蘭圣迎 石榮貴 葉建萍 黃楚光
(國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心)
海洋石油工程清潔生產(chǎn)評(píng)估方法研究*
蘭圣迎 石榮貴 葉建萍 黃楚光
(國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心)
從資源能源利用、廢棄物產(chǎn)生、廢棄物回收利用、污染物處理、環(huán)境管理效果和環(huán)境響應(yīng)情況著手,建立了包括6個(gè)一級(jí)指標(biāo)、29個(gè)二級(jí)指標(biāo)的海洋石油工程清潔生產(chǎn)評(píng)估指標(biāo)體系;研究利用專家調(diào)查和層次分析法確定各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重值,探索評(píng)估指標(biāo)的賦值方法、標(biāo)準(zhǔn)化方法,提出了海洋石油工程清潔生產(chǎn)綜合指數(shù)計(jì)算方法體系。
海洋石油;清潔生產(chǎn);評(píng)估
在海洋石油行業(yè),清潔生產(chǎn)主要是指:在整個(gè)生產(chǎn)過程中,著眼于污染預(yù)防,全面考慮開發(fā)生產(chǎn)周期過程對環(huán)境的影響,最大限度地減少原料和能源的消耗,降低生產(chǎn)成本,提高油氣資源和生產(chǎn)用能源的利用效率,使開發(fā)生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響降到最低[1]。清潔生產(chǎn)是海洋石油工程節(jié)能降耗、降低成本、保護(hù)海洋環(huán)境的唯一途徑。開展海洋石油工程清潔生產(chǎn)評(píng)估,對于督促企業(yè)不斷挖掘清潔生產(chǎn)潛力,減少清潔生產(chǎn)短板,實(shí)現(xiàn)海洋石油可持續(xù)發(fā)展有著重要作用。
目前,陸地石油開采領(lǐng)域的清潔生產(chǎn)評(píng)估研究較多[1-5]。由于我國海洋石油開發(fā)歷史較短,未形成清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),清潔生產(chǎn)評(píng)估研究較少,且多集中在清潔生產(chǎn)措施研究上,例如天然氣回收利用[6-7]、鉆井環(huán)境保護(hù)措施[8]、含油污水處理[9]等。本文研究提出的清潔生產(chǎn)綜合指數(shù),覆蓋海洋石油開發(fā)全過程,特別從環(huán)境管理效果、環(huán)境響應(yīng)情況入手建立指標(biāo)體系,可以動(dòng)態(tài)評(píng)估某一油田的清潔生產(chǎn)狀態(tài)、掌握清潔生產(chǎn)變化趨勢,也可以對比分析國內(nèi)外油田的清潔生產(chǎn)狀況,促進(jìn)油田不斷采取措施,提高清潔生產(chǎn)水平。
指標(biāo)體系是進(jìn)行海洋石油工程清潔生產(chǎn)評(píng)估的基礎(chǔ),指標(biāo)的選取應(yīng)遵循凸顯海洋石油工程特性、簡潔實(shí)用、操作性強(qiáng)、科學(xué)有依據(jù)、經(jīng)濟(jì)性等原則。本文既從資源能源利用、廢棄物產(chǎn)生、廢棄物回收利用、污染物處理和環(huán)境管理[10]等傳統(tǒng)清潔生產(chǎn)角度選取評(píng)估指標(biāo),還特別從環(huán)境角度著手,嘗試從環(huán)境響應(yīng)效果間接反映清潔生產(chǎn)水平;在環(huán)境管理方面,摒棄傳統(tǒng)的環(huán)境機(jī)構(gòu)建立、制度制訂實(shí)施[10]等定性考量指標(biāo),直接從環(huán)境管控效果入手選取指標(biāo)。
評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示,包括6個(gè)一級(jí)指標(biāo)、29個(gè)二級(jí)指標(biāo)。資源能源利用(A)中:海洋淡化水(A03)的使用,有效減少了淡水的船舶供給,體現(xiàn)了清潔生產(chǎn);海洋石油工程多利用燃料油(氣)自行發(fā)電,因此結(jié)合鍋爐、動(dòng)力設(shè)備等耗油(氣)設(shè)施,統(tǒng)一使用燃料油(氣)消耗量(A05)指標(biāo),不再另外選取電消耗指標(biāo)。廢棄物產(chǎn)生量(B)中:冷放空(B07)和燃燒[6](B08)是伴生氣的主要處理方式。廢棄物回收利用(C)中:鉆屑的回注和送陸地處置[4]等非排放(C03)方式,有效減少了對海洋環(huán)境的損害。污染物處理效果(D)中:含油、COD等污染物來源于GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》[11]。環(huán)境管理效果(E)中:ISO認(rèn)證指數(shù)(E01)反映油田的規(guī)范化管理程度,溢油事故數(shù)量(E03)、溢油量(E04)間接反映油田環(huán)境綜合管控水平。環(huán)境響應(yīng)效果(F)中:海洋石油工程的主要影響介質(zhì)為海水(F01)、沉積物(F02)和底棲生物(F03)。
2.1 指標(biāo)權(quán)重確定方法
各評(píng)估指標(biāo)反映的海洋石油工程清潔生產(chǎn)水平程度不同,需要確定指標(biāo)權(quán)重。權(quán)重的合理性直接影響到清潔生產(chǎn)評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文通過專家調(diào)查和層次分析法(AHP)[12-13]確定各指標(biāo)權(quán)重。
表1 海洋石油工程清潔生產(chǎn)評(píng)估指標(biāo)及其權(quán)重
AHP法基本原理是:首先將要解決的問題看成一個(gè)系統(tǒng),根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部因素間的隸屬關(guān)系,建立有序的層次結(jié)構(gòu),并以同一層次的各種要素按照上一層要素為準(zhǔn)則,構(gòu)造判斷矩陣,進(jìn)行兩兩判斷比較,計(jì)算各要素權(quán)重值[12]。
為保證指標(biāo)權(quán)重的科學(xué)合理,按照表1構(gòu)造出的評(píng)估指標(biāo)遞階層次結(jié)構(gòu),通過7位海洋石油、海洋管理、海洋工程環(huán)評(píng)、環(huán)保設(shè)施竣工驗(yàn)收等方面專家的問卷調(diào)查,采用層次分析法計(jì)算軟件MATLAB6.5,計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重值,詳見表1。
2.2 指標(biāo)賦值方法
為準(zhǔn)確、定量評(píng)估海洋石油工程清潔生產(chǎn)水平,對二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行量化賦值,賦值方法主要依靠各指標(biāo)自身屬性及專家判斷確定。
多數(shù)二級(jí)指標(biāo)通過自身屬性賦值,例如鉆井泥漿循環(huán)利用比例(C02)、生產(chǎn)水含油指數(shù)(D01);部分指標(biāo)人為設(shè)定賦值,例如鉆井泥漿類型(A04)、環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗(yàn)收指數(shù)(E02)。指標(biāo)分為正相關(guān)指標(biāo)、負(fù)相關(guān)指標(biāo)。正相關(guān)指標(biāo)取其屬性值,賦值越大,代表清潔生產(chǎn)水平越高,例如淡化水使用比例(A03)、ISO認(rèn)證指數(shù)(E01);負(fù)相關(guān)指標(biāo)取其屬性值的負(fù)數(shù),賦值越小,代表清潔生產(chǎn)水平越高,例如海水消耗量(A01)、生產(chǎn)水產(chǎn)生量(B01)。
所有指標(biāo)賦值,均應(yīng)使用海洋石油開發(fā)3個(gè)月以上正常生產(chǎn)或鉆井?dāng)?shù)據(jù)。
2.2.1 資源能源利用指標(biāo)
包括海水消耗量、淡水消耗量、淡化水使用比例、鉆井泥漿類型、燃料油(氣)消耗量5個(gè)二級(jí)指標(biāo)。其中海水、淡水、燃料油(氣)消耗量和鉆井泥漿類型為負(fù)相關(guān)指標(biāo),淡化水使用比例為正相關(guān)指標(biāo)。
海水消耗量(A01) 每產(chǎn)出1t原油消耗的海水噸量,包括冷卻、沖洗和補(bǔ)充泥漿循環(huán)利用水[5]等生產(chǎn)用水及生活用水(沖廁)。
淡水消耗量(A02) 每產(chǎn)出1t原油消耗的淡水噸量,包括生產(chǎn)、生活用水。
淡化水使用比例(A03) 淡水消耗量(A02)中來自海水淡化系統(tǒng)的淡水比例。
鉆井泥漿類型(A04) 海洋石油開發(fā)過程中使用的泥漿類型,包括水基、合成基和油基泥漿3種[11],代表了泥漿的清潔和毒性程度。鉆井過程中,水基和合成基泥漿比油基泥漿對海洋環(huán)境危害?。?4]。本指標(biāo)設(shè)定為負(fù)相關(guān)指標(biāo),鉆井中僅使用水基泥漿,賦值1;使用了合成基泥漿,賦值2;使用了油基泥漿,賦值3。燃料油(氣)消耗量(A05) 每產(chǎn)出1t原油消耗的柴油、汽油和燃料氣的噸量,包括發(fā)電機(jī)、鍋爐、動(dòng)力設(shè)備等消耗的燃料油(氣)。
2.2.2 廢棄物產(chǎn)生量指標(biāo)
包括生產(chǎn)水產(chǎn)生量、生活污水產(chǎn)生量、機(jī)艙污水產(chǎn)生量、固體垃圾產(chǎn)生量、鉆井泥漿使用量、鉆屑產(chǎn)生量、伴生氣冷放空量、火炬燃燒廢氣排放量8個(gè)二級(jí)指標(biāo)。污染物產(chǎn)生量為負(fù)相關(guān)指標(biāo)。
生產(chǎn)水產(chǎn)生量(B01) 每產(chǎn)出1t原油同時(shí)產(chǎn)生的生產(chǎn)水噸數(shù)。
生活污水產(chǎn)生量(B02) 每產(chǎn)出1t原油同時(shí)產(chǎn)生的生活污水[11]噸數(shù)。
機(jī)艙污水產(chǎn)生量(B03) 每產(chǎn)出1t原油同時(shí)產(chǎn)生的機(jī)艙污水[11]噸數(shù)。
固體垃圾產(chǎn)生量(B04) 每產(chǎn)出1t原油同時(shí)產(chǎn)生的固體垃圾[11]噸數(shù)。
鉆井泥漿使用量(B05) 鉆井每100m進(jìn)尺使用的泥漿噸數(shù)[2]。
鉆屑產(chǎn)生量(B06) 鉆井每100m進(jìn)尺產(chǎn)生的鉆屑噸數(shù)。本指標(biāo)賦值方法參照鉆井泥漿使用量(B05)。伴生氣冷放空量(B07) 每產(chǎn)出1t原油同時(shí)產(chǎn)生的伴生氣冷放空方量。指標(biāo)值可采用氣體流量監(jiān)測、推算等方法獲得。
火炬燃燒廢氣排放量(B08) 每產(chǎn)出1t原油同時(shí)產(chǎn)生的火炬燃燒廢氣排放方量。指標(biāo)值可采用氣體流量監(jiān)測、推算等方法獲得。
2.2.3 廢棄物回收利用指標(biāo)
包括生產(chǎn)水井下回注比例、鉆井泥漿循環(huán)利用比例、鉆屑非排放處置比例、伴生氣回收利用比例4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。廢棄物回收利用指標(biāo)為正相關(guān)指標(biāo)。
生產(chǎn)水井下回注比例(C01) 回注生產(chǎn)水[3]在生產(chǎn)水產(chǎn)生量(B01)中所占比例。
鉆井泥漿循環(huán)利用比例(C02) 循環(huán)使用[3]的泥漿在鉆井泥漿使用量(B05)中所占比例。
鉆屑非排放處置比例(C03) 通過回注、陸地處置[4]等方式處理的鉆屑在鉆屑產(chǎn)生量(B06)中所占比例。
伴生氣回收利用比例(C04) 回收用于燃料氣、輕烴回收、氣舉生產(chǎn)[6]的伴生氣在產(chǎn)生的伴生氣中所占比例。
2.2.4 污染物處理效果指標(biāo)
包括生產(chǎn)水含油指數(shù)、生活污水COD指數(shù)、機(jī)艙污水含油指數(shù)、泥漿污染物指數(shù)和鉆屑污染物指數(shù)5個(gè)二級(jí)指標(biāo)。污染物處理效果指標(biāo)為負(fù)相關(guān)指標(biāo)。
生產(chǎn)水含油指數(shù)(D01) 生產(chǎn)水中油類濃度與排放標(biāo)準(zhǔn)[11]的比值。
生活污水COD指數(shù)(D02) 生活污水中COD濃度與排放標(biāo)準(zhǔn)[11]的比值。
機(jī)艙污水含油指數(shù)(D03) 機(jī)艙污水中油類濃度與排放標(biāo)準(zhǔn)[11]的比值。
泥漿污染物指數(shù)(D04) 泥漿中含油量、汞和鎘濃度分別與排放標(biāo)準(zhǔn)[11]的比值的和。
鉆屑污染物指數(shù)(D05) 鉆屑中含油量、汞和鎘濃度分別與排放標(biāo)準(zhǔn)[11]的比值的和。
2.2.5 環(huán)境管理效果指標(biāo)
包括ISO認(rèn)證指數(shù)、環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗(yàn)收指數(shù)、溢油事故數(shù)量、溢油量4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。ISO認(rèn)證指數(shù)、環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗(yàn)收指數(shù)設(shè)定為正相關(guān)指標(biāo),溢油事故數(shù)量、溢油量為負(fù)相關(guān)指標(biāo)。
◆ISO認(rèn)證指數(shù)(E01) 油田是否通過了ISO管理體系認(rèn)證,通過賦值為2,未通過賦值為1。
環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗(yàn)收指數(shù)(E02) 油田環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗(yàn)收[15]通過情況,一次通過賦值3,整改后通過賦值2,未通過賦值1。
溢油事故數(shù)量(E03) 油田1年內(nèi)發(fā)生的溢油事故次數(shù)。
溢油量(E04) 油田1年內(nèi)發(fā)生的溢油噸數(shù)。2.2.6環(huán)境響應(yīng)效果指標(biāo)
環(huán)境響應(yīng)效果間接反映清潔生產(chǎn)水平,指標(biāo)包括油田排污混合區(qū)內(nèi)海水污染物指數(shù)、沉積物污染物指數(shù)和生物多樣性指數(shù)3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。污染物指數(shù)為負(fù)相關(guān)指標(biāo),生物多樣性指數(shù)為正相關(guān)指標(biāo)。
海水污染物指數(shù)(F01) 海水中油類、COD、懸浮物、汞、鎘濃度分別與海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[16]的比值的和。沉積物污染物指數(shù)(F02) 沉積物中油類、汞、鎘濃度分別與沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[17]的比值的和。
◆生物多樣性指數(shù)(F03) 底棲生物多樣性指數(shù)[18]。2.3指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)化處理方法
海洋石油工程清潔生產(chǎn)評(píng)估體系共計(jì)29個(gè)二級(jí)指標(biāo),其賦值和量綱均存在較大差別,在計(jì)算清潔生產(chǎn)綜合指數(shù)前需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,將各指標(biāo)的絕對值轉(zhuǎn)化為相對值,以消除各指標(biāo)間的量綱影響和數(shù)量級(jí)差別。標(biāo)準(zhǔn)化方法采用以下方程式[19]:
2.4 清潔生產(chǎn)綜合指數(shù)計(jì)算方法
為克服單項(xiàng)清潔生產(chǎn)評(píng)估指標(biāo)的片面性,全面評(píng)價(jià)清潔生產(chǎn)水平,本文提出采用清潔生產(chǎn)綜合指數(shù)(ICP)評(píng)估海洋石油工程清潔生產(chǎn)水平,ICP值越大,代表油田清潔生產(chǎn)水平越高。
結(jié)合各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重,海洋石油工程清潔生產(chǎn)綜合指數(shù)計(jì)算公式如下:
10.3969/j.issn.1005-3158.2015.01.001
:1005-3158(2015)01-0001-03
海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201005012)。
蘭圣迎,2002年畢業(yè)于中國海洋大學(xué)海洋管理專業(yè),碩士,高級(jí)工程師,現(xiàn)在國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心從事海洋資源利用、生態(tài)評(píng)估、環(huán)境監(jiān)測與評(píng)價(jià)工作。通信地址:廣東省廣州市新港西路155號(hào)南海環(huán)境監(jiān)測中心,510300