劉 坤 何 娜 王 堯 張 毅 徐 峰

（1.中國石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術監(jiān)督研究院）

（2.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院）

我國《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出2015年天然氣能源消費比將從2010年的4%增長到8.3%，同時天然氣供需缺口也在持續(xù)增長。在我國天然氣總儲量中，高含硫氣藏儲量約占1／6，而目前僅開發(fā)了15%，因此要解決我國日益增長的天然氣需求，在未來幾年內(nèi)我國將對高含硫氣田進行重點開發(fā)。由于高含H2S的特殊性，氣田在開發(fā)過程中的安全問題也越來越得到政府和行業(yè)部門的重視，作為工程前期工作之一的安全評價也就顯得尤為重要［1－3］。通過承擔普光、羅家寨、鐵山坡和龍崗這些高含硫氣田開發(fā)的安全預評價工作，逐步形成了一套針對高含硫氣田的安全評價技術，可以為我國高含硫氣田安全高效地開發(fā)提供技術支持。

1 常用安全評價程序和方法

1.1 安全評價程序

目前，安全評價程序主要依據(jù)安全評價導則進行，針對工程建設項目的安全評價，其評價程序一般如圖1所示。從圖1可以看出，常規(guī)的評價程序是一種直線型的流程：根據(jù)前面分析出的問題，在后面提出相應的措施和建議，最后形成評價結論。因此，這種評價程序就缺少一種反饋問題的思路，不能明顯地體現(xiàn)解決問題的過程，特別是在提出補充安全對策措施后，不能對工程安全風險的變化情況進行分析。

1.2 評價方法

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局所編制的《安全評價》（第3版）中介紹的評價方法主要有安全檢查表法、預先危險性分析法、危險指數(shù)法、事故樹法和定量風險評價法［4］。

1.2.1 安全檢查表法（SCA）

SCA是系統(tǒng)安全工程的一種最基礎、最簡便、且應用廣泛的系統(tǒng)危險性評價方法。為了查找系統(tǒng)中各種設備、設施、物料、工件、操作、管理和組織措施中危險、有害因素，事先把檢查對象加以分解，以提問或打分的形式，列表逐項檢查。通常是將現(xiàn)行國家法律法規(guī)、行業(yè)標準規(guī)范作為檢查的依據(jù)。

1.2.2 預先危險性分析法（PHA）

PHA是在某項工作開始之前，為實現(xiàn)系統(tǒng)安全而對系統(tǒng)進行的初步或初始的分析，包括設計、施工和生產(chǎn)前，首先對系統(tǒng)中存在的危險性類別、出現(xiàn)條件、導致事故的后果進行分析，其目的是識別系統(tǒng)中的潛在危險，確定其危險等級，防止危險發(fā)展成事故。

1.2.3 危險指數(shù)法

危險指數(shù)方法是評價人員對幾種工藝現(xiàn)狀且運行的固有屬性（以作業(yè)現(xiàn)場危險度、事故概率和事故嚴重度為基礎，對不同作業(yè)現(xiàn)場的危險性進行鑒別）進行比較計算，確定危險特性、重要性大小，并根據(jù)評價結果，確定進一步評價的對象。常用的評價方法有：危險度評價，道化學火災、爆炸危險指數(shù)法，蒙德法，管道風險評價等。

1.2.4 事故樹分析法（FTA）

FTA是從結果到原因找出與失效或災害事故有關的各種因素之間因果關系和邏輯關系的分析法。對事故樹進行分析，即不考慮各事件發(fā)生概率大小，只考慮發(fā)生和不發(fā)生兩種情況，運用布爾代數(shù)化簡法求取事故樹的最小割集或最小徑集及其結構重要度順序。通過事故樹分析，可以知道哪一個或哪幾個基本事件發(fā)生，頂上事件就一定發(fā)生；哪一個事件發(fā)生對頂上事件影響大，哪一個影響小，從而可以采取經(jīng)濟有效的措施，防止發(fā)生事故。

1.2.5 定量風險評價法（QRA）

QRA是通過對系統(tǒng)或設備失效概率和失效后果的嚴重程度進行評價，從數(shù)量上說明被評價對象的危險等級，精確描述系統(tǒng)的危險性。該方法自1974年拉姆遜教授（Rasmussen）評價美國民用核電站的安全性開始，在風險評價尤其是石油化工領域中得到了廣泛應用。QRA的核心是評價區(qū)域內(nèi)的個人風險和社會風險，通過評價結果是否符合風險可接受標準，來判定項目是否可接受，并提出有助于降低風險的措施。

目前，在國內(nèi)安全評價中主要采用的是前面4種方法，而QRA由于受到基礎資料、技術和資金成本的限制，在國內(nèi)還未完全普及，目前只是用于危險化學品重大危險源的安全評估，而在國外該方法已經(jīng)較為成熟，并形成了相應的技術導則，運用到了所有工程建設項目的安全規(guī)劃中。

2 高含硫氣田開發(fā)的安全評價技術

由于高含硫氣田開發(fā)的主要危險性表現(xiàn)在H2S的毒性和腐蝕性，一旦發(fā)生事故，危害后果大，因此該類工程的安全評價在內(nèi)容和形式上都較其他工程項目有所不同。而且，川東北地區(qū)的高含硫氣田均位于山區(qū)，周邊居民分布具有整體分散和局部集中的特點，因此外部環(huán)境的影響也是個重要因素。下面就高含硫氣田安全評價的程序和方法進行分析。

2.1 高含硫氣田安全評價程序

針對高含硫氣田開發(fā)工程的特點，在進行安全評價時，應對評價方法的選擇和方法的使用作針對性的調(diào)整。根據(jù)前面安全評價的基本程序以及存在的不足，對評價工作部分作了相應調(diào)整（見圖2）。重點突出對工程的安全設計符合性評價和定量風險評價以及事故發(fā)生后的減輕和應急措施。

2.2 高含硫氣田開發(fā)安全評價方法

2.2.1 安全設計符合性評價

安全設計符合性評價作為一種定性評價，主要采用安全檢查表法對工程的安全設計進行檢查，針對高含硫氣田的特點，重點是對區(qū)域及平面布置的安全距離、工藝過程的安全設計、安全設施設備的配置和防腐措施等進行檢查。主要依據(jù)的是2003年以后我國安全和石油天然氣行業(yè)相繼頒布的十余項含硫和高含硫氣質(zhì)條件下工程設計、施工和生產(chǎn)運行的標準、規(guī)范。

例如，對于鉆井工程設計的檢查，主要以AQ 2012－2007《石油天然氣安全規(guī)程》為基礎有針對性地選取AQ2016－2008《含硫化氫天然氣井失控井口點火時間規(guī)定》、AQ 2018－2008《含硫化氫天然氣井公眾安全防護距離》、SY 5974－2007《鉆井井場、設備、作業(yè)安全技術規(guī)程》、SY／T 5431－2008《井身結構設計方法》、SY 5480－2007《固井設計規(guī)范》和SY／T 6616－2005《含硫油氣井鉆井井控裝置配套、安裝和使用規(guī)范》等適合高含硫氣田鉆井的標準對井口周邊安全距離、井身結構設計、固井設計和井控設計等進行檢查。地面工程方面則以2008年發(fā)布的SY／T 0612－2008《高含硫化氫氣田地面集輸系統(tǒng)設計規(guī)范》和SY／T 0611－2008《高含硫化氫氣田集輸管道系統(tǒng)內(nèi)腐蝕控制要求》以及2010年發(fā)布的SY／T 6779－2010《高含硫化氫氣田集氣站場安全規(guī)程》和SY／T 6780－2010《高含硫化氫氣田集輸管道安全規(guī)程》等標準，對地面設施從材質(zhì)選擇、強度設計、集輸工藝和H2S防護等方面進行安全設計檢查。對檢查結果分類別進行分析，如：區(qū)域及平面布置合理性分析、安全設施設備配置完整性分析、線路走向合理性分析等。通過這種符合性評價可以找出工程設計中在安全方面的缺陷，提醒設計單位和建設單位注意，并給出措施及建議。

但是在政府及公眾所關心的安全距離問題上，除AQ 2018－2008《含硫化氫天然氣井公眾安全防護距離》根據(jù)氣井的不同等級，明確規(guī)定了井口的安全距離外，而SY／T 6779－2010《高含硫化氫氣田集氣站場安全規(guī)程》、SY／T 6780－2010《高含硫化氫氣田集輸管道安全規(guī)程》和SY／T 6781－2010《高含硫化氫天然氣凈化廠公眾安全防護距離》這3個標準都只建議性地給出了H2S平均含量為13%～15%（體積分數(shù)）時，站場、管道和凈化廠的搬遷距離和應急距離，在低于和高于這個范圍時組織專家技術論證后，可適當減小或增大距離［5－7］。因此，這種方法就存在較大的主觀性和不確定性。

從上面分析可以看出，安全設計符合性評價作為一種定性評價方法，可以分析出工程設計中的不足，確保安全設施設計的完整性，對工程設計及運行管理具有一定指導意義，但不能為工程的安全規(guī)劃、發(fā)生事故時如何減輕影響和應急管理提供科學、合理的建議。

2.2.2 高含硫氣田開發(fā)定量風險評價

根據(jù)前面對定量風險評價方法的介紹，該方法是通過計算事故后果影響范圍和事故發(fā)生概率來計算工程的安全風險大小。因此，可以對整個氣田開發(fā)工程的安全性有個直觀和定量的認識，并且對制定合理的安全距離和應急距離，采取針對性的減輕風險措施都有較強的指導意義。但是，由于高含硫氣田開發(fā)的規(guī)模較大，如果對每個井站、管線、凈化廠進行全面的定量風險評價，工作量大、時間長，不利于政府部門和建設單位快速地對整個工程的安全風險進行掌握，并且不能突出重點。因此，可以采用圖2的評價程序，通過對重大危險源和危險程度高或不可接受的單元進行定量風險評價，來確定其事故影響范圍和風險，然后通過概率計算得出整個工程的安全風險。

由于川東北的高含硫氣田基本都位于山區(qū)，而目前國內(nèi)和國外所采用的定量風險評價方法或軟件大都是基于平原地區(qū)的模型，因此傳統(tǒng)的定量風險評價方法不能突出氣田的外部環(huán)境特征，不能得出較為真實的結果。為此，研究出了基于三維復雜地形的定量風險評價技術，可以有針對性地對工程的風險進行分析評價。

以一個高含硫井站為例，通過對其所在區(qū)域的地形進行幾何建模，建立模擬計算區(qū)域（見圖3），得出地面各監(jiān)控點H2S濃度隨時間的變化關系（見圖4），計算出各點毒性負荷，再根據(jù)該區(qū)域的氣象條件概率和事故概率，計算出該井站的個人風險和社會風險，以確定拆遷距離。同時，還可以得出該區(qū)域內(nèi)任意一點H2S中毒死亡百分比與時間的關系曲線（見圖5），以便在事故時能及時確定疏散區(qū)域和時間。因此，通過這種定量風險評價結果就可以制定出較為科學、合理的安全距離與應急疏散距離。

由于我國石油天然氣行業(yè)沒有一個完整設備、管線的失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計，特別是缺乏在有H2S、CO2存在條件下的設備管線失效概率數(shù)據(jù)庫，因此給定量風險分析帶來一定的困難。目前，國外的如：挪威船級社（DNV）、英國健康和安全局（HSE）和美國化工過程安全中心（CCPS）等均建立有失效數(shù)據(jù)庫。國內(nèi)一些安全研究機構也正在對失效概率進行研究，例如對于井噴失控事故概率，在《含硫氣井定量風險分析技術導則》征求意見稿中就提出了4.5×10－4次／年的概率值。目前，采取的方法是通過借鑒這些失效數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，作為基本失效概率，再根據(jù)美國石油學會API 581《基于風險的檢驗》中提供的方法，結合國內(nèi)高含硫氣田開發(fā)工程的特點和管理水平，對基本失效概率進行修正，從而盡可能得出反映實際情況的設備、設施的失效概率。

另外，對于風險可接受標準，歐美、日本等一些國家和石油天然氣企業(yè)已經(jīng)建立有自己的標準。而我國除了2011年國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布的《危險化學品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（安監(jiān)總局第40號令）中，提出了危險化學品重大危險源的風險可接受標準外，沒有一個統(tǒng)一的或分行業(yè)的風險可接受標準。因此，針對這種情況，從2009年開始，開展了高含硫氣田開發(fā)風險可接受標準的研究，并提出了個人風險界區(qū)內(nèi)1.5×10－3、界區(qū)外0.8×10－4和社會風險1.4×10－3（N＝1），斜率為－1的最大可接受社會風險標準以供參考。

3 結 論

（1）對目前安全評價程序進行分析，結合高含硫氣田開發(fā)的特點，提出了針對高含硫氣田開發(fā)的安全評價程序。

（2）提出了采用安全符合性評價和定量風險評價方法作為高含硫氣田開發(fā)安全評價的主要方法，通過分析工程安全設計中的不足，安全設施設計的完整性、安全風險可接受程度，來為工程的安全規(guī)劃和應急管理提供科學、合理的建議。

（3）針對高含硫氣田外環(huán)境特點，提出了基于三維復雜地形的定量風險評價技術，可以為以后的高含硫氣田開發(fā)安全評價提供借鑒。

［1］姜云.對天然氣凈化廠H2S安全防護問題的思考）［J］.石油與天然氣化工，2005，34（1）：70－71.

［2］劉盛兵，向啟貴，李競，等.現(xiàn)場監(jiān)測預警平臺在高含硫氣田應急救援中的應用）［J］.石油與天然氣化工，2011，40（5）：527－530，432.

［3］常宏崗，熊鋼，大型高含硫氣田安全開采及硫磺回收技術）［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（12）：85－91.

［4］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，安全評價（上冊）［M］，第3版.北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

［5］國家能源局.SY／T 6779－2010高含硫化氫氣田集氣站場安全規(guī)程［S］.石油工業(yè)出版社，2010－12－15.

［6］國家能源局.SY／T 6780－2010高含硫化氫氣田集輸管道安全規(guī)程［S］.石油工業(yè)出版社，2010－12－15.

［7］國家能源局.SY／T 6781－2010高含硫化氫天然氣凈化廠公眾安全防護距離［S］.石油工業(yè)出版社，2010－10－01.