大型原油儲備庫完整性管理方法及應(yīng)用*

王 十，白 健，邢 述

(1.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029；2.天津中航億達科技有限公司，天津 300450)

近年來，隨著石油需求的穩(wěn)步增長及石油戰(zhàn)略地位的不斷加強，儲罐呈大型化、集中化趨勢發(fā)展。國內(nèi)大型原油儲罐建設(shè)已進入高速增長期，但由于儲存介質(zhì)的易燃性、易爆性和儲罐的集中化以及單罐容積的大幅增加，儲罐的安全問題令人擔憂，傳統(tǒng)的安全生產(chǎn)管理模式面臨挑戰(zhàn)[1]。

完整性管理作為一種全新的管理模式，是在眾多油氣管道事故后應(yīng)運而生的，并伴隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，在一些大型油氣公司和研究機構(gòu)實踐后迅速推廣，但目前儲罐的完整性管理仍處于應(yīng)用初期[2]。該文基于完整性管理的理念，結(jié)合標準GB/T 37327—2019《常壓儲罐完整性管理》，闡述完整性管理在當前原油儲備庫管理中的應(yīng)用，構(gòu)建系統(tǒng)化和程序化的完整性管理體系。

1 完整性管理的概念

完整性管理的概念來源于美國職業(yè)安全與健康管理局(OHSA)1992年頒布的《高度危險性化工過程安全管理辦法》，之后應(yīng)用于設(shè)備的一系列風(fēng)險評估和完整性管理標準得以制定，這些理念和方法在油氣開發(fā)、儲運及煉化等行業(yè)得到了廣泛認同。

完整性管理是指為使設(shè)備保持其完整性而進行的系統(tǒng)的管理活動，具體來說就是借助于科學(xué)的風(fēng)險評估方法和先進的完整性檢測技術(shù)，采取各種措施降低風(fēng)險，不斷地識別和消除各種風(fēng)險因素，將風(fēng)險控制在合理、可接受的范圍內(nèi)，最終達到持續(xù)改進，減少和預(yù)防事故，實現(xiàn)設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟運行的目的[3]。

2 完整性管理方法

基于風(fēng)險的理念是完整性管理的核心，針對原油儲備庫的常壓儲罐及其附屬的動設(shè)備、靜設(shè)備、電氣設(shè)備、儀表設(shè)備等各類設(shè)備設(shè)施，需要選取不同的技術(shù)方案開展分析評估，通過加強完整性管理來提高原油儲備庫的本質(zhì)安全水平。參照國內(nèi)外原油儲備庫的風(fēng)險管理經(jīng)驗與風(fēng)險評估技術(shù)，結(jié)合大型原油儲備庫的運行與管理模式，提出一種基于風(fēng)險的完整性管理方法，如圖1所示。

2.1 蝴蝶結(jié)(Bowtie)分析

通過收集資料、識別危險源、選取頂上事件、分析威脅和后果建立大型原油儲備庫的蝴蝶結(jié)(Bowtie)模型， 再以Bowtie模型為基礎(chǔ)，識別出事故主要發(fā)展路徑，即各頂上事件之間的主要演化途徑，從而識別出與之密切相關(guān)的活動及設(shè)備設(shè)施，即關(guān)鍵活動和設(shè)備設(shè)施；為保障Bowtie模型中的各屏障能夠有效運行，起到保護作用，需要對各屏障的責(zé)任崗位進行識別，從而確定關(guān)鍵崗位[4]。

圖1 基于風(fēng)險的完整性管理方法

2.2 關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的完整性分析

針對識別出的關(guān)鍵動設(shè)備(泵)開展RCM分析，識別動設(shè)備的失效模式及其風(fēng)險，并有針對性地制定維修策略，保證動設(shè)備安全運行，減少維修費用，最后提交關(guān)鍵設(shè)備的風(fēng)險控制策略和相應(yīng)的維護策略。

針對識別出的關(guān)鍵靜設(shè)備(儲罐)開展RBI分析，識別常壓儲罐的損傷模式，并對其進行定性或定量評估，根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果制定基于風(fēng)險的檢驗策略，優(yōu)化檢驗檢測方案[5]。

針對識別出的關(guān)鍵電氣設(shè)備開展FMEA分析，識別系統(tǒng)中發(fā)生故障的位置和原因，確定不同故障模式的影響程度，從而識別系統(tǒng)中最需要改進的環(huán)節(jié)，并采取相應(yīng)的改進措施。

針對原油儲備庫的安全儀表系統(tǒng)(SIS)應(yīng)用SIL分析，評估其安全儀表功能達到的安全性等級和可靠性水平，將風(fēng)險控制在可接受范圍內(nèi)。

2.3 關(guān)鍵活動的分析

針對原油儲備庫的工藝流程開展HAZOP分析，識別操作偏差及其不利后果；評估工藝系統(tǒng)設(shè)計的安全性與可操作性，防止或減小危害后果。

針對原油儲備庫的關(guān)鍵活動(收付油、倒罐等)開展可操作性分析，識別關(guān)鍵活動在執(zhí)行過程中可能產(chǎn)生的潛在風(fēng)險及操作偏差，為優(yōu)化關(guān)鍵活動的操作規(guī)程提供支持。收付油可操作性分析見表1。

表1 收付油可操作性分析

2.4 關(guān)鍵崗位的工作梳理

針對識別出的關(guān)鍵崗位，結(jié)合已識別出的風(fēng)險及采取的控制措施，梳理每個關(guān)鍵崗位的標準工作流程，工作流程梳理見圖2。

圖2 崗位標準工作流程

3 完整性管理方法應(yīng)用

某原油儲備庫建設(shè)規(guī)模為100×104m3，其中10×104m3雙盤式外浮頂儲罐10座。通過查閱原油儲備庫歷史事故資料，并結(jié)合其實際情況，開展危險源識別，最終選取21個頂上事件，見表2。

表2 某原油儲備庫頂上事件

利用荷蘭某公司的Bowtie XP軟件，對21個頂上事件開展威脅、后果、屏障及屏障失效因素的分析，共識別威脅127個、主動性屏障337個、被動性屏障126個。其中儲罐起火的Bowtie分析見圖3。

通過對該原油儲備庫開展Bowtie分析，識別出事故主要發(fā)展路徑，即各頂上事件之間的主要演化途徑，從而識別出與之密切相關(guān)的活動，經(jīng)識別其關(guān)鍵活動共有5個，見表3。

對關(guān)鍵活動可能導(dǎo)致的傷害或事故(包括財產(chǎn)損失、人員傷害、環(huán)境污染以及生產(chǎn)損失等)進行識別和可操作性分析，共發(fā)現(xiàn)問題136項，并提出了相應(yīng)的建議，降低或消除了潛在的可操作性風(fēng)險。通過對關(guān)鍵活動進行可操作性分析，對作業(yè)步驟進行風(fēng)險辨識分析，以提高操作人員辨識風(fēng)險的能力，同時確定合理的操作要領(lǐng)，制定更加合理可行的操作規(guī)程，提高關(guān)鍵活動操作規(guī)程的質(zhì)量，強化關(guān)鍵活動的操作規(guī)程有效執(zhí)行，以便降低操作失誤的風(fēng)險。

圖3 儲罐起火B(yǎng)owtie分析

表3 原油儲備庫關(guān)鍵活動

為保障Bowtie模型中的各屏障能夠有效運行，起到保護作用，需要對各屏障的責(zé)任崗位進行識別，從而確定關(guān)鍵崗位，做好原油儲備庫事故防范工作，表4為原油儲備庫的關(guān)鍵崗位統(tǒng)計。

表4 原油儲備庫的關(guān)鍵崗位統(tǒng)計

在表4中，采用不同顏色填充屏障方框，每一種顏色對應(yīng)一個崗位，表示該崗位對此屏障負責(zé)。對事故主要發(fā)展路徑上各色塊的出現(xiàn)次數(shù)進行統(tǒng)計，出現(xiàn)次數(shù)較高的色塊對應(yīng)的崗位應(yīng)識別為該原油儲備庫的關(guān)鍵崗位。

分析關(guān)鍵崗位在關(guān)鍵活動中的責(zé)任屏障，并結(jié)合原油儲備庫管理手冊、操作規(guī)程、崗位工作手冊和風(fēng)險告知清單等資料，梳理出每個關(guān)鍵崗位的標準工作流程。

通過設(shè)備的完整性分析，共識別出關(guān)鍵動設(shè)備65臺，包括循環(huán)泵、喂油泵、外輸泵、消防泵、柴油機、攪拌器等，再針對這65臺關(guān)鍵動設(shè)備開展詳細的RCM分析，識別出高風(fēng)險設(shè)備7臺，中高風(fēng)險設(shè)備40臺，中風(fēng)險設(shè)備6臺，低風(fēng)險設(shè)備12臺。以其中1臺高風(fēng)險設(shè)備循環(huán)泵為例進行分析，共識別出7種失效模式，包括循環(huán)泵不按指令啟動、振動過大、流量或揚程過小、嚴重損壞、介質(zhì)外漏、聲音異常和誤停機，其中循環(huán)泵不按指令啟動為高風(fēng)險失效模式，分析認為其失效原因主要包括電機軸承損壞、聯(lián)軸器零部件損壞、轉(zhuǎn)動部件卡死、自保聯(lián)鎖啟動、電機啟動信號故障和電機缺相等。針對上述關(guān)鍵動設(shè)備的失效模式及風(fēng)險，分別提出了相應(yīng)的維修建議。

4 結(jié) 語

基于完整性管理的理念，通過Bowtie分析全面識別大型原油儲備庫可能存在的風(fēng)險及控制風(fēng)險的屏障，并識別出相應(yīng)的關(guān)鍵崗位、設(shè)備和活動，針對這些關(guān)鍵點開展RCM分析、RBI分析、FMEA分析、SIL分析和HAZOP分析等，通過管理優(yōu)化和技術(shù)提升，可有效管控風(fēng)險，提高效率，降低成本，實現(xiàn)管理目標。

大型原油儲備庫完整性管理方法應(yīng)用只是完整性管理的一部分。完整性管理主要有兩個特點：一個是全生命周期的管理，另一個是基于風(fēng)險的管理。為了更好地開展原油儲備庫的完整性管理，還需要從以下幾個方面開展相應(yīng)工作：第一，開展原油儲備庫完整性管理調(diào)研，摸清完整性管理現(xiàn)狀和不足；第二，基于調(diào)研情況，明確原油儲備庫完整性管理的內(nèi)容、要求和流程；第三，基于風(fēng)險的管理以及全生命周期的管理，開展原油儲備庫的完整性管理，構(gòu)建完整性管理評價模型，最終提高其安全性、可靠性與經(jīng)濟性。