海上石油設(shè)施量化風險評估和英國接受準則

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(中遠船務工程集團有限公司 技術(shù)中心，遼寧 大連 116600)

量化風險評估(QRA)用于衡量風險概率和風險對項目目標影響的程度，它依據(jù)風險管理計劃、風險及風險條件排序表、歷史資料、專家判斷以及其他計劃成果，利用靈敏度分析、決策分析與模擬的方法和技術(shù)，得到量化序列表、項目確認研究以及所需應急資源等量化結(jié)果[1-4]。20世紀70年代末，海上石油設(shè)施的量化風險評估還并不引人注目，其作為研究工具首先在挪威使用。目前，海上石油設(shè)施量化風險評估已經(jīng)成為管理整個北海油氣行業(yè)安全、健康和環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)。在北海區(qū)域，量化風險評估研究重點主要在人員風險的量化上[5]。

英國安全案例規(guī)范(SCR)、預防火災爆炸和應急法規(guī)要求對有關(guān)海工平臺建造安裝過程中的所有重大事故危害進行充分識別，并使其在運營周期內(nèi)得到有效管理和控制。這是通過完整性評估和驗證，依據(jù)可接受法規(guī)進行設(shè)計、采購、安裝和操作，從而確保人員安全[6]。設(shè)立法規(guī)的主要目的在于，①識別所有有關(guān)安裝方面可確認的危害，并在設(shè)計階段盡可能地消除危害。②從重大事故風險評估和降低風險水平方面使風險降低至合理可行的范圍。③識別、實現(xiàn)和維護一個適合的安全設(shè)計、預防、檢測、控制和緊急情況的應急體系，使風險在運營周期內(nèi)得到有效管理和控制。④確保緊急情況下提供人員保護的系統(tǒng)和設(shè)備是有效的，能夠擁有應對所有可預見安全事件的能力。⑤確保設(shè)計、操作、維護、驗證的安全措施，項目的系統(tǒng)管理程序以及可能導致風險升級的解決方案能夠被主管部門接受，并在必要時更改系統(tǒng)設(shè)計。

文中對量化風險評估歷史、英國海上石油設(shè)施監(jiān)管規(guī)范進行了簡要介紹，并以中遠海運重工有限公司完成的設(shè)計、材料、建造(EPC)總包項目中的“希望6號”浮式生產(chǎn)儲油平臺為例，對海上石油設(shè)施的主要風險事故類型、英國規(guī)范認可準則進行了闡述。

1 量化風險評估歷史概要

量化風險評估起源于美國的核工業(yè)，20世紀70年代后期，挪威石油管理局選取幾個以研發(fā)為主的項目，使用概念安全性評估和總風險分析對死亡事故進行分析，并于1981年針對平臺概念設(shè)計的安全評價發(fā)布了指導準則[7]。這些規(guī)范要求在概念設(shè)計階段對所有海洋平臺進行量化風險評估，包含需要考慮的事故發(fā)生限制標準，即設(shè)計意外事件，需要考慮的事故發(fā)生率限制標準(每平臺每年10-4次)。量化風險評估方法的主要基礎(chǔ)，實際上是要求責任方通過安全案例說明海上設(shè)施的人員風險等級要符合最低合理可行原則，而這只有通過使用量化風險評估才能有效做到。英國安全案例規(guī)范中的量化風險評估方法與挪威規(guī)范幾乎一致，只是安全案例規(guī)范僅應用于人員風險。

1988年，在英國北海海域，西方石油公司所擁有的帕波·阿爾法平臺發(fā)生爆炸事故，整個平臺結(jié)構(gòu)坍塌倒入海中，造成167人死亡，周圍的5個平臺停止生產(chǎn)。僅此事故便使英國北海油田減產(chǎn)12%，造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。事故發(fā)生后，英國政府組織了官方調(diào)查團，并于1990-11發(fā)布了調(diào)查報告。調(diào)查報告包括事故起因闡述和對安全制度提出的建議2部分，報告中提出了106條建議，并對相應的實施責任進行了分解，建議應將量化風險評估引入英國法規(guī)。報告中關(guān)于健康、安全和環(huán)境執(zhí)行條例的建議有57條、關(guān)于管理者責任建議有40條、關(guān)于全行業(yè)改進建議有8條、關(guān)于守護船業(yè)建議有1條，其中多數(shù)建議被英國政府采納并制定了相應的法律法規(guī)。

由于帕波·阿爾法平臺事故造成的巨大影響，英國徹底重新制定了健康與安全工作法監(jiān)管制度[8]。1992年，健康、安全和環(huán)境執(zhí)行條例在英國生效[9]。作為安全案例規(guī)范的一部分，英國海工產(chǎn)業(yè)被要求對現(xiàn)有設(shè)施以及新建海上設(shè)施全都進行風險評估。在新規(guī)范下的推動下，量化風險評估的研究及應用得到了迅速發(fā)展。1996～1998年，對作為上部模塊系統(tǒng)的爆炸沖擊與消防工程計劃進行了研究，重點是平臺可能的氣體爆炸場景所導致的高爆破載荷。這項研究的一個成果，是評估如何將爆炸場景概率性地引入量化風險評估模型并使其得到有效的控制和分析。

2005年修訂安全管理規(guī)范及相關(guān)法律，用設(shè)置目標的管理制度代替之前的法規(guī)，定義海上設(shè)備及股東的法律責任。在管理者組織內(nèi)引入個體即責任人概念對設(shè)施上的人員安全負責，同時引入安全案例、主要事故風險和關(guān)鍵安全因素，此法規(guī)于2006-04生效。澳大利亞也采用此概念作為其他制度的基礎(chǔ)，未來歐盟法規(guī)將其用于歐盟的設(shè)備或歐盟公司的國際管理。

2 英國海上石油設(shè)施監(jiān)管規(guī)范

英國海上石油設(shè)施安全案例規(guī)范本身并沒有涉及量化風險評估，此法規(guī)中量化風險評估主要是用來分析以下幾個方面的內(nèi)容：①造成損害的風險，它的直接和間接價值。②所面臨的潛在威脅、發(fā)生風險的可能性。③風險中存在的弱點，以及對人員造成的直接風險。④根據(jù)潛在的對人命喪失、平均個體風險和一些其他死亡事故導致的風險，說明采取的規(guī)避措施。

為了進一步量化風險評估，健康與安全工作法列出了提交文件的計劃表依據(jù)法規(guī)結(jié)構(gòu)圖(圖1)[8]，針對具體安全案例總則中關(guān)于使用量化風險評估進行進一步的討論。

圖1 英國海上石油設(shè)施監(jiān)管法規(guī)結(jié)構(gòu)圖

2.1 海上安全案例規(guī)范OSCR

海上安全案例規(guī)范《Offshore safety case regulations》[10]中責任方被要求確定危險、評估風險并說明為控制風險已經(jīng)或?qū)⒁扇〉拇胧?，如剩余風險等級符合最低合理可行原則。安全案例還應說明經(jīng)營者應該有健康、環(huán)境與安全管理系統(tǒng)，系統(tǒng)應能確保符合所有健康與安全監(jiān)管要求。

2.2 火災爆炸預防與應急響應規(guī)范PFEER

火災爆炸預防與應急響應規(guī)范SI 1995/743《Offshore installations(prevention of fire and explosion，and emergency response on offshore installations) regulations》[11]包含了對主動和被動安全系統(tǒng)以及應急預案系統(tǒng)和功能的重要要求。這些要求的目的在于確保應對火災和爆炸的措施能夠產(chǎn)生符合最低合理可行原則的風險等級，并對處于所有合理可預測情況下的人員進行充分安排，以提供良好的救援和撤離。根據(jù)該規(guī)范要求，需要設(shè)計方和船東運營方協(xié)作，采取預防火災和爆炸的措施，并對發(fā)生的火災和爆炸提供保護，同時提供有效的應急響應安排。

風險需符合最低合理可行原則是涉及火災和爆炸時使用基于風險設(shè)計的基礎(chǔ)，對處于所有合理可預測情況下的人員提供良好的救援和撤離設(shè)施的需求可能會以概率框架的形式出現(xiàn)。

2.3 管理與行政規(guī)范MAR

海上石油設(shè)施與管線工程管理和行政規(guī)范SI 1995/738《Offshore installations and pipeline works (management and administration) regulations》[12]對海上石油設(shè)施的安全管理與行政管理制定了要求，這些要求是遵從法規(guī)的重要規(guī)定，但是沒有關(guān)于風險評估的管理要求。

2.4 設(shè)計與建造規(guī)范DCR

海上石油設(shè)施與油井設(shè)計和施工建造規(guī)范SI 1996/913《Offshore installations and wells(design and construction) regulations》[13]旨在確保海上石油設(shè)施的完整性、離岸與岸上油井的安全性以及離岸工作環(huán)境的安全性。

2.5 海底輸油管線安全規(guī)則PSR

海底輸油管線安全規(guī)則《Pipeline sasety regulations》[14]是針對所有影響管路完整性的因素進行綜合的、一體化的管理，其基于大量經(jīng)過實踐的技術(shù)研究與工程經(jīng)驗，是針對具體的失效模式提出的安全規(guī)則要求。

3 海上設(shè)施主要風險事故類型和計算實例

3.1 風險計算公式

根據(jù)ISO/IEC GUIDE 73—2002《Risk management vocabulary—guidelines for use in standards》[15]規(guī)定，風險被定義為事件及其后果的概率組合。ISO 13702—2015《Petroleum and natural gas industries—control and mitigation of fires and explosions on offshore production installations—requirements and guidelines》[16]也有類似的定義，為特定危險事件將會發(fā)生的可能性以及事件后果嚴重性的組合。

因此，根據(jù)上述定義，風險可以通過分布、期望值、特定后果的單一概率等方法來描述，通過對每個事故序列i，計算出其后果的概率和數(shù)值的乘積，并對所有潛在事故序列求和。將風險表達為期望后果的計算公式為：

式中，R為風險期望值，p為事故概率，C為事故后果。

3.2 風險事故類型

海上石油設(shè)施風險事故類型見圖2。

圖2 海上石油設(shè)施風險事故類型

3.2.1環(huán)境風險事故

“希望6號”浮式生產(chǎn)儲油平臺的環(huán)境風險被定義為井噴、海底臍帶管管線泄漏以及浮式生產(chǎn)儲油平臺存儲泄漏導致大量溢出。雖然生產(chǎn)泄漏發(fā)生的頻率高于上述風險，但由于設(shè)置了相關(guān)應急關(guān)閉系統(tǒng)，一般不會對環(huán)境造成重大傷害，故而將生產(chǎn)泄漏考慮為小量溢出，如易燃氣體、液體泄漏導致的火災爆炸和系統(tǒng)失控造成重大環(huán)境污染等。

2009-08，Montara平臺發(fā)生井噴，可燃氣體導致平臺發(fā)生大爆炸，造成重大環(huán)境污染[6]。2012-03道達爾Elgin平臺在北海海域安裝過程中發(fā)生氣體泄漏，導致整個項目進度推遲3個月，造成巨大的資產(chǎn)損失[6]。

3.2.2資產(chǎn)風險事故

資產(chǎn)損失風險是指對“希望6號”浮式生產(chǎn)儲油平臺設(shè)備和結(jié)構(gòu)可能造成的損害進而導致生產(chǎn)暫停造成的資產(chǎn)損失風險。如原油系統(tǒng)沒有備用的循環(huán)泵、穿梭油輪撞擊導致浮式生產(chǎn)儲油平臺失穩(wěn)、直升機墜毀導致主要結(jié)構(gòu)損害等。2011-04，英國石油Magnus平臺支腿被服務船碰撞，平臺停產(chǎn)維修造成資產(chǎn)損失。

3.2.3死亡風險事故

死亡風險事故包括每平臺年死亡人數(shù)、個體風險及群體風險等。如果針對整個海上設(shè)施，潛在人命喪失或每平臺年死亡人數(shù)就可以視為整個平臺的死亡風險。死亡事故率的數(shù)值為群體里每1億工作小時內(nèi)的死亡人數(shù)，群體風險是最常見的定量人員風險。

“希望6號”浮式生產(chǎn)儲油平臺上設(shè)計載員70人，每人在平臺上工作3 000 h，其風險要素見表1。

表1 “希望6號”浮式生產(chǎn)儲油平臺風險要素

將表1中所列出的風險要素用作潛在人命喪失風險值的基礎(chǔ)，得出潛在人命喪失總計為每年死亡0.246 8人。“希望6號”浮式生產(chǎn)儲油平臺設(shè)計服役年限為20 a，意味著這期間的死亡人數(shù)為5人。為避免事故的發(fā)生，針對事故發(fā)生頻率高的撤離，設(shè)計了臨時避難所來降低事故的發(fā)生率，這也和安全案例規(guī)范要求一致。臨時避難所應包括生命支持安全功能、指揮安全功能、臨時避難所出口安全功能和撤離安全功能。

4 英國規(guī)范認可準則

4.1 最低合理可行原則

最低合理可行原則是英國安全案例規(guī)范的重點內(nèi)容，主要判據(jù)原則為依據(jù)風險的嚴重程度將可能出現(xiàn)的風險進行分級。風險由不可容忍線和可忽略線將其分為風險嚴重區(qū)、風險最低合理可行區(qū)和可忽略區(qū)。風險嚴重區(qū)和風險最低合理可行區(qū)是風險辨識的重點，項目風險辨識必須盡可能找出該區(qū)所有的風險。同時，最低合理可行原則也提供了項目風險確定的判據(jù)標準，所以項目風險辨識也應該以此為原則[17]。

4.2 人員風險準則

傳統(tǒng)上計算風險是通過考慮人員群體并對群體中的個體計算年預期死亡事故風險[18]。該計算方法的主要缺點在于沒有表達出一個海上設(shè)施的整體風險，而維持整個平臺的總預期死亡數(shù)是更需要關(guān)注的焦點。

4.3 臨時避難所損害準則

根據(jù)安全案例規(guī)范和英國海上設(shè)置主要標準要求，臨時避難所完整性損失頻率要低于10-3/a。這個標準詳細說明了固定式海上設(shè)施和移動式海上設(shè)施的安全案例內(nèi)容，也是規(guī)范中唯一定量的最大允許頻率。臨時避難所是保護人員免受爆炸、火災、高溫、煙塵、有毒氣體和煙霧危險的措施之一，還包括進入和離開臨時避難所的安全通道、撤離方法以及監(jiān)控意外事件的設(shè)備等。

“希望6號”浮式生產(chǎn)儲油平臺涉及到的臨時避難所在安全案例中包括臨時避難所需要執(zhí)行的功能、可能威脅臨時避難所完整性的意外事件范圍、可視為臨時避難所完整性損失條件的準則以及設(shè)計臨時避難所必須保持完整性的最少時間。

這些功能要求的準則，尤其是進入和離開臨時避難所的逃生通道以及足夠的撤離方法，規(guī)范中都有詳細的說明，這與挪威規(guī)范中的主要安全功能非常接近。

5 結(jié)語

海上采油平臺設(shè)施屬于重大危險源，其安全性、可靠性尤為重要。對海上石油設(shè)施開展風險評估技術(shù)研究是海上石油設(shè)施風險管理的重要組成部分，也是防災、減災、滅災的必要條件。我國渤海二號翻沉事件、爪哇海鉆井船在鶯歌海的傾覆、630大連輸油管爆裂事件以及其他近海和海岸的事故，也充分顯示了我國海上石油平臺風險評估的緊迫性。熟練掌握并使用海上石油設(shè)施的風險評估體系，不僅對北海大陸架項目具有重要意義，對于我國海上石油設(shè)施事故本質(zhì)特征的清晰識別、事故的分析和管理以及采油平臺管理技術(shù)水平的提升也具有一定的指導意義。