渤海冰期逃生方案的研究和分析

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)

0 前言

近年連續(xù)的嚴(yán)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(yùn)動(dòng)和溫度變化形成的重疊冰和堆積冰（厚度可達(dá)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(shí)，需迅速啟動(dòng)應(yīng)急逃生預(yù)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(shí)冰層上有一定的研究方案和實(shí)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(gè)位于海冰較為嚴(yán)重和多發(fā)地區(qū)，覆蓋面積大，所以有針對(duì)性的研究冰期應(yīng)急逃生方案是保護(hù)海上人員安全的需要，對(duì)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。

1 渤海冰期自然環(huán)境條件

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(gè)月。其中1月到2月上旬，冰情較為嚴(yán)重，稱為“盛冰期”[1-2]。據(jù)國家海洋局統(tǒng)計(jì)，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(tái)、設(shè)備平臺(tái)和鉆井平臺(tái)被海冰推到，“海一井”平臺(tái)支座拉筋被海冰割破。一個(gè)月內(nèi)進(jìn)出塘沽港的123艘客貨輪有58艘受到不同程度的破壞，嚴(yán)重的船體變形被擠裂，船艙進(jìn)水。1977年屬偏重冰年，渤海石油“海四井”烽火臺(tái)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(hù)船屬于破冰船，破冰船在冰上行駛的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于在水上行駛速度，耽擱救援時(shí)間。救生筏也不能再冰上行駛。而直升機(jī)則受運(yùn)力影響，不能有效實(shí)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(shí)需對(duì)人員進(jìn)行逃生。人員逃生時(shí)所采用的應(yīng)急方案，要堅(jiān)持安全、迅速、高效的原則進(jìn)行。

2 現(xiàn)有應(yīng)急逃生方案分析

現(xiàn)有的應(yīng)急逃生方案主要有以下幾種：①守護(hù)船逃生；守護(hù)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(jī)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(shí)間、安全風(fēng)險(xiǎn)、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(tái)人數(shù)按照30人計(jì)算。

2.1 守護(hù)船逃生

使用守護(hù)船進(jìn)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(tái)需要進(jìn)行防臺(tái)風(fēng)、海嘯或者其他預(yù)防情況下，采用守護(hù)船逃生能夠保證海洋油氣開發(fā)工作者的人命安全，達(dá)到安全逃生目的。守護(hù)船響應(yīng)時(shí)間一般為30分鐘。守護(hù)船往往與平臺(tái)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(hù)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(tái)所有工作人員在指定的撤離點(diǎn)集合，由吊機(jī)操作員操作吊機(jī)，待守護(hù)船到達(dá)后，依次將所有工作人員用吊籠轉(zhuǎn)移守護(hù)船上，最后吊機(jī)操作員由軟梯轉(zhuǎn)移到守護(hù)船，完成撤離。響應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)以上；安全風(fēng)險(xiǎn)較低；使用概率較高；方案成本主要為守護(hù)船動(dòng)復(fù)員費(fèi)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(fēng)力、能見度影響大，火災(zāi)等事故不適用。

2.1.2 守護(hù)船與救生緩降器聯(lián)用

發(fā)出撤離指令后，平臺(tái)所有工作人員在指定的撤離點(diǎn)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(hù)船上，由守護(hù)船工作人員進(jìn)行固定，平臺(tái)工作人員依次通過繩索緩降到守護(hù)船；響應(yīng)時(shí)間不小于45分鐘；安全風(fēng)險(xiǎn)較大；使用概率較低；方案成本主要包括守護(hù)船動(dòng)復(fù)員費(fèi)用（5萬元/天），30人救生緩降器采購費(fèi)用，人員使用培訓(xùn)費(fèi)用，平臺(tái)緩降器繩索安裝費(fèi)用，總計(jì)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(fēng)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(hù)船與柔性逃生索道聯(lián)用

發(fā)出撤離指令后，平臺(tái)所有工作人員在指定的撤離點(diǎn)集合，打開柔性逃生索道，將出口落到守護(hù)船甲板，人員依次開始撤離；響應(yīng)時(shí)間不小于45分鐘；安全風(fēng)險(xiǎn)幾乎沒有；使用概率不高；方案成本包括守護(hù)船動(dòng)復(fù)員費(fèi)用（5萬元/天），柔性逃生索道費(fèi)用，人員使用培訓(xùn)費(fèi)用，平臺(tái)安裝改造費(fèi)用，總計(jì)約60萬元；結(jié)冰期需使用破冰船作為守護(hù)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(fēng)力、能見度影響大，火災(zāi)等事故不適用。

2.2 直升機(jī)逃生

發(fā)出撤離指令后，平臺(tái)所有工作人員在指定的撤離點(diǎn)集合，待直升機(jī)到達(dá)后，人員依次開始撤離；響應(yīng)時(shí)間不小于90分鐘；安全風(fēng)險(xiǎn)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(shí)；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(fēng)力、能見度影響大，受運(yùn)力限制比較明顯，火災(zāi)等事故不適用。

2.3 救生筏逃生

發(fā)出撤離指令后，平臺(tái)所有工作人員在指定的撤離點(diǎn)集合，拉開氣脹式救生筏，并將其推入海中，人員按訓(xùn)練要求依次跳入海中爬進(jìn)救生筏；響應(yīng)時(shí)間最少30分鐘；安全風(fēng)險(xiǎn)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(tái)的常規(guī)配置；冰期不可使用；其局限性在于受風(fēng)力影響，人員素質(zhì)要求高，浪高時(shí)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。

2.4 安全島逃生

中國石油集團(tuán)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(shí)，工作人員安全逃生問題，于2003年提出了在作業(yè)平臺(tái)周邊100米范圍外建造安全島的設(shè)想。在作業(yè)平臺(tái)和安全島之間用往復(fù)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(tái)出現(xiàn)緊急事故時(shí)，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(tái)所有工作人員在指定的撤離點(diǎn)集合，依次通過逃生滑道撤離到安全島；響應(yīng)時(shí)間最少需要20分鐘；安全風(fēng)險(xiǎn)幾乎沒有；使用概率低；方案成本主要是其建設(shè)費(fèi)用預(yù)計(jì)在千萬以上；結(jié)冰期可用；局限性在于建設(shè)、維護(hù)費(fèi)用非常高，經(jīng)濟(jì)性很差。

2.5 救生艇逃生

發(fā)出撤離指令后，平臺(tái)所有工作人員在指定的撤離點(diǎn)集合，依次進(jìn)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(shí)間約為10分鐘左右；安全風(fēng)險(xiǎn)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(tái)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。

3 適合海洋油氣開發(fā)過程事故的應(yīng)急逃生方案對(duì)比

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(shí)間、安全風(fēng)險(xiǎn)、人員素質(zhì)要求、方案成本等方面按百分制進(jìn)行綜合對(duì)比，建立數(shù)學(xué)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(hù)船A方案；u2為守護(hù)船B方案；u3為守護(hù)船C方案；u4為直升機(jī)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(píng)定因素?cái)?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(shí)間，f4為方案安全風(fēng)險(xiǎn)程度，f5為方案所需具備的人員素質(zhì)要求，f6為花費(fèi)成本。wi(i=1,2,3,4,5,6)為權(quán)重?cái)?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(shí)間、安全風(fēng)險(xiǎn)、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(xiàng)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(xiàng)目組各專家請(qǐng)教以及對(duì)各種救逃生方案的調(diào)查研究，最后確定各評(píng)定因素的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如下：

其中m為花費(fèi)成本，單位（萬元）；

通過對(duì)各種適合海洋油氣開發(fā)過程事故的應(yīng)急逃生方案進(jìn)行詳細(xì)分析，并根據(jù)各評(píng)定因素的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)依次打分，形成方案對(duì)比評(píng)分表，如表1所示。通過綜合評(píng)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(píng)分表

由上表可知，經(jīng)過對(duì)可能用于海洋石油平臺(tái)的7種應(yīng)急逃生方案調(diào)查研究，綜合逃生方案對(duì)設(shè)備的依賴程度、對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求、應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間、方案安全風(fēng)險(xiǎn)、人員素質(zhì)要求、花費(fèi)成本等因素，幾種應(yīng)急逃生方案的綜合評(píng)分中，救生艇得最高分為87.5分，遠(yuǎn)高于排在第二位的守護(hù)船C（守護(hù)船+柔性逃生索道）方案的77分?？梢钥闯鲈谄脚_(tái)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。

4 渤海冰期逃生技術(shù)的發(fā)展趨向

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(xué)建模對(duì)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(shí)間短、逃生程序簡單等優(yōu)點(diǎn)，唯一缺點(diǎn)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(shí)強(qiáng)調(diào)，IMO正在爭(zhēng)取2014年底出臺(tái)極地船舶規(guī)范，2016或者2017年初強(qiáng)制生效。屆時(shí)，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(tái)和運(yùn)營船舶上。

盡管目前國內(nèi)外暫時(shí)缺乏在冰區(qū)和極地地區(qū)的救生手段，但是從長遠(yuǎn)來看，研制和裝備冰區(qū)救生艇是大勢(shì)所趨。

［1］陸欽年.我國渤海海域的海冰災(zāi)害及其防御對(duì)策[J].黑龍江：自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，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(yù)報(bào)，1999，16（3）：1－4.

［3］孫德坤.灘海石油作業(yè)平臺(tái)逃生設(shè)施技術(shù)研究[J].上海：中國海洋平臺(tái)，2003，18（5）：38－41.