称见表6。

表6 平台停产风险代码与名称

图4 平台发生停产事故树

通过事故树分析，得出了19 个一阶最小割集。通过最小割集定性分析，确定了平台发生爆炸事故的薄弱环节。通过进一步分析，确定了引起平台发生停产的主要关键因素，即是人为关停、仪表控制系统改造和由于动火作业导致火气系统的关停，应在此基础上加强对人员管理的控制以预防事故的发生。

2.3.3 改造过程中辅助作业的风险分析

在平台工程改造作业，主要的改造作业内容为增加立管及清管球收球筒。因此主要的作业包括动火作业、电气作业、吊装作业、高空舷外作业、靠船作业、交叉作业等。这些辅助作业在调试过程中使用频率高、风险较大[16]，主要是专业技术人员作业时出现的问题。应对作业人员的作业资质进行严格检查，重点岗位人员应具有相关作业经验。此外，建议做好安全教育培训工作。

2.4 重要设备和设施单机调试作业

根据作业风险评估（TRA）方法要求和重要设备和设施单机调试步骤，将整个单机调试作业划分为以下阶段：单机调试前准备阶段、单机调试阶段、单机调试结束阶段。且在设施单机调试过程中，可能涉及到多项辅助作业，如动火作业、电气作业、吊装作业、交叉作业。这些作业风险性较高，在风险辨识过程中皆需考虑。调试过程中出现的高风险因素见表7。

表7 单机调试高危风险评估表

对识别的高危风险采取措施如下：

1）所有作业人员必须进行相关资质证书检查，并在调试作业前，组织专题单机调试作业风险分析，使所有参与该作业人员清楚其中风险及预防措施，使调试作业团队分工明确，工作步骤和责任落实到具体的人。

2）使用专业人员对调试的设备、设施进行全面检查，排查、消除存在的故障或缺陷，对调试所需材料、能源介质准备情况等进行检查核实，加强对能源介质输送管道、电缆线路的巡查，确认其满足调试使用要求。

2.5 联合调试作业

联合调试作业是对生产准备的实践检验，需要在投产方案及调试大纲的指导下严格进行[17]。在满足系统完整性的条件下，通过联合调试作业发现并解决在各个工程部分的遗留问题，以保证设备的正常运行[18]。只有调试工作顺利完成，项目才具备向生产准备组交接的条件。平台需要进行调试的设备主要有：应急柴油发电机、空压机、泵类、柴油吊机、过程控制系统等。

首先根据联调施工方案及相关经验，进行了联调作业过程中的危险有害因素辨识，并根据危险源类型，将危险源分为自然环境、调试过程风险、辅助作业风险和管理风险4个类别。其次根据联合调试作业过程风险，着重对停产事件进行事故树分析，将联合调试停产事件作为事故树的顶层事件，构建泄漏风险事故树，同时关注每个底层事件，建议如下：

1）调试作业前需对作业人员进行技能培训，建立调试组织机构，做好技术交底、明确调试方案；调试过程中严格按照既定的调试程序进行并保持良好沟通，在调试过程中为防止意外应制定紧急情况下的预防措施和应急措施。

2）对需调试的设备、设施进行全面检查，排查、消除存在的故障或缺陷，确认所有设备技术参数、性能等符合调试要求。

3）设备调试中的开、停机检修排故作业必须严格执行“挂牌”制度。调试人员必须到调试现场对电源、气（汽）源、中高压水、油类、消防联锁、电闸等的开关、阀门、闸刀、操作手柄等处进行“挂牌”确认。盲板抽堵也要实行“挂牌”。

2.6 试生产作业

海上试生产作业是对整体海上设备联合运转情况进行检验，是否满足生产需求，并且各施工环节遗留的问题都会暴露出来。只有试生产工作顺利，项目才具备由生产准备组移交作业公司的交接条件。海上试生产作业的主要内容包括：工艺系统气密试验、工艺系统水压试验、开井、海底管线通球、ESD 关断测试、系统惰化、海管试压、模拟运转、管线吹扫，其中高风险因素见表8。针对以上内容进行危险源辨识，分析得出危险因素主要分为自然环境因素、调试过程危险因素、试生产辅助作业风险因素、管理因素4种。

表8 试生产作业高风险因素评估表

3 结论

采用危险源辨识法、风险矩阵法、作业风险评估法对文昌9-2/9-3/10-3 气田群开发工程重大作业进行风险辨识、风险评估，定性、定量分析得到以下结论：

1）采用多种方法相结合，对不同重大项目采用不同方法评估，改变了单一方法评估的局限性，确定了风险因素类别与重要程度，并提出相应的解决办法，为文昌9-2/9-3/10-3 气田群开发的施工安全评价与安全管理提供了依据。

2）导管架安装作业、水下井口施工作业、重要设备和单机调试作业产生高风险主要原因是工作人员的经验不足或设备故障；平台工程改造时产生的平台爆炸主要是火源和安全附件失效所引起的，停产的主要原因是人为关停、仪表系统改造与动火作业；联合调试作业除了人员培训与设备故障问题外，还需对检修作业实行严格的“挂牌”机制；试生产作业的高风险主要由于开井与工艺系统气密性测试时未按照正确流程方案实施。

因此，在实行重大作业的高风险作业施工前必须要对专业人员做好培训，技术交底，明确作业方案，做好沟通交流，严格按照规程实施一系列的操作；并做好应急管理工作及信息化施工，防患于未然。