劉 坤 何 娜 王 堯 張 毅 徐 峰

（1.中國(guó)石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院）

（2.中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院）

我國(guó)《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出2015年天然氣能源消費(fèi)比將從2010年的4%增長(zhǎng)到8.3%，同時(shí)天然氣供需缺口也在持續(xù)增長(zhǎng)。在我國(guó)天然氣總儲(chǔ)量中，高含硫氣藏儲(chǔ)量約占1／6，而目前僅開發(fā)了15%，因此要解決我國(guó)日益增長(zhǎng)的天然氣需求，在未來(lái)幾年內(nèi)我國(guó)將對(duì)高含硫氣田進(jìn)行重點(diǎn)開發(fā)。由于高含H2S的特殊性，氣田在開發(fā)過程中的安全問題也越來(lái)越得到政府和行業(yè)部門的重視，作為工程前期工作之一的安全評(píng)價(jià)也就顯得尤為重要［1－3］。通過承擔(dān)普光、羅家寨、鐵山坡和龍崗這些高含硫氣田開發(fā)的安全預(yù)評(píng)價(jià)工作，逐步形成了一套針對(duì)高含硫氣田的安全評(píng)價(jià)技術(shù)，可以為我國(guó)高含硫氣田安全高效地開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 常用安全評(píng)價(jià)程序和方法

1.1 安全評(píng)價(jià)程序

目前，安全評(píng)價(jià)程序主要依據(jù)安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則進(jìn)行，針對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目的安全評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)程序一般如圖1所示。從圖1可以看出，常規(guī)的評(píng)價(jià)程序是一種直線型的流程：根據(jù)前面分析出的問題，在后面提出相應(yīng)的措施和建議，最后形成評(píng)價(jià)結(jié)論。因此，這種評(píng)價(jià)程序就缺少一種反饋問題的思路，不能明顯地體現(xiàn)解決問題的過程，特別是在提出補(bǔ)充安全對(duì)策措施后，不能對(duì)工程安全風(fēng)險(xiǎn)的變化情況進(jìn)行分析。

1.2 評(píng)價(jià)方法

國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局所編制的《安全評(píng)價(jià)》（第3版）中介紹的評(píng)價(jià)方法主要有安全檢查表法、預(yù)先危險(xiǎn)性分析法、危險(xiǎn)指數(shù)法、事故樹法和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法［4］。

1.2.1 安全檢查表法（SCA）

SCA是系統(tǒng)安全工程的一種最基礎(chǔ)、最簡(jiǎn)便、且應(yīng)用廣泛的系統(tǒng)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。為了查找系統(tǒng)中各種設(shè)備、設(shè)施、物料、工件、操作、管理和組織措施中危險(xiǎn)、有害因素，事先把檢查對(duì)象加以分解，以提問或打分的形式，列表逐項(xiàng)檢查。通常是將現(xiàn)行國(guó)家法律法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作為檢查的依據(jù)。

1.2.2 預(yù)先危險(xiǎn)性分析法（PHA）

PHA是在某項(xiàng)工作開始之前，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的初步或初始的分析，包括設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)前，首先對(duì)系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)性類別、出現(xiàn)條件、導(dǎo)致事故的后果進(jìn)行分析，其目的是識(shí)別系統(tǒng)中的潛在危險(xiǎn)，確定其危險(xiǎn)等級(jí)，防止危險(xiǎn)發(fā)展成事故。

1.2.3 危險(xiǎn)指數(shù)法

危險(xiǎn)指數(shù)方法是評(píng)價(jià)人員對(duì)幾種工藝現(xiàn)狀且運(yùn)行的固有屬性（以作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)度、事故概率和事故嚴(yán)重度為基礎(chǔ)，對(duì)不同作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行鑒別）進(jìn)行比較計(jì)算，確定危險(xiǎn)特性、重要性大小，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，確定進(jìn)一步評(píng)價(jià)的對(duì)象。常用的評(píng)價(jià)方法有：危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)，道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)法，蒙德法，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等。

1.2.4 事故樹分析法（FTA）

FTA是從結(jié)果到原因找出與失效或?yàn)?zāi)害事故有關(guān)的各種因素之間因果關(guān)系和邏輯關(guān)系的分析法。對(duì)事故樹進(jìn)行分析，即不考慮各事件發(fā)生概率大小，只考慮發(fā)生和不發(fā)生兩種情況，運(yùn)用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法求取事故樹的最小割集或最小徑集及其結(jié)構(gòu)重要度順序。通過事故樹分析，可以知道哪一個(gè)或哪幾個(gè)基本事件發(fā)生，頂上事件就一定發(fā)生；哪一個(gè)事件發(fā)生對(duì)頂上事件影響大，哪一個(gè)影響小，從而可以采取經(jīng)濟(jì)有效的措施，防止發(fā)生事故。

1.2.5 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法（QRA）

QRA是通過對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備失效概率和失效后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，從數(shù)量上說(shuō)明被評(píng)價(jià)對(duì)象的危險(xiǎn)等級(jí)，精確描述系統(tǒng)的危險(xiǎn)性。該方法自1974年拉姆遜教授（Rasmussen）評(píng)價(jià)美國(guó)民用核電站的安全性開始，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尤其是石油化工領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。QRA的核心是評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，通過評(píng)價(jià)結(jié)果是否符合風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)判定項(xiàng)目是否可接受，并提出有助于降低風(fēng)險(xiǎn)的措施。

目前，在國(guó)內(nèi)安全評(píng)價(jià)中主要采用的是前面4種方法，而QRA由于受到基礎(chǔ)資料、技術(shù)和資金成本的限制，在國(guó)內(nèi)還未完全普及，目前只是用于危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的安全評(píng)估，而在國(guó)外該方法已經(jīng)較為成熟，并形成了相應(yīng)的技術(shù)導(dǎo)則，運(yùn)用到了所有工程建設(shè)項(xiàng)目的安全規(guī)劃中。

2 高含硫氣田開發(fā)的安全評(píng)價(jià)技術(shù)

由于高含硫氣田開發(fā)的主要危險(xiǎn)性表現(xiàn)在H2S的毒性和腐蝕性，一旦發(fā)生事故，危害后果大，因此該類工程的安全評(píng)價(jià)在內(nèi)容和形式上都較其他工程項(xiàng)目有所不同。而且，川東北地區(qū)的高含硫氣田均位于山區(qū)，周邊居民分布具有整體分散和局部集中的特點(diǎn)，因此外部環(huán)境的影響也是個(gè)重要因素。下面就高含硫氣田安全評(píng)價(jià)的程序和方法進(jìn)行分析。

2.1 高含硫氣田安全評(píng)價(jià)程序

針對(duì)高含硫氣田開發(fā)工程的特點(diǎn)，在進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)對(duì)評(píng)價(jià)方法的選擇和方法的使用作針對(duì)性的調(diào)整。根據(jù)前面安全評(píng)價(jià)的基本程序以及存在的不足，對(duì)評(píng)價(jià)工作部分作了相應(yīng)調(diào)整（見圖2）。重點(diǎn)突出對(duì)工程的安全設(shè)計(jì)符合性評(píng)價(jià)和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及事故發(fā)生后的減輕和應(yīng)急措施。

2.2 高含硫氣田開發(fā)安全評(píng)價(jià)方法

2.2.1 安全設(shè)計(jì)符合性評(píng)價(jià)

安全設(shè)計(jì)符合性評(píng)價(jià)作為一種定性評(píng)價(jià)，主要采用安全檢查表法對(duì)工程的安全設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查，針對(duì)高含硫氣田的特點(diǎn)，重點(diǎn)是對(duì)區(qū)域及平面布置的安全距離、工藝過程的安全設(shè)計(jì)、安全設(shè)施設(shè)備的配置和防腐措施等進(jìn)行檢查。主要依據(jù)的是2003年以后我國(guó)安全和石油天然氣行業(yè)相繼頒布的十余項(xiàng)含硫和高含硫氣質(zhì)條件下工程設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。

例如，對(duì)于鉆井工程設(shè)計(jì)的檢查，主要以AQ 2012－2007《石油天然氣安全規(guī)程》為基礎(chǔ)有針對(duì)性地選取AQ2016－2008《含硫化氫天然氣井失控井口點(diǎn)火時(shí)間規(guī)定》、AQ 2018－2008《含硫化氫天然氣井公眾安全防護(hù)距離》、SY 5974－2007《鉆井井場(chǎng)、設(shè)備、作業(yè)安全技術(shù)規(guī)程》、SY／T 5431－2008《井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法》、SY 5480－2007《固井設(shè)計(jì)規(guī)范》和SY／T 6616－2005《含硫油氣井鉆井井控裝置配套、安裝和使用規(guī)范》等適合高含硫氣田鉆井的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)井口周邊安全距離、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、固井設(shè)計(jì)和井控設(shè)計(jì)等進(jìn)行檢查。地面工程方面則以2008年發(fā)布的SY／T 0612－2008《高含硫化氫氣田地面集輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和SY／T 0611－2008《高含硫化氫氣田集輸管道系統(tǒng)內(nèi)腐蝕控制要求》以及2010年發(fā)布的SY／T 6779－2010《高含硫化氫氣田集氣站場(chǎng)安全規(guī)程》和SY／T 6780－2010《高含硫化氫氣田集輸管道安全規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地面設(shè)施從材質(zhì)選擇、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、集輸工藝和H2S防護(hù)等方面進(jìn)行安全設(shè)計(jì)檢查。對(duì)檢查結(jié)果分類別進(jìn)行分析，如：區(qū)域及平面布置合理性分析、安全設(shè)施設(shè)備配置完整性分析、線路走向合理性分析等。通過這種符合性評(píng)價(jià)可以找出工程設(shè)計(jì)中在安全方面的缺陷，提醒設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位注意，并給出措施及建議。

但是在政府及公眾所關(guān)心的安全距離問題上，除AQ 2018－2008《含硫化氫天然氣井公眾安全防護(hù)距離》根據(jù)氣井的不同等級(jí)，明確規(guī)定了井口的安全距離外，而SY／T 6779－2010《高含硫化氫氣田集氣站場(chǎng)安全規(guī)程》、SY／T 6780－2010《高含硫化氫氣田集輸管道安全規(guī)程》和SY／T 6781－2010《高含硫化氫天然氣凈化廠公眾安全防護(hù)距離》這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都只建議性地給出了H2S平均含量為13%～15%（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)，站場(chǎng)、管道和凈化廠的搬遷距離和應(yīng)急距離，在低于和高于這個(gè)范圍時(shí)組織專家技術(shù)論證后，可適當(dāng)減小或增大距離［5－7］。因此，這種方法就存在較大的主觀性和不確定性。

從上面分析可以看出，安全設(shè)計(jì)符合性評(píng)價(jià)作為一種定性評(píng)價(jià)方法，可以分析出工程設(shè)計(jì)中的不足，確保安全設(shè)施設(shè)計(jì)的完整性，對(duì)工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理具有一定指導(dǎo)意義，但不能為工程的安全規(guī)劃、發(fā)生事故時(shí)如何減輕影響和應(yīng)急管理提供科學(xué)、合理的建議。

2.2.2 高含硫氣田開發(fā)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)前面對(duì)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的介紹，該方法是通過計(jì)算事故后果影響范圍和事故發(fā)生概率來(lái)計(jì)算工程的安全風(fēng)險(xiǎn)大小。因此，可以對(duì)整個(gè)氣田開發(fā)工程的安全性有個(gè)直觀和定量的認(rèn)識(shí)，并且對(duì)制定合理的安全距離和應(yīng)急距離，采取針對(duì)性的減輕風(fēng)險(xiǎn)措施都有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。但是，由于高含硫氣田開發(fā)的規(guī)模較大，如果對(duì)每個(gè)井站、管線、凈化廠進(jìn)行全面的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，工作量大、時(shí)間長(zhǎng)，不利于政府部門和建設(shè)單位快速地對(duì)整個(gè)工程的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行掌握，并且不能突出重點(diǎn)。因此，可以采用圖2的評(píng)價(jià)程序，通過對(duì)重大危險(xiǎn)源和危險(xiǎn)程度高或不可接受的單元進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，來(lái)確定其事故影響范圍和風(fēng)險(xiǎn)，然后通過概率計(jì)算得出整個(gè)工程的安全風(fēng)險(xiǎn)。

由于川東北的高含硫氣田基本都位于山區(qū)，而目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外所采用的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法或軟件大都是基于平原地區(qū)的模型，因此傳統(tǒng)的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法不能突出氣田的外部環(huán)境特征，不能得出較為真實(shí)的結(jié)果。為此，研究出了基于三維復(fù)雜地形的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，可以有針對(duì)性地對(duì)工程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

以一個(gè)高含硫井站為例，通過對(duì)其所在區(qū)域的地形進(jìn)行幾何建模，建立模擬計(jì)算區(qū)域（見圖3），得出地面各監(jiān)控點(diǎn)H2S濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系（見圖4），計(jì)算出各點(diǎn)毒性負(fù)荷，再根據(jù)該區(qū)域的氣象條件概率和事故概率，計(jì)算出該井站的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，以確定拆遷距離。同時(shí)，還可以得出該區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)H2S中毒死亡百分比與時(shí)間的關(guān)系曲線（見圖5），以便在事故時(shí)能及時(shí)確定疏散區(qū)域和時(shí)間。因此，通過這種定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果就可以制定出較為科學(xué)、合理的安全距離與應(yīng)急疏散距離。

由于我國(guó)石油天然氣行業(yè)沒有一個(gè)完整設(shè)備、管線的失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，特別是缺乏在有H2S、CO2存在條件下的設(shè)備管線失效概率數(shù)據(jù)庫(kù)，因此給定量風(fēng)險(xiǎn)分析帶來(lái)一定的困難。目前，國(guó)外的如：挪威船級(jí)社（DNV）、英國(guó)健康和安全局（HSE）和美國(guó)化工過程安全中心（CCPS）等均建立有失效數(shù)據(jù)庫(kù)。國(guó)內(nèi)一些安全研究機(jī)構(gòu)也正在對(duì)失效概率進(jìn)行研究，例如對(duì)于井噴失控事故概率，在《含硫氣井定量風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)導(dǎo)則》征求意見稿中就提出了4.5×10－4次／年的概率值。目前，采取的方法是通過借鑒這些失效數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)，作為基本失效概率，再根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)API 581《基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)》中提供的方法，結(jié)合國(guó)內(nèi)高含硫氣田開發(fā)工程的特點(diǎn)和管理水平，對(duì)基本失效概率進(jìn)行修正，從而盡可能得出反映實(shí)際情況的設(shè)備、設(shè)施的失效概率。

另外，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，歐美、日本等一些國(guó)家和石油天然氣企業(yè)已經(jīng)建立有自己的標(biāo)準(zhǔn)。而我國(guó)除了2011年國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布的《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（安監(jiān)總局第40號(hào)令）中，提出了危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)外，沒有一個(gè)統(tǒng)一的或分行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)。因此，針對(duì)這種情況，從2009年開始，開展了高含硫氣田開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)的研究，并提出了個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)界區(qū)內(nèi)1.5×10－3、界區(qū)外0.8×10－4和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)1.4×10－3（N＝1），斜率為－1的最大可接受社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)以供參考。

3 結(jié) 論

（1）對(duì)目前安全評(píng)價(jià)程序進(jìn)行分析，結(jié)合高含硫氣田開發(fā)的特點(diǎn)，提出了針對(duì)高含硫氣田開發(fā)的安全評(píng)價(jià)程序。

（2）提出了采用安全符合性評(píng)價(jià)和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法作為高含硫氣田開發(fā)安全評(píng)價(jià)的主要方法，通過分析工程安全設(shè)計(jì)中的不足，安全設(shè)施設(shè)計(jì)的完整性、安全風(fēng)險(xiǎn)可接受程度，來(lái)為工程的安全規(guī)劃和應(yīng)急管理提供科學(xué)、合理的建議。

（3）針對(duì)高含硫氣田外環(huán)境特點(diǎn)，提出了基于三維復(fù)雜地形的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，可以為以后的高含硫氣田開發(fā)安全評(píng)價(jià)提供借鑒。

［1］姜云.對(duì)天然氣凈化廠H2S安全防護(hù)問題的思考）［J］.石油與天然氣化工，2005，34（1）：70－71.

［2］劉盛兵，向啟貴，李競(jìng)，等.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)在高含硫氣田應(yīng)急救援中的應(yīng)用）［J］.石油與天然氣化工，2011，40（5）：527－530，432.

［3］常宏崗，熊鋼，大型高含硫氣田安全開采及硫磺回收技術(shù)）［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（12）：85－91.

［4］國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，安全評(píng)價(jià)（上冊(cè)）［M］，第3版.北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

［5］國(guó)家能源局.SY／T 6779－2010高含硫化氫氣田集氣站場(chǎng)安全規(guī)程［S］.石油工業(yè)出版社，2010－12－15.

［6］國(guó)家能源局.SY／T 6780－2010高含硫化氫氣田集輸管道安全規(guī)程［S］.石油工業(yè)出版社，2010－12－15.

［7］國(guó)家能源局.SY／T 6781－2010高含硫化氫天然氣凈化廠公眾安全防護(hù)距離［S］.石油工業(yè)出版社，2010－10－01.