海上油田设施关键设备性能指标研究与应用

2020-05-01 06:04宋书贵姚梦彪孟凡磊
设备管理与维修 2020年5期
关键词:关键设备性能指标节点

宋书贵,陈 涛,姚梦彪,孟凡磊

(中海油安全技术服务有限公司,天津 300457)

0 引言

预防重大事故的发生,避免人员、财产、环境和公司声誉的损失,确保稳定、安全生产是企业的基础目标,也是设备管理的重要内容。

目前国外对安全关键设备性能指标的研究比较成熟,并在石油行业中得到广泛应用。Rahul Dhar 指出安全关键设备(SCE)的全生命周期管理包括识别重大事故风险(MAH),识别能够引起、促成、预防或阻止重大事故事件的发生的SCE,并为已确定的SCE 制定性能指标(PS),分析了识别SCE 的过程,MAH、SCE、PS 以及PS 验证之间的关系[1]。Julien Marty 等探讨了SCE 的独立验证问题,同时指出识别SCE 和制定PS 是管理者和操作者的责任之一,管理者和操作者必须将此作为重要管理目标之一[2-3]。Matthew D.Tremblay 等研究了海上油田设施基于风险的验证(RBV)问题[4],并给出了RBV 的实施过程。J A Healy 研究了安全关键设备在资产管理过程中的应用,给出了对安全关键设备的管理内容。

Total 公司针对安全关键设备识别在内部的管理文件中给予了明确要求,所有的项目都要进行SCE 识别。Shell 公司在2005 年发布了识别SCE 的指导手册。DNV 建立了详细的设备性能指标建立的程序。另外,Conocophillips、ABS 等均建立了SCE 管理的程序。

国内方面,中海油制定了性能指标的管理程序,并陆续开始在新建项目上应用安全关键性能指标进行试点,但总体来说,国内对相关领域的研究还比较薄弱。分析海上油田设施安全关键设备的识别和性能指标的建立,建立一套切实可行的方法,对海上油田设备设施的完整性管理具有重要意义。

1 相关概念

1.1 MAH 包含内容

(1)引起平台人员死亡或重大伤害的火灾、爆炸或危险物质泄漏事件。

(2)能够对装置结构或附属设备造成重大伤害的事件,以及使装置失去稳定性的事件。

(3)直升机碰撞平台。

(4)平台救逃生系统失效。

(5)导致5 个或以上平台人员死亡或严重受伤的事件。

1.2 SCE

引起或消除以及减缓MAH 的平台设备或相关因素,包括虽然不能直接导致MAH,但其失效能导致一系列的事件,进而引起MAH 的设备或单元。

1.3 PS

PS 是在平台全生命周期管理过程中,对系统、设备、人员以及风险管理程序进行的定性或定量要求的描述。PS 应当和系统、设备、风险管理程序等的需求相符,一般包含功能性、可用性、可靠性、生存性和交互性。

2 安全关键设备性能指标建立

2.1 安全关键设备性能指标建立步骤

通常,安全关键设备性能指标的建立分为3 个步骤,即安全关键设备识别,性能指标编写和验证(图1)。

图1 建立关键设备性能指标步骤

2.2 安全关键设备识别

安全关键设备识别过程如图2 所示,首先采用HAZID 方法,对设备设施进行危害识别和风险评价,进而确定重大事故危害(MAH)。SCE 识别的过程,就是确定设施内所有可以控制、预防、探测和缓解MAH 要素的过程。通常使用Bow-Tie 方法,画出相关的逻辑关系,然后对应设备台账,逐个识别关键设备,一旦确定MAH,SCE 就随之确定。采用HAZID 方法识别SCE,应当注意考虑3 点。

(1)确保相关的风险评价过程正确进行。

(2)确保相关的参考标准和文献适用。

(3)确保HAZID 会议符合要求。

2.3 性能指标编写

图2 安全关键设备SCE 识别过程

对于每一个识别出来的SCE,都需要制定其性能指标(PS)。制定性能指标首先要识别关键要素的目标、系统/设备描述和边界。PS 应该包含5 个部分。

(1)功能性。设备必须具备相关功能方可达到目标。

(2)可用性。设备在需要时可以正确发挥其功能。

(3)可靠性。成功执行的频率。

(4)生存性。若发生火灾、爆炸、振动、船舶碰撞等,或在极端天气条件下,相关设备保证正常运行一定时间的能力。

(5)交互性或相关性。保证一个或相关关键设备正常运行的能力。

性能指标可以是定性或定量的描述,制定性能指标的关键之一是确定某一关键设备要达到的目标。如应急关断阀的典型性能指标包括失效关闭,在一定时间内关闭,达到一定可用性。性能指标编写流程如图3 所示。

2.4 制定验证计划

对于每一个SCE,均应由第三方独立的、能力足够的人员进行性能指标验证。针对不同的性能指标,需要执行具体的任务和计划。验证计划有多种方式,例如可以采用检查表的形式,内容包括设定值,目视检查等确认性能指标。

验证计划将重点关注工程阶段,从设计、采购直到制造、安装、调试,以确认设备的性能达到预定的要求。验证计划列表将给出需要做什么、谁来做、什么时候做等详细信息。验证内容应包含以下部分。

(1)需要做什么。描述将要执行的检查活动,以验证每个性能要求是否达到规定的标准。

(2)检查活动的类型。如,检验、见证、审核,监控。

(3)检查活动的详细程度。如,样品抽查的比例。

(4)活动执行的频率(部分活动可能仅适用在初始阶段)。

(5)为了更好控制和报告,对每个检查活动进行编号(最佳的做法是与高风险的设备和性能要求的编码联系起来)。

(6)每个活动都应与一个具体的性能要求和高风险设备相关联。

(7)具体的文件和过程记录(如,计划性的维护活动,滚动的检验程序)是验证的基础,或是检查活动的部分参考。

图3 性能指标编写流程

验证的水平和详细程度,取决与安全关键设备的重要程度,典型的验证活动所关注的验证点见表1。

表1 典型验证活动内容

3 实例

以某正在建设的井口平台为例,识别其安全关键设备,制定相应的PS 及验证计划。平台安装完成后,作业区域为渤海海域中南部,平均水深27~33 m。

3.1 对平台进行风险评价,识别出相应的MAH

在危险识别过程,很难对一个范围很大的节点讨论所有的隐患。需要把整个项目分成多个节点。然后利用检查清单里的引导词,对各个节点反复讨论,以识别项目或装置的各种隐患。但是由于平台的特点和HAZID 方法需要从大方向考虑问题的特点,针对某平台在进行HAZID 分析时,可以对其进行节点划分,见表2。

表2 某平台节点划分结果

在完成对平台的节点划分之后,建立相应的引导词,以便于对平台进行系统的全方位的风险识别,表3 为进行风险识别时,确定的部分引导词示例。

表3 某平台HAZID 分析引导词

节点划分完毕后,HAZID 分析组长将对某一个节点,引导组员进行HAZID 分析。具体过程包括:

(1)组长向小组成员介绍该节点的具体内容,并回答组员的提问。

(2)小组成员评估每个引导词的适用性,删除不适用的引导词。

(3)组长使用经评估同意的引导词,向组员提问,以识别隐患潜在的原因和后果。

(4)对于识别出来的隐患,小组成员评估是否已经有适当的控制措施,进行预防或控制。

(5)在没有控制措施或控制措施不充分的情况下,小组成员对隐患的控制提出改进意见。

(6)技术秘书对所有的小组成员的所有讨论进行记录。

(7)讨论完成后,对该节点重复使用其他引导词。同时,一个节点讨论完后,转到下一个节点进行分析讨论。

分析完成之后,建立相应的风险分析报告表。在表中,某一危险源采取保护和控制措施之后的剩余风险值仍然较高时,就被视为重大事故危害。

经过HAZID 分析,识别得到某平台的MAH(表4)。

表4 某平台MAH

3.2 以平台设备开排系统为例,识别其是否属于SCE

安全关键设备(SCE)的目的是为了预防、控制或缓解重大事故发生的影响。其风险控制措施分为6 类。

(1)安全设计。通过设计来消除或降低风险。

(2)预防。降低失效发生的可能性。

(3)探测。在线监测或预报失效的发生。

(4)控制。限制风险的规模、强度和持续时间。

(5)缓解。缓解后果的严重程度。

(6)应急响应。溢油、解脱/拖航、火灾爆炸等场景应急方案。

SCE 的关键性是功能性分数、后果严重度分数和可替代性分数三者的乘积,其分类为高:12~18 分;中:6~11 分;低:1~5 分。

功能性分类及其分数分别为:①本质安全,3;②预防,3;③探测:3;④控制,2;⑤缓解,1;⑥应急响应,1。

后果严重度分类为:①中等(1 分),仅该SCE 安全功能的丧失不会造成人员的伤亡;②显著(2 分),SCE 安全功能的丧失可能导致人员伤亡;③重大(3 分):SCE 安全功能的丧失将导致大量人员伤亡和严重装置损坏。

可替代性分类为:①否(2 分),当该部件失效时,没有其他有效部件、子系统、或主要系统能够执行其功能;②是(1 分),当该部件失效时,有一个其他部件,能够执行相似的功能,并满足性能指标的要求。

开排系统SCE 识别程序见表5。

表5 开排系统识别程序

3.3 制定相应的PS 及验证计划

首先通过识别的SCE 来制定对应的性能指标,包括:防止液体火灾通过开排漫延;防止可燃气通过开排聚集;防止蒸汽或可燃气通过开排扩散;确保排空大量应急排放(喷淋系统等),避免过度积累;防止烃类物质入海。开排系统性能指标见表6。针对不同的性能指标,制定相应的验证计划。开排系统验证计划见表7。

4 结论

(1)安全关键设备性能指标的建立分为安全关键设备识别,性能指标编写和验证计划的制定等3 个步骤。

(2)识别MAH 是识别SCE 的前提,根据识别出的MAH,结合设备台账和风险矩阵,逐项识别设备是否属于SCE。

(3)对于每一个识别出来的SCE,都需要从功能性、可用性、可靠性、生存性和交互性等方面出发制定其性能指标(PS)。

(4)每个PS 制定对应的验证计划和实施阶段。验证水平原则上由SCE 的关键性决定,其受资产、部件、生命周期阶段、公司规定和技术标准要求而不同。

本文以海上井口平台应用为例,阐述了安全关键设备的识别及其性能指标制定和验证的方法,旨在为海洋石油工程及其他油气田开展类似的工作提供借鉴,对设备设施全生命周期的安全管理具有重要意义。

表6 开排系统性能指标

表7 验证计划

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