夏維 魏可可

(中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300450)

0 引言

隨著動力能源需求的快速增長，油氣田開發(fā)項目持續(xù)增多，而油氣田安全管理又是集高風(fēng)險、多場景于一體的綜合性管理工程，涉及的生產(chǎn)作業(yè)板塊眾多，且每部分都涉及高風(fēng)險作業(yè)，一旦發(fā)生事故不易控制，危害巨大。因此，加強和完善油氣田安全管理尤其重要。

油氣田的安全管理在定性上的風(fēng)險往往歸咎于設(shè)備不符合安全要求、使用和維護(hù)不當(dāng)、安全管理不到位、員工操作水平低等，但定性問題需要體系化執(zhí)行，往往無法客觀反映在油氣田管理績效和提升中，因此需要結(jié)合風(fēng)險定量評估技術(shù)。風(fēng)險定量評估的主要目標(biāo)有：辨識工藝流程中的高風(fēng)險設(shè)備，篩選關(guān)鍵設(shè)備的典型泄漏場景，模擬計算關(guān)鍵設(shè)備典型泄漏場景的事故后果及影響范圍，根據(jù)模擬計算結(jié)果為現(xiàn)場安全管理提供技術(shù)支持[1]。因此，可以將油氣田安全管理中的設(shè)備風(fēng)險進(jìn)行量化，以此推動應(yīng)急預(yù)案的制訂、油氣田可視化距離的設(shè)定、管控區(qū)域的劃分等。

1 定量風(fēng)險評估流程

定量風(fēng)險分析(Quantitative Risk Assessment，QRA)主要是通過建立物理模型，結(jié)合數(shù)學(xué)計算，對設(shè)備可能發(fā)生的災(zāi)害后果進(jìn)行風(fēng)險評估，對風(fēng)險進(jìn)行數(shù)值計算，以此完成對設(shè)備設(shè)施泄漏事故后果及風(fēng)險的定量化描述，為工廠選址、廠區(qū)布置及風(fēng)險等級劃分提供數(shù)據(jù)支持[2]。定量風(fēng)險分析流程如圖1所示。

圖1 定量風(fēng)險分析流程

1.1 風(fēng)險分析準(zhǔn)備

成立風(fēng)險分析項目組，編寫項目技術(shù)方案，制訂項目實施計劃，準(zhǔn)備現(xiàn)場調(diào)研所需材料。

1.2 數(shù)據(jù)資料收集

根據(jù)風(fēng)險分析的目的和深度確定所需收集的資料數(shù)據(jù)，包括但不限于表1所示的相關(guān)資料。

表1 定量風(fēng)險分析所需收集的一般資料

1.3 危險辨識

首先，完成系統(tǒng)主要風(fēng)險因素辨識，通過查閱現(xiàn)場的隱患清單與隱患統(tǒng)計分析報告、隱患資料檔案等，找尋涉及典型隱患以及重復(fù)隱患的設(shè)備、位置信息，包括人員受傷的概率、設(shè)備突發(fā)性失效概率、對環(huán)境造成惡劣影響的事件等；其次，以此為依據(jù)確定需要重點防范的關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)險以及最嚴(yán)重的災(zāi)害后果，總結(jié)規(guī)律，從而提升現(xiàn)場安全管理水平。

1.4 失效概率分析

失效概率分析主要是結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)備失效歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲得，確定設(shè)備或者管道可能發(fā)生泄漏的概率，并作為起始頻率供容器泄漏事故概率分析所用。另外，對危險辨識后的重復(fù)性隱患進(jìn)行統(tǒng)一描述。由于重復(fù)性隱患主要集中在物料擺放、設(shè)備管理和施工安全方面，多數(shù)可以現(xiàn)場立即整改，風(fēng)險不大且整改難度較小，主要是可以反映未對現(xiàn)場隱患進(jìn)行系統(tǒng)排查，沒有采取切實有效的措施，缺少對隱患追根溯源的分析，因此針對其進(jìn)行失效概率的分析，可以參考經(jīng)驗數(shù)值進(jìn)行設(shè)定。

1.5 失效后果分析

失效后果分析主要包括物質(zhì)泄漏量計算、泄漏擴散計算、火災(zāi)輻射計算、爆炸超壓計算、事故影響計算等。針對系統(tǒng)物質(zhì)泄漏后引起的一系列火災(zāi)、爆炸、毒性等事故，分析造成的人員傷亡、設(shè)備及建筑物損壞嚴(yán)重程度。

1.6 風(fēng)險計算

根據(jù)海因里希事故三角形致因理論，潛在隱患總量與事故發(fā)生的概率和程度有很大的正相關(guān)性。底層聚集的潛在隱患越多，發(fā)生事故的概率越大，也越容易發(fā)生重傷和死亡事故。分析人員與專家根據(jù)失效頻率與失效后果的計算結(jié)果，計算分析對象的風(fēng)險(個人風(fēng)險和社會風(fēng)險)，并通過與相應(yīng)的可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，確定分析對象的風(fēng)險水平。

2 案例分析

本文以某油氣田天然氣處理廠為例。在廠區(qū)內(nèi)的設(shè)備裝置調(diào)試、開停工、運行、檢修過程中，由于設(shè)備內(nèi)部硫化氫、凝析油、烷烴類物質(zhì)(以甲烷為主)、有毒有害氣體等意外泄漏，存在嚴(yán)重氣體泄漏災(zāi)害后果。為提升現(xiàn)場安全管理水平，制定更加精確的安全距離和應(yīng)急措施，選取天然氣處理廠的關(guān)鍵設(shè)備酸性氣分液罐為泄漏場景，以QRA技術(shù)為基礎(chǔ)對泄漏后果進(jìn)行分析，包括物料泄漏擴散范圍、熱輻射影響范圍、爆炸超壓及硫化氫毒性影響范圍[3-4]。

2.1 設(shè)定氣象條件

在不同的氣象條件下，可燃?xì)怏w泄漏事故的擴散范圍、影響區(qū)域、熱輻射影響范圍等會有所不同，需要選定兩種風(fēng)況條件：

(1)風(fēng)速為1.5m/s，大氣穩(wěn)定度為F級(氣流穩(wěn)定)。

(2)風(fēng)速為5m/s，大氣穩(wěn)定度為D級(氣流較穩(wěn)定)。

另外，還需要確定所屬地的大氣壓、相對濕度等數(shù)據(jù)。通過查閱歷史資料，得出如表2所示的數(shù)據(jù)。

表2 天然氣處理廠氣象統(tǒng)計表

2.2 設(shè)置場景模式

參考國內(nèi)外定量風(fēng)險分析規(guī)范對工藝管線和容器等泄漏場景設(shè)置的推薦做法，主要考慮酸性氣分液罐物料泄漏到環(huán)境中的情況，以最嚴(yán)重的大孔泄漏為主，泄漏事故場景詳細(xì)設(shè)置中關(guān)于泄漏孔徑和泄漏時間的選定依據(jù)《化工企業(yè)定量風(fēng)險評價導(dǎo)則》(AQT 3046—2013)附錄F確定，通過模擬最嚴(yán)重的泄漏情況確定安全距離。泄漏場景設(shè)置見表3。

表3 泄漏場景設(shè)置

2.3 模擬結(jié)果

2.3.1 可燃?xì)怏w擴散

可燃?xì)怏w一旦泄漏并達(dá)到爆炸濃度數(shù)值，會面臨極大的火災(zāi)、爆炸風(fēng)險。根據(jù)各項初始條件參數(shù)設(shè)置和事故場景選擇，建模計算不同氣象條件下可燃?xì)怏w泄漏后的影響范圍，見表4。

表4 可燃?xì)怏w擴散分析匯總表

2.3.2 火災(zāi)熱輻射

火災(zāi)危害主要源自熱量和煙氣，其中熱輻射是熱量傳播的主要形式。根據(jù)各項初始條件參數(shù)設(shè)置和事故場景選擇，建模計算不同氣象條件下可燃?xì)怏w泄漏遇點火源形成噴射火熱輻射的影響范圍，見表5。其中，噴射火熱輻射影響采取保守計算，假設(shè)泄漏方向和風(fēng)向相同，不同風(fēng)速條件下噴射火熱輻射影響范圍計算結(jié)果相同。

表5 噴射火熱輻射強度分析匯總表(地面)

2.3.3 爆炸超壓

發(fā)生爆炸時，爆破能量在向外釋放時以沖擊波、碎片和容器殘余變形能量三種形式表現(xiàn)出來，其中空氣沖擊波占絕大部分，是爆炸的主要危害因素。酸性氣分液罐中天然氣泄漏后與空氣充分混合，遇點火源急速燃燒，發(fā)生蒸氣云爆炸，可能產(chǎn)生爆炸超壓，對周圍建筑物造成沖擊破壞，并造成人員傷亡。建模計算不同氣象條件下可燃?xì)怏w泄漏遇點火源形成爆炸超壓的影響范圍，見表6。

表6 爆炸超壓分析匯總表

2.3.4 硫化氫毒性影響

H2S的毒性非常高，是一種致命的氣體。根據(jù)酸性氣分液罐天然氣泄漏后硫化氫組分泄漏擴散的模擬結(jié)果，結(jié)合OSHA推薦的硫化氫職業(yè)暴露值，計算得到硫化氫毒性影響范圍，見表7。由于酸性氣分液罐泄漏工況中泄漏點位置較高，考慮到硫化氫主要是對人體身體造成毒性影響，因此選擇人類平均高度1.70m為參考點[5]。

表7 硫化氫毒性分析匯總表

所有軟件模擬結(jié)果如圖2～圖5所示。由于酸性氣分液罐物料組分中可燃?xì)怏w組分很低，根據(jù)模擬計算結(jié)果，可以根據(jù)大孔泄漏工況下產(chǎn)生的熱輻射傷害區(qū)域設(shè)置安全距離。由于酸性氣分液罐物料組分中硫化氫含量往往很高，根據(jù)模擬計算結(jié)果，大孔泄漏(100mm)工況在地面區(qū)域形成了較大范圍的毒性影響區(qū)域，應(yīng)重點關(guān)注?？紤]到硫化氫毒性的影響，后續(xù)在制訂應(yīng)急預(yù)案時，應(yīng)根據(jù)廠區(qū)實際布置情況和模擬結(jié)果確定合理可行的安全距離、疏散路線和緊急集合點等。

圖2 可燃?xì)怏w擴散(100mm 5/D)(截圖)

圖3 火災(zāi)熱輻射(100mm 5/D)(截圖)

圖4 爆炸超壓(100mm 5/D)(截圖)

圖5 硫化氫毒性影響(100mm 5/D)(截圖)

3 結(jié)語

本文通過介紹油氣田安全管理過程中現(xiàn)存的主要問題，采用定量分析風(fēng)險方法，為當(dāng)前的風(fēng)險管理提供參考依據(jù)，得出如下結(jié)論：

(1)實踐了定量分析的可行性，以天然氣處理廠的風(fēng)險管理為出發(fā)點，采用定量風(fēng)險分析的方式，對關(guān)鍵設(shè)備泄漏后果進(jìn)行分析，模擬不同場景下的災(zāi)害后果，包含可燃?xì)怏w擴散、火災(zāi)熱輻射、爆炸超壓、硫化氫毒性影響4種主要風(fēng)險的影響范圍，可以依據(jù)計算結(jié)果，確保各類安全間距符合標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)一步提升安全管理水平。

(2)論述了定量分析的優(yōu)勢，在于能夠更加清晰、科學(xué)地提供風(fēng)險數(shù)值，通過對安全管理中的重點區(qū)域進(jìn)行模擬分析，能夠通過更加清晰的定量數(shù)據(jù)解決風(fēng)險管控的重點問題，從而制定更為科學(xué)和全面的風(fēng)險應(yīng)對措施，為類似油氣田項目安全管理提供實踐經(jīng)驗。