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。
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]。
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。
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
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)。
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
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
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。
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。