海上石油平台定量风险评估.pdf

3 8 李奇 等海上石油平台定量风险评估 2 0 0 7年 1 2月 文章编号 1 0 0 1 4 5 0 0 2 0 0 7 0 6 0 0 3 8 0 5 海上石油平台定量风险评估 李 奇 ， 牟善军 ，姜 巍巍 ， 刘德 辅 1 ． 中国石化青 岛安全工程研究院， 青岛 2 6 6 0 7 1 ； 2 ． 中国海洋大学， 青岛 2 6 6 0 0 3 摘 要 介 绍 了定 量 风 险定 义 、 评 估 过 程 、 量化 的 风 险 结 果 和 风 险 标 准 。结 合 埕 北 1 2 C 平 台 进行 了定量风险评估， 并提 出了风险降低措 施， 为平 台的安全 生产提供 了重要 的指导意义 。 关键词 风险 ； 危险识别 ； 失效频 率分析 ； 失效后 果分析 ； 定量风险评估 中图分类号 P 7 5 文献标识码 A 随着海洋经济时代的到来 ， 人类在海洋上的作业越来越多， 海洋石油平 台已成为海上广为流行的离岸建 筑 物 ， 并 且 由过去 的 固定式 导管 架平 台发 展 为活动 式 、 张 力腿 式 ， 由浅水 逐 渐 向深 水 发 展 。海 洋石 油 平 台的 可靠 性显 得 尤为重 要 。一旦 结 构失效 ， 不仅 会 造 成 巨 大 的经 济 损 失 ， 而 且 还 会 有 严 重 的 人 员伤 亡 和 环 境 污 染 。目前 ， 挪威、 英 国等海上石油强国已经拥有了比较完善的海上石油设施风险评价体系。我国海上石油工 业起步较晚， 但 随着我 国渤海二号翻沉 7 2人死亡 ， J e v e S e a 钻井船在莺歌海的倾覆 8 1人死亡 ， 珠江口惠 州铺管船翻沉 2 2人死亡 ， 以及其他海难事故 ， 也充分显示了海上石油平台风险评估 的重要性 。 海 上石 油设 施属 于重 大危 险源 之列 ， 对海 上 石油设 施 开 展风 险 评估 技 术研 究 是 海 上设 施 风 险 管理 的重 要构成部分， 也是海洋减灾防灾体系的基础要素 。目前， 我国海上石油作业及其相关设施的建设尚属发展时 期， 海上石油设施的风险管理体系尚未建立 ， 适用我国海上设施 的风险评估技术更是缺乏 。建立一套海上石 油设施的风险评估体系， 对于建立我国的海上设施风险管理和监督体系具有重大意义。 l 定量风险评估 1 ． 1 定 量风 险定 义 风险评估技术作为企业风险管理的核心 ， 是统筹考虑系统本身的复杂性 、 关联性 和不确定性 ， 对其存在 的风险作概率和后果分析 ， 进而评价系统 的安全状况 ， 为安全管理提供可靠依据和科学指导。定量风险评估 是对某一设施或作业活动 中发生事故的失效频率和后果进行表达的系统方法 ， 也可 以讲它是一种对风险进 行 量化 管理 的技 术手 段 。在定 量 风险评 估 中风 险 的表 达式 为[ 2 R一∑ _厂 C i 1 i 式中厂 表示事故发生的频率； C 表示该事件产生的预期后果。 在风险评估过程中， 衡量风险通常考虑以下 3个方面 人员风险 包括 团体风险和个人风险 、 环境风险 和财产风险。 目前 ， 在安全方面的评估 中对于定量风险评估一般采用人员风险作为衡量指标 。 1 ． 2定 量风 险评 估过 程 定量风险评估作为风险评估技术之一， 基本过程包括 调研 、 资料收集 、 危险辨识、 对危险发生频率 的评 估 、 对危险产生后果的评估和风险评估等过程 ， 海上 石油设施 的生产活动中存在着许多危险 ， 如火灾 、 井 喷 、 落 物 、 碰 撞 、 平 台结 构 失效 等 。这些危 险都严 重威 胁着 安全 生产 。通 过定 量 风险评 估 ， 把每 一类 危 险从 其 失效 频率 和失效 后 果两 个方 面进 行量 化 。如果 一个 事件 可 能 导致 多个 结 果 ， 则采 用 事 件 树 的方 法 来 进行 风 险计算。风险的最终结果用人员风险来量化最终 的风险值。定量风险评估的基本过程， 见图 1 。 收 稿 日期 2 0 0 7 0 3 2 6 作者简 介 李奇 1 9 7 6 一 ， 男 ， 硕士 ， 工程 师。从事石油 工程 风险评估 。 维普资讯 第 2 2 卷第 6 期 中 国海洋平台 3 9 量化 的风 险水平 是 否在 可 以接 受 范 围之 内 ， 是 否 需要 额 外 的安 全系统 来将 风 险降低 到一 个尽 可 能低 的水平 或 可 以承受 的 程度 ， 这需要根据风险接受准则来进行 比较。由于我国 目前还 没 有 一 个 统 一 的风 险 接 受 准 则 ， 因 此 ， 一 般 采 用 AL AR P As L o w As R e a s o n a b l e P r a c t i c e 原则 图 2 作 为 唯 一 可 接受 的 风 险原 则 。AL AR P原则 要 求 尽 可 能 降 低 风 险 ， 同 时这 样 低 的 风 险程 度应该 是 能够实 现 的 ] 。 AL ARP原则用途是作为使风险降低到最低合理可行的一 个准 则 ， 可 以这 样理解 1 风险水平超过容许上限， 除特殊情况外该风险无论 如何 不能被接受 ， 该平台方案不能通过 ， 现存平台必须停止运营。 2 风险水平低 于容许下限 ， 该风险可接受 ， 无需采 取安全 改进 措施 。 3 风险水平在容许上限和下 限之间， 即在 AL AR P区是介 于可 接受 风险 和不 可接 受风 险之 间 的可实 现 的风险 范 围 。处 在 这个 范 围内 的风险应 满 足 使 风 险水 平 “ 尽 可 能 低 ” 这 个要 求 ， 来 尽可能的降低风险水平 。 1 ． 3定 量风 险表 征 人员风险一般表示为人员死亡的风险 ， 对 于人员风险的团 体风险 P L L 和个人风 险 I R P A 分别定义如下[ 4 ] 团体 风险 它衡 量 的是作 业对公 司 、 对行 业 或 者社 会 的风 险 。社 会 风 险 的 表述有许多种 ， 对于海上设施来讲最经常用的是“ 潜在丧生的可 能性” 。P L L定义为每年死亡 人数 的长期评 价值， 用数学表达 式表 示 为 P L L一∑ N 2 图 1 定量风险评估的基本过程 图 2 AL ARP原 则 式 中 为事 故 i 发 生 的频 率 ； N 为事故 i 发生造 成 死亡 的人 数 。 P L L衡量的是作为一个整体的一群人所面临的风险， 它并不能够详细地指 出哪类人员更有可能遭遇风 险 。在 对不 同风 险消减 措施 的有效性 进行 评 价时 ， 最恰 当的方法 是对 它们 的 P L L 值进 行 比较 。 个人 风险指 的是“ 个 人每年 的 风险” 。这 一指 标考 虑 了个 人 暴露 于 风 险 的平 均时 间 ， 基 于 平 台上 的配 员 水 平 ， P A 值 的估 算如 下 D T T T I RPA P O B丽1 3 式 中 丁为每 个人 在海 上停 留 的平均 时 间 ， 以小 时计 ； P OB 为平 台上 人员 的配 备数 。 在海上石油工程定量风险计算 中， 对人员死亡风险常采用以下 3类进行统计 1 立 即死亡 由于意外事 故导致人员的直接死亡 ； 2 逃亡死亡 人员从最初的事件 如火灾或爆炸 发生地逃生或从相邻区域逃生的过 程 中的死亡 ； 3 撤离 死亡 在事 故发 生期 间 ， 人员 在撤 离期 间和 营救 期 间发生 的死 亡 。 定量 风险 评估作 为 一种 工程 技术 手段 ， 揭示 了意 外事 故 发 生 的机理 和 各 种 防护 措 施 在事 故 发 生 过程 中 的作 用 。 2 埕北 1 2 C井组平 台的定量风 险评估 利用定量风险评估的方法对埕北 1 2 C平台进行风险评估 ， 评估 的主要 目标是要确定平台的设计是否满 足一系列标准中所规定的性能要求 ， 其中包括 将海上工作人员的个人风险进行量化； 确定出主要的风险要 维普资讯 4 0 李奇等海上石油平 台定量风 险评估 2 0 0 7年 1 2 月 素 ； 针对 有关 的风 险标 准对平 台风险水 平 进行评 估 ， 最后 根据 需要 提 出风险 控制措 施 建议 。 2 ． 1 埕 北 1 2 C井组 平 台 埕北 1 2 C井组平 台的能力按 6口井设计 ， 油层均为馆陶组上段 ， 初期为 自喷生产， 停喷后靠电潜泵或裸 杆泵采油， 生产的油气经加热计量后进海底管线井 C B I 2 B井组平台输送至埕岛中心一号平 台。原油计量采 用质量流量计计量 ， 原油计量温度必须大于 5 0 ℃， 计量时应将磁翻板油管路关闭， 且待油气分离稳定后方可 计量。气体计量采用旋进旋涡流量计计量， 量气时应将磁翻板量油气 出口关 闭。原油与天然气都将通过三 通 调节 阀汇 合后 进海 底管 线 。 2． 2危 险辨识 危 险识 别是 对可 能导 致伤 亡 的情况 进行 确定 的一 个系 统过 程 。定量 风险 评估 总 的危险 识别 是 为了对 需 要 进 行定量 模 拟 的失 效情 况进 行选 择 ， 对 可 能 发生 事 故 的一个 量 化 的 审查 过 程 。针 对 埕 北 1 2 C平 台 ， 采 用 系统 的危 险识别 方法 识别 出的危 险有 工艺 泄漏 、 立管 泄漏 、 井 喷 、 碰 撞 、 极 端海 况 下 的结 构 危 险 和非 工 艺 火 灾危 险等 。 2 ． 3失效 频 率分析 失效数据是定量风险评估 的基础 ， 目前定量风险评估 中失效频率的评估一般都是基于历史失效数据进 行的。事故的频率主要是通过事故发生的次数和装置暴露的密度来计算 ] 。 事 故 频 率 一 主 譬 次 ／ 台 年 4 本次评估 中对工艺泄漏 、 立管泄漏等危险采用 了 O RE D A数据来进行分析。OR E DA主要是根据海 上 石油设施上的设备 的维护 、 检测和试验报告等得到的一些可靠性数据。大部分数据来源于英国和挪威的有 关部门， 由挪威 1 0家主要的石油公司完成 。数据库中对于不同类型和不同失效模式的部件 以 9 0 的置信 区间表示了部件的失效频率。 对于极端海况下平台结构的失效频率采用了多维联合概率 的方法进行求解 。平 台结构系统在多个 荷载作用下整体倾覆的概率 P ， 即多元随机变量 的联合概率密度在失效域的积分， 可表达为求解下面的联 合概率问题 P f l l ⋯I ， x 1 ， x2 ， ⋯， x ， R d x1 ， d x 2 ， ⋯， d x 5 o 式中 f X ， X ， ⋯ ， x ， R为联合概率密度 函数 ； X ， X ， ⋯ ， x 分别表示风 、 浪、 流、 冰等环境荷载对平 台 产生 的倾覆荷载效应。 实际工程中 ， 利用重点抽样法来在结构可靠度分析时计算失效概率 P 。 下面以只有两 个 独立 随机 变量 一结 构抗 力 R与 荷载 效应 S的二维情 况作 简要 说 明 。设 R， S为统 计独 立 的随机 变量 ， 其 均 值与标准差分别为 、 s及 、 s 。 极 限状态方程为 则 可 靠度指 标 一 ,u z 一_rt l R 丽 m S Z R S 一 0 6 7 O Z为安全裕度 Z的均值与标准差。 对 R与 s作标准化变换 ， 在标准化坐标系中， 的几何意义是 自原点至 失效界面的垂直距离 ， 即最短距离 。 通过 可以找到设计验算点 失效概率最大的点 ， 把该点取为重点抽样 密度 函数 h z 的均值点。 2 ． 4失效后 果分 析 后果评估是定量风险评估 中必需的一部分。后果分析主要是通过使用一些理论模型来预测事故 的影响 范 围。与后 果相 关 的理论 模 型有 泄漏 源模 型 、 扩 散模 型 、 爆 炸 模 型 、 热 辐射 模 型 等 。现 在 ， 多 数 后 果模 型 都已经实现了计算机化 ， 可以使用一些商品化的软件来进行计算。在风险评估中， 利用这些理论模型可以确 定 事故 的各种 结 果对人 员 、 环境 和财 产损失 的影 响 。 例如对于海上石油平台易燃物质泄漏 ， 后果分析主要有 以下几方面 1 泄漏量计算 包括泄漏数量、 速 维普资讯 第 2 2卷第 6期 中 国海洋平台 4 1 率 、 持续时间等 ； 2 泄漏扩散计算 ； 3 引燃可能性计算 ； 4 火灾辐射计算 ； 5 爆炸计算 。火灾辐射计算根 据泄漏的物质、 点燃的时间、 充满的区域和泄漏压力等分为喷射火、 池火或扩散火和闪火 3种类型， 图 3是喷 射火的辐射通量图。 } 捌 溪 DH V Ne p t un e T o o l k i t CBl 2 平台 } 、 一 ． f ＼ - 一l 。 ＼ - - -／ 1 ． j { ＼ { l ＼ 卜 ＼ ＼ 、 ～ ，_ -J 5 - l 0 - 5 0 5 l 0 J ， 2U ． 2 0 0 4 J u n 1 0 1 0 4 3 4 6 距 离 胜利海上评估工艺过程评估 气体泄漏 图 3 气体 中孑 L 泄漏喷 射火 的辐射通量图 2 ． 5埕 北 1 2 C平台风 险结 果 通过以上对埕北 1 2 C平台存在主要危险的风险评估 ， 汇总如下 见表 1 ， 表 2 。 表 l埕北 1 2 C平 台的 团体风 险 表 2 C B 1 2 C平台的个人风险 固 皿 维普资讯 4 2 李奇等海上石油平台定量风险评估 2 0 0 7年 1 2月 通过 上面 可 以看 出 ， 平 台埕北 1 2 C的风 险为 团体 风 险为 1 ． 1 1 0 ； 个 人 风 险为 6 ． 3 l 0 。 根据 AL ARP准则 ， 只把个人风险为判定依据 ， 尽管“ 团体风险” 超过了“ 容许上 限” ， 但是埕北 1 2 C平台 的 I R P A值 6 ． 3 l 0 小 于 AL ARP的 1 ． 0 1 0 ， 所 以 ， 整个 平 台的风 险处在 可接 受 的范 围之 内 。 2 ． 6埕 北 1 2 C建议 措施 根据风险评估 的结果 ， 建议采取以下风险降低措施。 1 针对工艺设备和立管泄漏的风险， 建议对平台上的工艺设备和管道采用一套完整的检验程序进行 检验 ， 以降低工艺设备和管道的泄漏频率 。同时， 在评估过程中发现虽然设备 和管道都涂着防护层 ， 但是有 很多地方涂层质量较差 ， 在海上很容易形成腐蚀环境 ， 从而加快设备的腐蚀 ， 造成设备和管道的失效 。建议 使用基于风险检验 Ri s k b a s e d I n s p e c t i o n ， 即 R B I 的方法对这些工艺设备和管道进行检验， 或对设备实行 在线的无损检测 。R B I 技术以风险为基础 ， 通过设备失效机理和风险的分析来确定设备检验 的方法 、 检验周 期 和检 验程 度 。 2 建议尽量减少修井期间在井 口平台的工作人员， 通过减少人员数量来降低井喷的风险 。 3 碰撞风险在整个平台风险中占有较大比 例， 日常生产管理中要着重控制好海上船舶与平台的碰撞。 参 考文献 E l i R ． G． B e a e t a 1 ．Q u a l i t y As s u r a n c e i n B u i l d i n g a n d O p e r a t i o n o f Ma r i n e S t r u c t u r e s ．Re p o r t f o r I S S C Vo 1 ． 2 ． S t ．J o h n ’ S ． Ca na d a ． Se p t e mbe r ，1 99 4 1O O～ 1 1 4． [ 2 ] NT S ．N OR S O K S t a n d a r d ．R e g u l a r i t y Ma n a g e me n t a n d R e l i a b i l i t y T e c h n o l o g y ．Z --0 1 6 ， 1 9 9 9 1 7 ～2 2 ． E 3 ] Ke n n e d B ．“ AL A R P i n P r a c t i c e An I n d u s t r y Vi e w” ．Of f s h o r e S a f e t y C a s e s C o n f e r e n c e ．HS E ．Ab e r d e e n ．1 9 9 3 2 0 5 ～ 21 0 ． E 4 ] J a n E r i k Vi n n e m．O f f s h o r e Ri s k A s s e s s me n t P r i n c i p l e s ．Mo d e l l i n g a n d Ap p l i c a t i o n o f QR A S t u d i e s ． Kl u we r Ac a d e mi c Pu bl i s h i e r s ． 1 9 99 2 01 ～ 2 09 ． E s ] P i t b l a d o ． R ．8 L Tu r n e R ．“ Ri s k An a l y s i s i n t h e P r o c e s s I n d u s t r i e s ” ． E u r o p e a n F e d e r a t i o n o f C h e mi c a l E n g i n e e r s ．I n s t i t u t i o n o f Ch emi c a l Eng i n e e r s ．Rug by ． UK． 1 9 955 6～ 65 ． [ 6 ] HS E ．“ T h e C o s t s o f Ac c i d e n t s a t Wo r k ” ．HS G 9 6 ．He a l t h a n d S a f e t y E x e c u t i v e ．HS E B o o k s ． S u d b u r y ． UK， 1 9 9 7 1 O ～ 2 O． [ 7 ] L i u De f u a n d D o n g S h e n g ，Un c e r t a i n t y a n d S e n s i t i v i t y An a l y s i s o f R e l i a b i l i t y f o r Ma r i n e S t r u c t u r e s ，P r o c e e d i n g o f t h e S i x t h I n t e r n a t i o n a l Of f s h o r e a n d P o l a r E n g i n e e r i n g Co n f e r e n c e ． 1 9 9 6 ． 3 8 O ～ 3 8 6 ． [ 8 ]L i u D e f u ．S o me P r o b l e ms o f T h e Re l i a b i l i t y An a l y s i s F o r C o a s t a l a n d O f f s h o r e S t r u c t u r e s ． J o u r n a l o f Oc e a n Un iv e r s i t y 0f Chi na ．1 9 95 ． [ 9 ] R e a s o n J ．“ Th e R e l i a b i l i t y o f Ma n a g e me n t i n D e c i s i o n Ma k i n g ” ．S e mi n a r R e l i a b i l i t y ． T h e R i s k o f Ma n a g e me n t ． I M e c hE． I ，on don ． 1 9 919 8～ 1 O3 ． OUANTI TAT I VE RI S K AS S E S S MENT oF THE oFFS HoRE PETRoLEUM PLAT L l Q i ， MU S h a n j u n ， d l A N G We iwe i ， L IU D e f u 1 ．S I N0PEC S a f e t y En g i n e e r i n g I n s t i t u t e ，Qi n g d a o 2 6 6 0 7 l ， 2 ．Ch i n a Oc e a n Un i v e r s i t y Of f s h o r e En g i n e e r i n g Co l l e g e ，Qi n g d a o 2 6 6 0 0 3， Ch i n a Ab s t r a c t Th i s pa p e r i nt r o du c e s t he d e f i n i t i on，p r oc e s s，r i s k v a l ue a nd r i s k s t a nd a r d o f t he q u a nt i t a t i v e r i s k a s s e s s m e nt ． The n，q u a nt i t a t i v e r i s k a s s e s s me n t o f CBI 2 i s c a r r i e d ou t ，a n d s o m e m e a s ur e s t ha t r e d uc e t he r i s k a r e o f f e r e d．So，i t c a n g ui d e t o t h e s a f e t y p r od uc t i on o f t he pl a t f o r m s ． Ke y wo r d s r i s k，h a z a r d i d e n t i f i c a t i o n ， f a i l u r e f r e q u e n c y a n a l y s i s ，f a i l u r e c o n s e q u e n c e a n a l y s i s ， q u a n t i t a t i v e r i s k as s e s s me nt 维普资讯