張全解 王清 王小娟（山東省青島理工大學汽車與交通學院）

油田企業(yè)設備設施風險定量分析與管理

張全解 王清 王小娟（山東省青島理工大學汽車與交通學院）

設備設施風險管理是油田企業(yè)安全生產工作的重要組成部分，由于設備操作的復雜性，設備工藝的連續(xù)性和生產介質的高危險性，導致設備設施運行的高風險性，因此設備設施風險管理有著舉足輕重的地位。本文以油田企業(yè)運行階段的設備設施為研究對象，通過構建設備設施風險指標體系，從提高風險評價的精確性角度入手，建立設備設施風險定量分析與管理規(guī)則。涉及油田企業(yè)安全工作的多項內容，并將當前風險的影響提升到一個相對更高的層次，對提高整個油田企業(yè)生產管理體系的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。

油田設備 固有風險 當前風險 風險定量分析

引言

現(xiàn)代油田企業(yè)中，生產工藝連續(xù)化、自動化和設備設施大型化、集約化大大提高生產能力的同時也引起整個生產系統(tǒng)危險有害因素的活躍，并導致生產事故發(fā)生概率持續(xù)增加，事故后果嚴重程度不斷升高。

大多數(shù)事故都與設備設施故障或不安全運行有著密切的聯(lián)系，如振動、過熱、腐蝕、磨損造成的泄漏、刺漏，氣液凍堵、雜質堵塞引起的憋壓、超壓等等。設備設施故障是導致重大事故的主要因素，然而在油田企業(yè)生產體系中，從化工原料到最終產品大多是具有易燃、易爆、有毒、腐蝕的危險化學品，同時還伴有高溫、高壓的生產介質，導致各種設備設施事故誘發(fā)因素變得更為復雜。對油田企業(yè)事故的統(tǒng)計分析表明，雖然事故發(fā)生數(shù)量有逐年下降的趨勢，但是在設備設施大型化、集約化發(fā)展的驅使下，事故危害性和每起事故平均損失的不斷增加，并且事故的停產損失大多高于直接財產損失[1]， 這 不 僅 對 企 業(yè) 經 濟 帶 來 巨 大 打 擊 ， 更 具 有 非常消極的社會影響。在這樣一個龐大的生產系統(tǒng)中，實現(xiàn)對設備設施這一要素的風險分析管理是必要而急切的。

1 設備設施風險體系

對于設備設施風險管理這樣一個復雜的系統(tǒng)，若要保證其穩(wěn)定高效地運行，就必須分清系統(tǒng)層次結構，并在此基礎上針對各個層次分析系統(tǒng)與系統(tǒng)、系統(tǒng)與要素以及要素與要素之間的信息關聯(lián)和相 互 影 響 。 風 險 （Risk）=可 能 性 （Probability）×嚴 重 性 （Severity）。 在 風 險 評 價 過 程 中 ， 風 險 要 素可以視為兩個相互獨立的部分分別進行剖析和進一步地分解，并對分解后的各個分項指標進行統(tǒng)計運算和定量分析，最終在風險等級評定時加以權值的分配及量值的綜合。設備設施風險可以根據(jù)事故發(fā)生可能性和事故后果嚴重性，劃分為設備設施固有風險和當前風險兩項一級指標，并且通過進一步的剖析和分解得到設備設施風險等級評定的九項二級指標 （圖1）。

圖1 設備設施風險指標體系層次

2 設備設施風險分析規(guī)則

設備設施風險分析規(guī)則是對各項風險指標定量計算方法的綜合，以設備設施風險指標體系為基礎，針對兩級各項指標制定相應的定量計算方法。

2.1固有風險分析規(guī)則

固有風險分析規(guī)則的確定采用道化學和蒙德法的定量評價思路，對固有風險各項指標先進行定性分析，再給以量化處理，達到對設備設施風險進行初始評價的目的。由于四項指標對設備設施固有風險具有不同程度的影響，所以在綜合四項指標計算固有風險值時，須對各項指標分配權限，得到各項指標的風險值及各自對固有風險的權系數(shù)后，可按照公式（1）量化設備設施固有風險。

式中：

Rg——設備設施固有風險值；

Fi——各項指標的風險值；

ωi——各項指標對固有風險的權系數(shù)。

為確保設備設施風險定量評價的準確性與合理性，下面設備設施固有風險四項指標的定量分析采用百分制，作為對各項指標風險值的定量計算的量化標準。

2.1.1 設備類型基本風險

對設備類型基本風險將從是否特種設備、用途和功能、檢維修難易程度、購置安裝總費用四方面展開分析，風險值由各分項值求和得到 （表1）。

表1 設備類型基本風險

設備類型基本風險定量評價表，針對各分項內容設定了取值范圍，可采用先定性后定量的方式確定。同時，設備設施風險管理人員也可以分項內容的取值空間為參考，根據(jù)實際情況和歷史經驗進行設備類型基本風險值的選取以及維護和管理工作。

2.1.2 工藝節(jié)點基本風險

對工藝節(jié)點基本風險將從發(fā)生事故對人員環(huán)境的影響、發(fā)生故障對生產的影響、運行狀態(tài)、負載狀態(tài)四方面展開分析，風險值同樣由各分項值求和得到 （表2）。

表2 工藝節(jié)點基本風險

工藝節(jié)點基本風險中，事故異常對人員環(huán)境及生產的影響作為工藝節(jié)點基本風險指標的關鍵和主要內容占有決定性比重。此外，持續(xù)超負荷運行的設備設施，其自然具有相對較高的風險，可通過增加工藝節(jié)點基本風險相應地提高設備設施所需的關注度。由于生產的需要，設備設施運行和負載狀態(tài)很有可能會產生變動，運行狀態(tài)甚至由間斷運行轉變?yōu)檫B續(xù)運行，或者出現(xiàn)加大設備負載的情況，受此影響，工藝節(jié)點基本風險值也會有相應的變化。

2.1.3 設備處置介質風險

設備處置介質風險的定量分析可從介質的道化學物質系數(shù)、毒性系數(shù)和物質數(shù)量三個方面入手：道 化 學 物 質 系 數(shù) 取 值 為 1～40； 毒 性 系 數(shù) 取 值 為 1～40； 物 質 數(shù) 量 取 值 為 1～1.25。 設 備 處 置 介 質 風 險 值由道化學物質系數(shù)與毒性系數(shù)的加和乘以物質數(shù)量獲取。

2.1.4 設備工藝操作風險

設備工藝操作風險采用道化學及蒙德法進行分析，將其分為一般工藝操作風險和特殊工藝操作風險，并對各分項的取值范圍進行了調整 （表3），以適應設備設施固有風險百分制的定量標準。

設備工藝操作風險定量分析是對設備內部物質狀態(tài)危險性的一種描述并用數(shù)值的形式加以定義和表達，其一般及特殊工藝操作風險是影響事故后果嚴重程度的重要因素，如高溫引起的燙傷，高壓引發(fā)的應力腐蝕、機械傷害等。

表3 設備工藝操作風險

2.1.5 固有風險指標權限分析

關于設備類型基本風險、工藝節(jié)點基本風險、設備處置介質風險和設備工藝操作風險四項二級指標對設備設施固有風險權系數(shù)的分配，采用模糊層次 分 析 法 確 定[2-7]。 通 過 構 造 比 較 判 斷 矩 陣 ， 并 由 判斷矩陣一致性檢驗確定數(shù)據(jù)的可靠性。最后設備類型基本風險、工藝節(jié)點基本風險、設備處置介質風險以及設備工藝操作風險四項指標，對設備設施固有 風 險 的 權 限 值 分 別 為 0.120、 0.056、 0.581、0.243。

2.2當前風險分析規(guī)則

當前風險是對設備設施風險的補償評價，根據(jù)設備設施風險指標分析，當前風險從監(jiān)控管理執(zhí)行情況、供應商可靠性信息、設備設施運行時間、設備問題故障比率以及安全技術管理措施五個方面展開分析，為設備設施總風險的定量計算提供補償性評價系數(shù)。其計算公式如下所示。

式中：

Rd——設備設施當前風險系數(shù)值；

Fi——各項指標系數(shù)值。

對于當前風險評價系數(shù)的確定，參照道化學和蒙德法中關于安全措施補償系數(shù)的量化思路，對公式 （2）中 的 各 項 系 數(shù) 取 接 近 1 的 值 ， 其 中 監(jiān) 控 管理執(zhí)行情況、供應商可靠性信息、設備設施運行時間和設備問題故障比率四項指標對應的補償系數(shù)取大于或等于1的值，而安全技術管理措施補償系數(shù)取值小于或等于1。

2.2.1 監(jiān)控管理執(zhí)行情況

設備設施監(jiān)控管理執(zhí)行情況評價系數(shù)的確定根據(jù)監(jiān)控類型分別考慮，由于定期監(jiān)控、運行測試、法定檢驗和檢維修對設備設施安全穩(wěn)定運行具有不同程度的影響和意義，因此，各項監(jiān)控類型相應的重 要 性 系 數(shù) 值 如 下 ： 定 期 監(jiān) 控 為 1.05、 運 行 測 試 為1.10、 法 定 檢 驗 為 1.18、 檢 維 修 為 1.25。 此 外 ， 各項監(jiān)控類型的執(zhí)行對設備設施風險的影響還需考慮時效性。

綜上設備設施監(jiān)控管理執(zhí)行情況評價系數(shù) F5可通過下式計算獲取。

式中：

F5——監(jiān)控管理執(zhí)行情況評價系數(shù)；

ki——各項監(jiān)控類型重要性系數(shù)；

n——監(jiān)控計劃連續(xù)未執(zhí)行次數(shù)。

2.2.2 供應商可靠性信息

設備設施供應商可靠性信息評價系數(shù)，是通過計算同一供應商提供的相同類型設備設施的報廢率、設備設施附件類別和工藝比重來確定的。報廢率可由下式得：

式中：

η——確定供應商可靠性信息的設備設施報廢率；

C0——與設備設施質量相關的報廢數(shù)量；

C——在用總量與報廢總量之和。

設備設施類別比重系數(shù)，專屬附件為2，通用附件為1。對于某些設備附件，雖然是專屬附件，但是對主設備的工藝生產功能并無重要影響，如一些專用溫度檢測儀、流量計量儀等；相反，某些通用附件由于所在工藝位置非常重要，如工藝流程體系中一些生產或存儲設備的旁通閥、泄壓閥等，故其供應商可靠性對主設備風險具有較高比重。根據(jù)設備設施附件的工藝地位，由高到低確定工藝比重系 數(shù) 分 別 為 0.10、0.05、 0.02。

根據(jù)設備設施報廢率以及設備附件對主設備風險的比重，可通過以下計算式確定設備設施供應商可靠性信息評價系數(shù)。

式中：

F6——供應商可靠性信息評價系數(shù)；

η——主設備報廢率；

ηi——設備設施附件報廢率；

n——設備設施附件數(shù)量；

xa——設備設施附件類別風險比重系數(shù)；

kb——設備設施附件工藝風險比重系數(shù)。

2.2.3 設備設施運行時間

對設備設施運行時間評價系數(shù)的確定以運行時間和故障率的二維曲線圖為依據(jù)，并按照功能或工藝位置將油田企業(yè)設備設施分為生產設備和存儲設備兩大類，通過對兩類設備的分別考慮完成這一指標 的 定 量 分 析[8-11]。 根 據(jù) 設 備 設 施 投 入 使 用 時 間 便可確定設備設施當前所在壽命周期階段，進而確定各階段的系數(shù)值。生產設備磨合期、穩(wěn)定期、損耗期 分 別 為 1.08、 1.02、 1.15， 存 儲 設 備 穩(wěn) 定 期 、 損耗 期 分 別 為 1.01、 1.12。 設 備 設 施 運 行 時 間 評 價 系數(shù)即為設備設施當前所在壽命周期階段的風險系數(shù)值。

2.2.4 設備問題故障比率

設備設施不同級別的問題故障對設備設施風險具有不同程度的影響，需要根據(jù)問題故障的級別給以不同的比重系數(shù)，并綜合反映到設備問題故障比率的評價系數(shù)中。設備設施問題故障可分為五個等級 ， 各 級 風 險 比 重 系 數(shù) 分 別 為 ： 輕 微 0.4、 一 般0.6、 中 等 1.2、 嚴 重 2.0、 非 常 嚴 重 3.0。 根 據(jù) 各 問題故障級別的比重系數(shù)，以及設備設施監(jiān)控管理提供的各級別問題故障次數(shù)，可通過以下計算式確定設備問題故障比率評價系數(shù)。

式中：

F8——設備問題故障比率評價系數(shù)；

ki——問題故障各級別風險比重系數(shù)；

ni——問題故障各級別發(fā)生次數(shù)；

t——主設備運行時間，d。

2.2.5 安全技術管理措施

從以上當前風險指標的定量規(guī)則來看，由于各項指標的系數(shù)值均為大于或等于1的數(shù)，補償性評價在設備設施固有風險的基礎上增大了設備設施的風險。根據(jù)風險指標分析，安全技術管理措施評價系數(shù)需從技術、管理兩個方面，工藝控制、標準處置程序、崗位人員安全培訓、應急資源配備四個角度展開定量分析，沿著降低設備設施風險的方向為定 量 計 算 提 供 補 償 性 評 價 系 數(shù)[12-15]。 通 過 各 項 安 全補償系數(shù)的乘積確定安全技術管理措施評價系數(shù)。

2.3油田企業(yè)設備總風險的定量計算

設備設施固有風險決定了設備設施事故后果的嚴重性，而設備設施當前風險則決定了設備設施當前發(fā)生事故的可能性或事故造成嚴重后果的可能性。根據(jù)風險的定義，設備設施總風險即為固有風險和當前風險的乘積，即設備設施風險初始評價值乘以補償評價系數(shù)，可得計算式如下。

式中：

R——設備設施總風險值；

Rg、Rd——設 備設施 風 險 兩 一 級 指標；

Fi——設備設施風險九項二級指標；

ωi——設備設施固有風險各項指標權限。

在 通 過式 （7）得到設 備 設 施總風 險 值后， 可針對定量計算結果對設備設施加以風險等級劃分，使相關管理人員對其所轄設備設施目前的風險程度具有更加直觀的認識和了解。設備設施總風險的等級評定及風險值范圍設定如表4所示。

表4 設備設施總風險值等級劃分

3 總結

油田企業(yè)設備設施風險的定量分析以道化學和蒙德法對生產工藝單元的危險定量方法為依據(jù)，對設備設施固有風險和當前風險進行定量和定性分析。在此基礎上，通過對設備設施固有風險四項指標的權限分析，融合實際經驗這一積極的要素，在設備設施當前風險的定量分析中，不僅考慮了安全措施補償系數(shù)，而且將設備設施監(jiān)控管理、供應商可靠性、投入使用時間、問題故障比率列入了設備設施風險補償評價之中；強調了人員的生產管理活動對設備設施風險的影響，系統(tǒng)可以通過設備設施風險管理將油田企業(yè)的人員和設備有序結合，進而提高整個生產管理體系的穩(wěn)定性和安全性。

[1]錢伯章.近年世界石化事故損失統(tǒng)計[J].石油煉制與化工,1993(6)．

[2]張 吉 軍.模 糊 層 次 分 析 法（FAHP）[J].模 糊 系 統(tǒng) 與 數(shù) 學, 2000,14(2)．

[3]許樹柏.層次分析法原理[M].天津:天津大學出版社, 1988．[4]高輝,李慧民.工程質量風險的模糊層次分析[J].西北建筑工程學院學報(自然科學版),2002,19(1):52-55．

[5]姚 敏,張 森.模 糊 一 致 矩 陣 及 其 在 決 策 分 析 中 的 應 用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,1998,18(5):78-81．

[6]周艷美,李偉華.改進模糊層次分析法及其對任務方案的評價[J].計算機工程與應用,2008,44(5):212-214．

[7]張黎,張波.電氣設備故障率參數(shù)的一種最優(yōu)估計算法[J].繼電器,2005,33(17):31-34．

[8]李 瑞 瑩,康 銳.基 于 ARMA 模 型 的 故 障 率 預 測 方 法 研 究[J].系統(tǒng)工程與電子技術,2008,30(8):1588-1591．

[9]董晟飛,馬秀紅.基于回歸分析的故障率預測模型[J].國外電子測量技術,2005(5):28-29．

[10]陳卓.基于時間序列的設備缺陷預測的研究[D].遼寧工程技術大學,2005．

[11]師立晨,多英全,曾明榮,等.安全措施在定量風險評價中量化表征的研究[J].中國安全生產科學技術,2010, 6(1):73-77．

[12]李民,謝國山.定量風險評估技術在石化裝置中的應用[J].當代石油石化,2007,15(8):29-32．

[13]青 島 安 全 工 程 研 究 院.石 化 裝 置 定 量 風 險 評 估 指 南[M].北京:中國石化出版社,2007．

[14] ReynoldsJ T． TheApplicationof Risk-Based Inspection Methodology in the Petroleum and Petrochemical Industry[J].ASME PVP,1996，336: 125-134．

[15]AmericanPetroleumInstituteRisk-BasedInspection Base Resource Document API 581[S]. FirstEdition,2000,5．

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.012.014

2013-08-25）

張全解，碩士 （在讀），從事油田企業(yè)設備安全管理 和 監(jiān) 控 工 作 ，E-mail： zhang_quanjie@163.com， 地 址 ： 山 東 省 青島市四方區(qū)撫順路11號青島理工大學，266033。