基于六西格瑪目標的采油過程安全風險控制研究

羅 靜 張 靜

(西安石油大學 經濟管理學院，陜西 西安 710065)

0 引 言

安全生產關乎人民群眾生命財產安全和社會穩(wěn)定大局。石油行業(yè)作業(yè)環(huán)境復雜，生產具有野外施工、流動分散、工種繁多、工序立體交叉等特點，在生產經營過程中，存在著高溫、高壓、易燃、易爆等眾多危險因素，容易發(fā)生井噴、物體打擊、爆炸、灼燒等各類安全事故。因此石油企業(yè)生產安全一直是安全工作的重點。

隨著時代的發(fā)展，我國石化產業(yè)安全管理水平不斷進步。國內主要石油公司均建立了相應的HSE管理體系。但由于石油化工行業(yè)的特殊性，各類安全事故仍時有發(fā)生。據統(tǒng)計，2018年，全國石油化工企業(yè)共發(fā)生安全事故176起，死亡223人。我國石油化工行業(yè)仍然面臨比較嚴峻的安全形勢。

本文對采油過程生產安全風險進行識別、篩選和評價，以期將六西格瑪質量管理界限與石油企業(yè)生產安全風險控制目標相結合，反向推理采油過程中各級安全風險控制目標，為采油過程安全風險控制提供新思路。

1 理論基礎及研究方法

1.1 六西格瑪理論

六西格瑪是基于全面質量管理的統(tǒng)計評估方法，主張將人的力量、流程(DMAIC)的力量和技術方法的力量緊密結合，并通過持續(xù)改善過程以完成目標。傳統(tǒng)六西格瑪DMAIC工具主要包括五個階段：定義階段(Define)、測量階段(Measure)、分析階段(Analyze)、改進階段(Improve)、控制階段(Control)，六西格瑪工具方法見表1。

目前，有關六西格瑪的研究多集中在六西格瑪理論與精益管理相結合是如何提高服務質量以及生產企業(yè)產品合格率上，對提高企業(yè)生產安全性的研究鮮而有之。

在管理決策方面，Fernando Juliani[1]32-34以及Chunchin Wei[2]11-12基于六西格瑪理論，對項目實施精益六西格瑪改進， 提出了項目實施過程中需要解決的問題，系統(tǒng)構建了項目選擇目標，為管理層實行精準高效的項目管理提供依據。申衛(wèi)群[3]99-105深刻剖析了圖書館服務流程優(yōu)化中存在的問題，利用六西格瑪工具對其進行優(yōu)化改進，并設計價值流未來圖對其提出相關建議。在質量控制方面，Abdallah[4]46-48提出除傳統(tǒng)六西格瑪工具之外，可使用仿真和多響應方法對項目質量進行優(yōu)化，并利用全球物流公司作為實際案例驗證了仿真和多響應方法對項目質量提升的有效性。肖斌卿、劉文龍[5]50-68在成本控制理論與傳統(tǒng)精益、六西格瑪理論的基礎上,將成本控制財務指標進行整合，提出了質量管理新模式。

表1 六西格瑪工具方法

六西格瑪管理目標的核心為減少缺陷，以使目標達到盡量完美。理想狀態(tài)下，若六西格瑪質量控制的界限為±6σ，則其質量水平能夠達到每百萬個產品廢品數少于3.4個，精確度達到99.99 966%，幾乎接近完美水平。六西格瑪是通過過程控制以達到近乎“零缺陷”目標的方法，而石油企業(yè)行業(yè)性質特殊，對生產安全性要求極高，同時事故的“零發(fā)生”也是其追求目標，二者在處理問題的角度和目標上相契合，因而探索六西格瑪理論在石油企業(yè)生產安全風險控制方面的應用具有一定的現實意義和理論價值。

據中國石油和化學工業(yè)聯合會相關數據顯示，截至2018年12月末，我國石化行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)達27 813家。此外，據不完全統(tǒng)計，我國在2013—2018年共發(fā)生石油化工事故974起，造成1 253人死亡(為客觀反映事故規(guī)律，未統(tǒng)計天津港“8.12”特別重大著火爆炸事故) 。[6]3-7為更加準確地反映石油化工行業(yè)事故概率，可引入DPMO值對其進行衡量，見(1)式：

(1)

其中DPMO為每百萬次運作產生的缺陷數，DPU表示單位產品缺陷數。若DPMO≥6σ，代表質量水平達到最終質量目標(世界一流)；若5σ≤DPMO<6σ，表示質量水平優(yōu)秀，仍有待提升；若4σ≤DPMO<5σ，則代表目前整體質量水平一般，需改進；若3σ≤DPMO<4σ，代表質量水平較低；若2σ≤DPMO<3σ，表示質量水平急需提升；當DPMO<2σ，表示質量水平不可接受。

根據石化行業(yè)特點，依照法定工作日用實際生產日計算，每年平均生產日為250天，則現階段我國石油化工企業(yè)事故發(fā)生率約為0.002 47%(介于4σ與5σ之間)。若企業(yè)將六西格瑪目標作為控制目標，當事故發(fā)生率降低至0.000 003 4 (約為6σ)時，每年事故數可減少約138起，死亡人數約減少178人，經濟損失可直接減少約85.43%，可見實行以六西格瑪為目標的安全管理控制具有一定的現實意義和實際價值。

1.2 事故樹分析法

事故樹分析法又稱故障樹分析法，通過建立樹形圖，自上而下地演繹事故發(fā)生路徑，找出事故原因。由于其具有清晰直觀、靈活簡便等特點，因而被廣泛地應用于事故分析中。通過對事故樹的定性和定量分析可以揭示系統(tǒng)各個要素之間的內部聯系，以及各種潛在因素對事件發(fā)生的影響方式和程度，從而為決策提供有效依據。事故樹分析的基本步驟如下圖1所示。

圖1 事故樹分析基本步驟

事故樹分析法因其靈活性高、清晰直觀等特點被廣泛地應用于各類事故分析。陳悅源、方衛(wèi)寧等[7]1-12基于事故樹分析方法，對地鐵小限界中屏蔽門夾人事故風險展開分析；臺德清[8]117-121采用事故樹分析法，通過搜集匯總常見調車事故案例，對鐵路調車脫軌影響因素展開研究；此外，李威臻、李繼繁等[9]12-16在石化企業(yè)罐區(qū)泄漏風險研究中運用貝葉斯—事故樹模型進行建模分析，并提出解決方案；趙先偉、謝雄剛等[10]127-130將事故樹分析法引入貴州省梓木嘎煤礦安全管理中，驗證了其有效性，體現了該模型的實際應用價值。

2 過程設計與分析

2.1 研究對象及數據來源

2.1.1 研究對象

目前我國石油開采方式以抽油機采油為主。其中抽油機類型主要包括游梁式和無游梁式。游梁式抽油機雖然平衡能力較差、效率低，但因其操作方便、結構簡單，在世界上仍是使用最廣泛的抽油機類型。因此，本文對以游梁式抽油機為采油工具的采油過程展開研究。

2.1.2 數據來源

據中石油事故統(tǒng)計數據，按照事故成因模型分析事故發(fā)生原因，可將其分為三個方面：環(huán)境因素、人為因素和管理因素，其占比分別為19.7%、32.0%和48.3%。[11]83-87因此，可從環(huán)境因素、人為因素以及管理因素三個方面對石油開采過程進行風險因素識別。

石油開采生產過程十分繁瑣復雜，整個生產管理過程包括抽油機的啟動與停抽、抽油機井口取油樣、抽油機井口盤根更換以及調節(jié)沖程、充數等20余項基本操作。通過對采油原理進行分析，結合相關資料及專家訪問，最終篩選并歸類出三類直接影響石油安全生產的采油過程加以分析，分別為抽油機的啟動與停抽、運行參數調節(jié)以及采油井巡回檢查，采油過程安全風險因素見表2。

通過分析采油過程，結合相關資料及專家意見，從環(huán)境因素、人為因素以及管理因素三個方面進行安全風險識別，共篩選出13個風險因素指標，其中環(huán)境因素包括：門窗關閉導致通風不暢、安全通道不暢通、 不熟悉巡檢線路及其周邊環(huán)境、夜間巡線照明設備不符合要求；人為因素包括：不按要求穿戴勞保用品、接觸用電設備前不用驗電器驗電、不戴絕緣手套接觸用電設備、站位不合理導致懸繩器碰傷、倒流程錯誤、開關閥門不側身、不停抽油機進入旋轉部位檢查、調整加熱爐火焰不側身；管理因素包括施工現場無監(jiān)護人以及崗前培訓不到位。分析可知，以上各風險因素與采油過程生產安全密切相關，因此我們可以對各風險因素與安全事故之間的作用關系加以分析，建立相應的評價模型，對采油過程生產安全風險進行評價。

2.2 模型構建與過程分析

2.2.1 采油過程事故樹模型構建

結合實際采油過程，為實行有效的安全控制，對采油過程進行分析，建立采油過程生產事故樹，采油安全事故樹見圖2。

從圖2可知，石油企業(yè)安全事故的發(fā)生主要有三類：抽油機啟動與停機事故、運行參數調節(jié)事故和采油井巡回檢查事故，而每類安全事故的發(fā)生的原因又不盡相同。通過事故樹建模分析，厘清了石油企業(yè)生產安全事故發(fā)生機理，為后續(xù)的研究奠定了基礎。

2.2.2 采油過程風險評價

通過對采油安全事故樹進行分析，可知采油過程安全事故的發(fā)生是各風險因素指標共同作用的結果。為明確采油安全事故發(fā)生過程中各基本因素指標對事故發(fā)生的作用程度， 可通過計算各基本事件的結構重要度來進一步展開分析。

表2 采油過程安全風險因素

圖2 采油安全事故樹

通常計算各基本事件的結構重要度可通過兩種方式來實現：一是計算結構重要度系數；二是分析最小割集或最小徑集，必要時輔助計算結構重要度系數。前者的精確度較高，但計算繁瑣，不適合基本事件較多的情況；后者在保證一定計算精度的同時，還能極大地減少運算困難，適用于基本事件較多的情況。結合本文實際情況和研究目標，采用最小割集法運用結構重要度系數的計算進行分析。

對事故樹進行分析，得出該事故樹的全部最小割集為21個，最小割集匯總見表3。

表3 最小割集匯總

對于各基本事件，其結構重要度系數可以通過最小割集法進行計算，見(2)式：

(2)

其中，k為最小割集總數，kj為第j個最小割

集，nj為第kj個最小割集的基本事件數。

利用上述公式分析計算，可得出各基本事件的結構重要度系數，同時可確定各風險因素指標的權重，風險因素指標結構重要度系數及權重見表4。

表4 風險因素指標結構重要度系數及權重

2.2.3 六西格瑪安全風險控制目標確立

六西格瑪的管理目標是指在理想狀態(tài)下，其質量控制的規(guī)格界限設定在±6σ，即其質量水平能夠達到每百萬個產品廢品數少于3.4個，精確度達到99.999 66%，幾乎接近完美。通過對采油過程進行過程分解，明確各級指標權重為后續(xù)采油過程實行分級安全控制奠定了基礎。通過分析，采油過程中各級安全風險控制指標及其權重如表5所示。

依據表5中各級指標的權重，可根據各基本事件相對重要度分析得出，權重體現了各指標的重要程度，在石油生產事故樹中，其可近似理解為各指標對頂事件發(fā)生的貢獻程度，因此在確定采油過程六西格瑪目標時，對事故發(fā)生貢獻程度越高的風險因素，容忍度應越低，即權重越大，容錯率應越小。

因此，在采油過程安全控制滿足六西格瑪目標下，各風險因素指標應滿足的條件見(3)式：

(3)

其中，R(Xi)為基本事件Xi的事故發(fā)生容錯率。

另外，對于同一中間事件下的基本事件，應滿足以下條件，見(4)式：

βiR(Xi)=βjR(Xj)

(4)

其中，βi為基本事件Xi的結構重要度，R(Xi)為基本事件Xi的事故發(fā)生容錯率。

以六西格瑪為采油安全控制目標，即在一級指標中，采油過程安全控制的容錯率應為0.000 34%(6σ)，依據各風險指標的權重進行分析，利用其各因素指標間的相互關系，反推計算出三級指標中各風險因素指標的最大容錯率，風險因素指標容錯率見表6。

表5 安全風險控制指標權重

表6 風險因素指標容錯率

通過表6可知，在采油過程安全控制中，人為因素所占權重最高，應作為安全控制重點，通過計算，指標X1不按要求穿戴勞保用品的容錯率最小，為0.000 006 7%。因此在實際生產安全控制中，員工安全防護的管理控制仍然是工作重點；同時管理因素的權重相對較大，即X2施工現場無監(jiān)護人和X3崗前培訓不到位的容錯率相對較大，均為0.000 885 0%。因此在實際生產安全控制過程中，石油企業(yè)不能只重視相關安全規(guī)章制度的制定，而要做到“制定+實施”兩把抓。此外，環(huán)境因素所占權重為7/36，來源于環(huán)境因素的風險因素指標相對應的容錯率相對平穩(wěn)，其中X7門窗關閉，通風不暢和X8安全通道不暢通的容錯率為0.000 450 0%，X11不熟悉巡檢線路及其周邊環(huán)境和X12夜間巡線照明設備不符合要求的容錯率為0.000 180 0%。因此環(huán)境因素作為采油過程風險因素之一不容忽視，且此類風險因素相對容易控制，企業(yè)應注重改善與維護日常生產環(huán)境。

3 結論及建議

綜上所述，對石油生產企業(yè)提出以下建議：

(1)深入貫徹落實安全生產責任制。安全生產責任制是企業(yè)安全生產規(guī)章制度的核心，組織清晰、職責明了的安全生產責任制度是生產安全目標實現的重要前提，安全生產責任制的全面貫徹落實是生產安全目標實現的重要保證。

(2)有效開展員工安全生產教育培訓。安全生產教育培訓的意義在于有效提高工作人員的安全生產意識和安全生產素質，因此員工安全生產教育培訓要堅決禁止形式主義，同時企業(yè)也應靈活選擇培訓的方式和方法，以收到良好的培訓效果。