長北氣田生產(chǎn)工藝系統(tǒng)本質(zhì)安全化的實現(xiàn)

摘 要

摘要：長北氣田由中國石油與殼牌石油公司合作開發(fā)。在該合作項目實施過程中，合作雙方始終將HSE“零事故”作為首要目標，并為此制定了相應(yīng)的程序和管理制度，尤其是在生
摘要：長北氣田由中國石油與殼牌石油公司合作開發(fā)。在該合作項目實施過程中，合作雙方始終將HSE“零事故”作為首要目標，并為此制定了相應(yīng)的程序和管理制度，尤其是在生產(chǎn)系統(tǒng)本質(zhì)安全化管理方面有獨特之處。為此，對比了中國石油與殼牌石油公司在生產(chǎn)工藝系統(tǒng)本質(zhì)安全化方面的差異，總結(jié)出長北項目生產(chǎn)工藝系統(tǒng)本質(zhì)安全化有以下特點：①本質(zhì)安全化貫穿于整個項目的設(shè)計、施工以及生產(chǎn)運行和維護全過程，且有相應(yīng)的控制和管理方法；②本質(zhì)安全化的費用投入最低、合理、可行；③安全儀表系統(tǒng)性能穩(wěn)定，故障率低，能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護；④生產(chǎn)工藝系統(tǒng)建成后按照設(shè)計要求進行嚴格試車，確保后期操作安全平穩(wěn)；⑤利用先進的SAP系統(tǒng)對工藝設(shè)備進行維護管理，保證工藝系統(tǒng)安全可靠。
關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；長北氣田；工藝系統(tǒng)；本質(zhì)安全化；殼牌石油公司；安全生產(chǎn)；管理
    2005年長北合作項目正式進入商業(yè)開發(fā)。該項目是目前中國陸上天然氣勘探開發(fā)領(lǐng)域最大的對外合作項目，殼牌(中國)勘探與生產(chǎn)有限公司與中國石油共同承擔了開發(fā)作業(yè)任務(wù)，具備年供氣30×108m3、穩(wěn)產(chǎn)10年的能力。項目實施過程中，合作雙方始終將HSE業(yè)績表現(xiàn)作為首要目標，并制定了一系列相關(guān)程序、措施和管理制度，尤其是在生產(chǎn)系統(tǒng)本質(zhì)安全化管理方面獨具特色。
1 本質(zhì)安全和本質(zhì)安全化
    本質(zhì)安全一詞產(chǎn)生于20世紀60年代，源于電氣設(shè)備防爆構(gòu)造設(shè)計。狹義的本質(zhì)安全一般是指機器、設(shè)備本身所具有的安全性能，即是指機器、設(shè)備等自身物質(zhì)和工藝設(shè)計條件能夠自動防止操作失誤或引發(fā)事故。廣義的本質(zhì)安全指包括“人-機-環(huán)境-管理”這一系統(tǒng)表現(xiàn)出的安全性能，通過優(yōu)化資源配置和提高其完整性，使整個系統(tǒng)安全可靠?；谶@一系統(tǒng)和安全管理體系的本質(zhì)安全理念認為，所有事故都是可以預(yù)防和避免的[1]。
    本質(zhì)安全化就是為使生產(chǎn)裝置、設(shè)備、系統(tǒng)以及安全措施等達到本質(zhì)安全而進行的研究、設(shè)計、改造和強化實施與管理的過程。目的是用科學技術(shù)尤其是安全科學技術(shù)的一切成就，使生產(chǎn)現(xiàn)場所形成的事故條件(或因素)從根本上得以消除；若暫時達不到這種要求，則可采取多種、多重的安全技術(shù)措施，形成最佳組合安全保障系統(tǒng)，以最大程度地實現(xiàn)安全生產(chǎn)[2]。
2 生產(chǎn)工藝系統(tǒng)本質(zhì)安全化的實施
    長北項目生產(chǎn)工藝系統(tǒng)本質(zhì)安全化體現(xiàn)在項目的設(shè)計、施工以及生產(chǎn)運行和維護管理的整個過程，通過在不同階段采取不同的措施，來實現(xiàn)整個生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的本質(zhì)安全化。
2.1 項目設(shè)計階段
2.1.1重視設(shè)計前的專項評估
    長北項目在概念設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計階段，先后開展了一系列由第三方完成的專項評估，如電器安全性操作分析、儀表保護功能研究、價值工程研究、安全工程研究、噪音研究、危險性分析、危險及可操作性分析、消防分析、火災(zāi)爆炸性分析、定量危險性分析、人力因素工程研究、設(shè)備HSE案例分析、安全性評估等。通過前期專題論證，對確定合理的工藝模式和設(shè)備選型提供了可靠的依據(jù)，提高了整個工程的安全性、可靠性、經(jīng)濟性、實用性。
2.1.2采用雙重標準，現(xiàn)場布局安全合理
    長北項目從工程的實用性、安全性和先進性出發(fā)，在設(shè)計時除了遵循中國國家和行業(yè)標準外，同時還滿足了殼牌公司DEP(設(shè)計與工程實踐)的最低標準，兩者比較按規(guī)定嚴格者執(zhí)行。根據(jù)《原油和天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50183-2004的要求，將長北天然氣處理廠主要劃分為主裝置區(qū)、輔助裝置區(qū)、公用設(shè)施區(qū)、消防區(qū)、辦公及生活區(qū)5個功能區(qū)。總平面布置按危險等級分區(qū)布置，主裝置區(qū)在廠區(qū)的中央，其他功能區(qū)塊圍繞主裝置區(qū)而建，辦公及生活區(qū)在廠區(qū)的上風向，兩套主裝置區(qū)之間以及主裝置區(qū)與其他功能區(qū)之間的距離都遠大于行業(yè)標準要求，達到了安全可靠、布局合理的目的。
2.1.3獨立的安全儀表保護系統(tǒng)，提高裝置安全性
    長北氣田試生產(chǎn)作業(yè)區(qū)(Trial Production Operation，簡稱TPO)在2005年升級改造時，采用了具有安全聯(lián)鎖保護功能的TRICON系統(tǒng)；增加了用于實現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護功能的檢測儀表；在集氣站進出口天然氣管線、分離器排污管線上增加了緊急切斷閥以及配套的儀表系統(tǒng)；在裝置區(qū)周圍增加了紅外對射可燃氣體探測儀、火焰探測儀。更新后的控制系統(tǒng)既保留了過程控制功能，又增加了儀表保護功能，提高了生產(chǎn)裝置的安全可靠性[3]。
    長北氣田天然氣處理廠及井叢的自動控制系統(tǒng)采用了DCS、IPS、FGS相結(jié)合的控制、監(jiān)測、保護系統(tǒng)。與國內(nèi)較早的控制系統(tǒng)不同之處在于，將聯(lián)鎖保護功能和火焰及氣體探測功能徹底地從DCS系統(tǒng)中分離出來，分別形成獨立的IPS、FGS系統(tǒng)。不僅減輕了DCS的負擔，也大大提高了聯(lián)鎖保護功能和火焰及氣體探測功能的靈敏度和可靠性。DCS(Distributed Control System集散控制系統(tǒng))主要實現(xiàn)井叢、中央處理廠的生產(chǎn)控制、數(shù)據(jù)監(jiān)控；IPS(Instrumented Protective System儀表保護系統(tǒng))是在生產(chǎn)出現(xiàn)異常時，為保護人員和工藝設(shè)備的安全而進行的停車控制系統(tǒng)；FGS(Fire and Gas System火焰及氣體監(jiān)測系統(tǒng))用來監(jiān)測生產(chǎn)現(xiàn)場的火陷信號和檢測可燃氣體濃度。DCS、IPS、FGS在控理器、功能模塊、現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機構(gòu)等方面相對獨立，相互補充，并有冗余備份，各系統(tǒng)之間通過MODBUS協(xié)議進行通訊，實現(xiàn)了井叢及長北天然氣處理廠的遠程控制。
2.1.4合理的工藝流程，降低了操作風險和難度
    針對長北氣田天然氣不含硫化氫，但含有微量凝析油的特點，我們先后在TPO榆林集配氣總站進行了兩套低溫分離工藝設(shè)備的試驗，分別為：①一級分離-板翅式換熱器-節(jié)流-二級分離-預(yù)過濾器-氣液聚結(jié)器-低溫三級分離器-板翅式換熱器外輸；②分離-三組管翅式換熱器-節(jié)流-低溫分離器-三組管翅式換熱器-外輸。通過對比，確定了長北氣田天然氣處理廠前期采用分離、預(yù)冷、JT閥節(jié)流、低溫分離的處理工藝，后期采用分離、增壓、預(yù)冷、丙烷制冷低溫分離的處理工藝。此套低溫分離工藝流程不僅換熱效果更好，而且設(shè)備數(shù)量大幅度減少，操作難度和風險以及運行費大大降低[4]。
2.1.5重點設(shè)備選型先進、留有備用
    為了確保長北氣田生產(chǎn)工藝系統(tǒng)安全可靠、高效運行，在低溫分離工藝設(shè)備選型時，選用了國內(nèi)外成熟、先進的固定管板式換熱器和裝有殼牌專利產(chǎn)品——SMS高效分離元件的低溫分離器，減少了系統(tǒng)的故障率；同時對空壓機、導熱油爐、重點機泵等輔助設(shè)備采取一備一用，即使出現(xiàn)故障，也不至于影響到整個系統(tǒng)的安全運行[5]。
2.2 項目建設(shè)階段
2.2.1嚴把材料采購及項目施工質(zhì)量關(guān)
    長北項目天然氣處理廠和井叢生產(chǎn)工藝系統(tǒng)采用EPC總包合同，承包商為中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司西南分公司，施工單位為四川石油工程建設(shè)公司。為了能夠確保設(shè)備質(zhì)量及施工質(zhì)量達到設(shè)計要求，長北項目采取了以下措施：①低溫分離器、導熱油爐、空壓機、丙烷壓縮機、天然氣壓縮機等關(guān)鍵設(shè)備由殼牌公司獨立采購；②聘請國際知名監(jiān)理公司挪威船級社(DNV)進行全程監(jiān)理；③安排資深專家代表操作組參與項目建設(shè)，對項目建設(shè)中存在的問題及時進行督促整改；④殼牌公司亞太區(qū)專家定期來長北項目，審查項目施工質(zhì)量。
2.2.2試車組參與項目建設(shè)，確保系統(tǒng)安全移交
項目建設(shè)完成后，并不是馬上就交給操作組進行生產(chǎn)，而是交給試車組，由試車組進行驗收，合格后按照設(shè)計要求進行系統(tǒng)調(diào)試和試運行，對存在的問題進行整改。系統(tǒng)試運行正常后，操作組才正式接收。試車組的參與，不僅能夠及時發(fā)現(xiàn)建設(shè)過程中存在的問題，還能夠減少由操作組直接進行試車投運的風險。
2.3 生產(chǎn)運行和維護管理階段
    從安全管理學角度來看，本質(zhì)安全是安全管理理念的轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為對事故由被動接受到積極事先預(yù)防，以實現(xiàn)從源頭杜絕事故，保護人類自身安全。過去人們普遍認為，高危險行業(yè)發(fā)生事故是必然的，不發(fā)生事故是偶然的。而本質(zhì)安全理論則認為，如果在工作中處處按照標準和規(guī)程作業(yè)，提前進行控制，加強對人和設(shè)備的管理，就可以把事故降低到最低甚至實現(xiàn)零事故。發(fā)生事故是偶然的，不發(fā)生事故是必然的。
2.3.1規(guī)范生產(chǎn)操作程序，確保按章操作
    長北項目生產(chǎn)系統(tǒng)在正式移交給操作組時，不僅僅是將設(shè)備按照設(shè)計要求完整的移交，還包括全廠生產(chǎn)工藝系統(tǒng)完整的操作手冊。操作手冊是經(jīng)過設(shè)計方、項目組和試車組相關(guān)專業(yè)負責人共同編寫.審核，在試車過程中進行實踐驗證過的。操作組在正式運行半年后還要對操作手冊進行更新(目前長北項目生產(chǎn)系統(tǒng)操作手冊已進行過兩次正式修訂)。此外，操作組還專門組織技術(shù)人員，編寫了生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中單體設(shè)備的操作規(guī)程。這樣，能夠保證操作人員在生產(chǎn)操作時做到有章可循、有據(jù)可依，確保了操作安全進行。
2.3.2加強生產(chǎn)操作管理，提高員工的安全意識
    一般的生產(chǎn)操作都需要人去完成，因此，人的因素對工藝系統(tǒng)本質(zhì)安全化有重要的影響。在長北項目，為了避免人為因素引起事故，我們采取了很多管理制度，如工作許可證(PTW)、工作危害分析(JHA)、班前會、退后五步法、A.C.T事故控制卡等。
    此外，還通過建立HSE準則、對操作人員進行安全技能培訓、宣傳安全文化、A.C.T卡獎勵等方法來提高大家的安全意識，實現(xiàn)人的本質(zhì)安全化[6]。
2.3.3利用SAP系統(tǒng)實現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)的維護和管理
    SAP(Systems Application Products)是應(yīng)用較為普遍的一種ERP(Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源規(guī)劃)軟件系統(tǒng)，它涵蓋了企業(yè)的人事、財務(wù)、生產(chǎn)/運行、原材料供應(yīng)等方面。
    在生產(chǎn)操作中，主要使用了SAP系統(tǒng)的工廠維護管理模塊，包括如下功能：預(yù)防性維護(Preventive Maintenance)、矯正性維護(Corrective Maintenance)、工廠維護符合率計算、工廠總的可靠性分析、報告分析等。維護人員根據(jù)PM工單要求進行維護，并將維護結(jié)果填寫齊全，上交并錄入數(shù)據(jù)庫。如果某臺設(shè)備出現(xiàn)故障，就要按照CM工作程序進行維修，維修人員將故障部件、維修結(jié)果以及使用的物料等信息填寫在CM工單上，上交并錄入數(shù)據(jù)庫。維修工程師在SAP系統(tǒng)中可以對維修完成率、工廠整體以及單體設(shè)備的可靠性進行分析，對于經(jīng)常出現(xiàn)故障的設(shè)備，可進一步分析原因，提出針對性的改進建議。SAP系統(tǒng)的實施，實現(xiàn)了對生產(chǎn)工藝系統(tǒng)安全狀態(tài)的定期監(jiān)控和全面了解，出現(xiàn)故障可以提前處理、確保設(shè)備不帶病運行、無安全隱患[7]。
2.3.4定期專項審核，確保生產(chǎn)系統(tǒng)整體安全可靠
    作為殼牌公司在亞太區(qū)的重點合作項目，長北項目在技術(shù)方面得到了殼牌公司亞太區(qū)的大力支持。殼牌公司亞太區(qū)先后派來一些技術(shù)專家，對長北項目進行了一系列專項審查，包括HSE審查、資產(chǎn)完整性及可操作性審查、操作完整性審查等。通過這些審查，使得長北項目生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的安全性能不斷完善。
3 合作雙方生產(chǎn)工藝系統(tǒng)本質(zhì)安全化對比
    1) 殼牌公司將生產(chǎn)系統(tǒng)的本質(zhì)安全化貫穿于整個項目的設(shè)計、施工以及生產(chǎn)運行和維護管理的全過程，而且有相應(yīng)的控制程序和管理制度；中石油對本質(zhì)安全化的理解主要側(cè)重于生產(chǎn)階段和維護階段，而且側(cè)重于人的本質(zhì)安全和安全管理制度方面。
    2) 殼牌公司在本質(zhì)安全化方面的費用投入較高，但并非無限制，而是要達到最低、合理、可行，即費用最低、符合安全和法律要求、實際操作可行；中石油以前在本質(zhì)安全化方面的投入比較少，近年來有所增加，但總體費用還遠遠不及殼牌公司。
    3) 殼牌公司選用的安全儀表系統(tǒng)性能穩(wěn)定，故障率低，并且定期測試，能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護；中石油有些生產(chǎn)裝置安裝的儀表保護系統(tǒng)故障率較高，而且不定期進行測試，關(guān)鍵時刻不能完全起到聯(lián)鎖保護作用。
    4) 殼牌公司讓試車組參與項目建設(shè)，能夠盡早暴露生產(chǎn)系統(tǒng)中存在的問題，保證將生產(chǎn)系統(tǒng)安全完整地移交給操作組。同時，試車過程也為操作人員積累了豐富的操作經(jīng)驗，確保后期操作安全平穩(wěn)。
    5) 在設(shè)備的維護管理方面，殼牌公司和中石油有各自的運行制度，而且各有所長。殼牌公司利用SAP系統(tǒng)對工藝設(shè)備進行的預(yù)防性維護和根源分析值得學習；中石油所采取的設(shè)備維護保養(yǎng)承包到人的做法還是應(yīng)堅持。
    自2006年正式開始商業(yè)供氣以來，長北項目HSE業(yè)績表現(xiàn)優(yōu)秀。截至目前，生產(chǎn)作業(yè)組無可記錄事故發(fā)生天數(shù)已超過1000天，長北天然氣處理廠3年來無生產(chǎn)事故發(fā)生。
參考文獻
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(本文作者：李戰(zhàn)平 姚呈祥 劉偉平 中國石油長慶油田公司第二采氣廠)