閆春宇 何 睿 王 磊
(中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司,中國天津300456)
近年連續(xù)的嚴重海冰災(zāi)害頻發(fā),海上的與岸邊的冰結(jié)在一起,固定冰冰量增多,經(jīng)潮汐運動和溫度變化形成的重疊冰和堆積冰(厚度可達1米或數(shù)米),令海上油田作業(yè)者提心吊膽、苦不堪言。一旦發(fā)生井噴、火災(zāi)等意外情況時,需迅速啟動應(yīng)急逃生預案,但在海冰面前,常規(guī)的救生救援方法難以正常的發(fā)揮其應(yīng)有的效果、效率和可靠性。國外僅僅在從海洋結(jié)構(gòu)物安全撤離到附近結(jié)實冰層上有一定的研究方案和實施方法,國內(nèi)在這一方面研究還處于空白,而我國渤海油田有9大作業(yè)區(qū),其中4個位于海冰較為嚴重和多發(fā)地區(qū),覆蓋面積大,所以有針對性的研究冰期應(yīng)急逃生方案是保護海上人員安全的需要,對于保障海上人員生命健康安全具有重要意義。本文主要研究分析現(xiàn)有各種冰期救逃生方案,最后確定最適合渤海石油冰期的應(yīng)急逃生技術(shù)方案。
渤海海域位于北緯37°~41°之間,屬于中緯度,每年11月末到12月初海水開始由北向南結(jié)冰,次年的2月下旬或3月上、中旬,由南向北融解消失,冰期為3~4個月。其中1月到2月上旬,冰情較為嚴重,稱為“盛冰期”[1-2]。據(jù)國家海洋局統(tǒng)計,渤海海域在1969年屬重冰年,造成渤海石油“海二井”(重550噸)生活平臺、設(shè)備平臺和鉆井平臺被海冰推到,“海一井”平臺支座拉筋被海冰割破。一個月內(nèi)進出塘沽港的123艘客貨輪有58艘受到不同程度的破壞,嚴重的船體變形被擠裂,船艙進水。1977年屬偏重冰年,渤海石油“海四井”烽火臺被海冰推到,秦皇島港有多艘船只被冰夾住,需破冰引航。
現(xiàn)有的水上救生艇不能在冰上行走,并且降放過程中凈水壓力釋放器失效,容易引起事故。冰期的守護船屬于破冰船,破冰船在冰上行駛的速度要遠遠慢于在水上行駛速度,耽擱救援時間。救生筏也不能再冰上行駛。而直升機則受運力影響,不能有效實現(xiàn)逃生。為保證海洋油氣開發(fā)工作者的人命安全,在海洋油氣開發(fā)過程中出現(xiàn)井噴或火災(zāi)等安全事故時需對人員進行逃生。人員逃生時所采用的應(yīng)急方案,要堅持安全、迅速、高效的原則進行。
現(xiàn)有的應(yīng)急逃生方案主要有以下幾種:①守護船逃生;守護船一般跟吊籠、救生緩降器和柔性逃生索道等下救生設(shè)備聯(lián)合使用。②直升機逃生;③救生筏逃生;④安全島逃生;⑤救生艇逃生。下面分別從設(shè)備組成、作業(yè)環(huán)境、應(yīng)急程序、響應(yīng)時間、安全風險、使用概率、方案成本、冰期適用性以及局限性等方面分析以上幾種應(yīng)急逃生方案,其中平臺人數(shù)按照30人計算。
使用守護船進行逃生是目前海洋油氣開發(fā)過程中最常用的應(yīng)急逃生手段。在平臺需要進行防臺風、海嘯或者其他預防情況下,采用守護船逃生能夠保證海洋油氣開發(fā)工作者的人命安全,達到安全逃生目的。守護船響應(yīng)時間一般為30分鐘。守護船往往與平臺轉(zhuǎn)移逃生工具聯(lián)合使用,例如:吊籠、救生緩降器和柔性逃生索道等。按照聯(lián)合使用的手段,守護船方案又可以分為以下三種:
2.1.1 救生船與吊籠、軟梯聯(lián)用
發(fā)出撤離指令后,平臺所有工作人員在指定的撤離點集合,由吊機操作員操作吊機,待守護船到達后,依次將所有工作人員用吊籠轉(zhuǎn)移守護船上,最后吊機操作員由軟梯轉(zhuǎn)移到守護船,完成撤離。響應(yīng)時間為1小時以上;安全風險較低;使用概率較高;方案成本主要為守護船動復員費用(5萬元/天);可以在滿足作業(yè)環(huán)境的前提下適用于冰期;其局限性在于本方案使用的應(yīng)急設(shè)備較多,并且受環(huán)境風力、能見度影響大,火災(zāi)等事故不適用。
2.1.2 守護船與救生緩降器聯(lián)用
發(fā)出撤離指令后,平臺所有工作人員在指定的撤離點集合,佩戴好救生緩降器,利用拋索器將救生緩降器的一端拋到守護船上,由守護船工作人員進行固定,平臺工作人員依次通過繩索緩降到守護船;響應(yīng)時間不小于45分鐘;安全風險較大;使用概率較低;方案成本主要包括守護船動復員費用(5萬元/天),30人救生緩降器采購費用,人員使用培訓費用,平臺緩降器繩索安裝費用,總計約40萬元;可以在滿足作業(yè)環(huán)境的前提下適用于冰期;其局限性在于受環(huán)境風力、能見度影響大,人員素質(zhì)要求高,火災(zāi)等事故不適用。
2.1.3 守護船與柔性逃生索道聯(lián)用
發(fā)出撤離指令后,平臺所有工作人員在指定的撤離點集合,打開柔性逃生索道,將出口落到守護船甲板,人員依次開始撤離;響應(yīng)時間不小于45分鐘;安全風險幾乎沒有;使用概率不高;方案成本包括守護船動復員費用(5萬元/天),柔性逃生索道費用,人員使用培訓費用,平臺安裝改造費用,總計約60萬元;結(jié)冰期需使用破冰船作為守護船,可以在滿足作業(yè)環(huán)境的前提下適用于冰期;其局限性在于受環(huán)境風力、能見度影響大,火災(zāi)等事故不適用。
發(fā)出撤離指令后,平臺所有工作人員在指定的撤離點集合,待直升機到達后,人員依次開始撤離;響應(yīng)時間不小于90分鐘;安全風險幾乎沒有;是常規(guī)逃生手段,使用概率較高;方案成本為2萬元/小時;結(jié)冰期可以在滿足作業(yè)環(huán)境要求的前提下使用;其局限性在于受環(huán)境風力、能見度影響大,受運力限制比較明顯,火災(zāi)等事故不適用。
發(fā)出撤離指令后,平臺所有工作人員在指定的撤離點集合,拉開氣脹式救生筏,并將其推入海中,人員按訓練要求依次跳入海中爬進救生筏;響應(yīng)時間最少30分鐘;安全風險非常高;使用概率非常低;方案成本主要是氣脹式救生筏本體,是平臺的常規(guī)配置;冰期不可使用;其局限性在于受風力影響,人員素質(zhì)要求高,浪高時不可用,安全性非常差,人員存活率非常低,除非在不得已情形下,否則不建議使用。
中國石油集團海洋工程有限公司為了解決灘海油田作業(yè)施工意外事故時,工作人員安全逃生問題,于2003年提出了在作業(yè)平臺周邊100米范圍外建造安全島的設(shè)想。在作業(yè)平臺和安全島之間用往復型逃生滑道連接,安全島配備適量的救生用品,一旦在作業(yè)平臺出現(xiàn)緊急事故時,工作人員可通過逃生滑道逃生到安全島[3]。
發(fā)出撤離指令后,平臺所有工作人員在指定的撤離點集合,依次通過逃生滑道撤離到安全島;響應(yīng)時間最少需要20分鐘;安全風險幾乎沒有;使用概率低;方案成本主要是其建設(shè)費用預計在千萬以上;結(jié)冰期可用;局限性在于建設(shè)、維護費用非常高,經(jīng)濟性很差。
發(fā)出撤離指令后,平臺所有工作人員在指定的撤離點集合,依次進入救生艇,按操作規(guī)程降放救生艇,待救生艇落入水面后,脫開救生艇完成撤離;響應(yīng)時間約為10分鐘左右;安全風險幾乎沒有;使用概率非常高;方案成本主要為救生艇本體,為平臺常規(guī)配備設(shè)施;但常規(guī)救生艇結(jié)冰期不可用,急需解決救生艇在冰期的可用性。
下面再將以上幾種逃生方案從設(shè)備依賴程度、作業(yè)環(huán)境要求、響應(yīng)時間、安全風險、人員素質(zhì)要求、方案成本等方面按百分制進行綜合對比,建立數(shù)學模型,最終尋找到適合海洋油氣開發(fā)作業(yè)過程中安全事故逃生的最優(yōu)方案。
ui(i=1,2,3,4,5,6,7)為方案數(shù)列,其中u1為守護船A方案;u2為守護船B方案;u3為守護船C方案;u4為直升機逃生方案;u5為救生筏逃生方案;u6為安全島逃生方案;u7為救生艇逃生方案。fi(i=1,2,3,4,5,6)評定因素數(shù)列,其中f1為設(shè)備依賴程度,f2為作業(yè)環(huán)境要求,f3為應(yīng)急響應(yīng)時間,f4為方案安全風險程度,f5為方案所需具備的人員素質(zhì)要求,f6為花費成本。wi(i=1,2,3,4,5,6)為權(quán)重數(shù)列,分別代表設(shè)備依賴程度、作業(yè)環(huán)境要求、響應(yīng)時間、安全風險、人員素質(zhì)要求、成本。根據(jù)所考慮因素重要性的不同,它們所占的權(quán)重不同,根據(jù)項目組專家討論,確定權(quán)重 w1=10%,w2=10%,w3=20%,w4=25%,w5=15%,w6=20%。
根據(jù)向項目組各專家請教以及對各種救逃生方案的調(diào)查研究,最后確定各評定因素的評定標準如下:
其中m為花費成本,單位(萬元);
通過對各種適合海洋油氣開發(fā)過程事故的應(yīng)急逃生方案進行詳細分析,并根據(jù)各評定因素的評定標準依次打分,形成方案對比評分表,如表1所示。通過綜合評定可找到適合海洋冰期油氣開發(fā)作業(yè)過程中最優(yōu)的逃生方案。
表1 方案評分表
由上表可知,經(jīng)過對可能用于海洋石油平臺的7種應(yīng)急逃生方案調(diào)查研究,綜合逃生方案對設(shè)備的依賴程度、對作業(yè)環(huán)境的要求、應(yīng)急響應(yīng)時間、方案安全風險、人員素質(zhì)要求、花費成本等因素,幾種應(yīng)急逃生方案的綜合評分中,救生艇得最高分為87.5分,遠高于排在第二位的守護船C(守護船+柔性逃生索道)方案的77分。可以看出在平臺事故應(yīng)急逃生方案中,使用救生艇是最安全、最迅速、最高效的,是其他逃生方案無法比擬和替代的。
根據(jù)現(xiàn)有幾種應(yīng)急逃生方案的介紹以及利用數(shù)學建模對這幾種逃生方案分析可知,救生艇逃生方案具有成本低、安全性高、響應(yīng)時間短、逃生程序簡單等優(yōu)點,唯一缺點在于不能適用于冰期,因此,將常規(guī)救生艇改造成適用于冰期使用的冰區(qū)救生艇是渤海冰期逃生技術(shù)的發(fā)展方向;在2013年10月,IMO秘書長接受采訪時強調(diào),IMO正在爭取2014年底出臺極地船舶規(guī)范,2016或者2017年初強制生效。屆時,冰區(qū)救生艇必將普遍應(yīng)用于冰區(qū)和極地的石油平臺和運營船舶上。
盡管目前國內(nèi)外暫時缺乏在冰區(qū)和極地地區(qū)的救生手段,但是從長遠來看,研制和裝備冰區(qū)救生艇是大勢所趨。
[1]陸欽年.我國渤海海域的海冰災(zāi)害及其防御對策[J].黑龍江:自然災(zāi)害學報,1993,2(4):53-59.
[2]白珊,劉欽政,李海,等.渤海的海冰[J].北京:海洋預報,1999,16(3):1-4.
[3]孫德坤.灘海石油作業(yè)平臺逃生設(shè)施技術(shù)研究[J].上海:中國海洋平臺,2003,18(5):38-41.