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事故树分析在海洋平台安全评价中的应用研究

文档作者：马百涛辛明文档来源：大庆油田第四采油厂作业大队		点击数：	更新时间： 2021年09月17日
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20l7年第25卷第7期
幺 石c由石{已
PETROLEUM&amp;amp;PETROCHEMICAL T0DAY 庙i珏lf{=工
事故树分析在海洋平台
安全评价中的应用研究
马百涛，辛明
(大庆油田第四采油厂作业大队，黑龙江大庆163511)
摘要：根据海洋平台爆炸的一些典型事例 为避免平台发生爆炸，本文介绍了基于风险的检
验(RBI)，其基本原理是系统中潜在的或固有的危险和危险系数级别通过采用事故树
的分析方法实施评估，概括出了导致海洋平台爆炸的基本事件，通过事故树分析得到
最小割集、最小径集及结构重要度并进行海洋平台事故的研究。结果表明，导致海洋
平台爆炸的最小割集有37个，防止海洋平台爆炸的最小径集有4个。通过计算基本事
件的结构重要度表明，油气泄漏、人为操作不当、管理不当、设备结构损伤及腐蚀因
素等是导致海洋平台爆炸的主要因素。
关键词：海洋平台事故树分析基本事件主要因素评估
安全评价是以实现工程和系统安全为目的，
对系统中存在的危险和有害因素进行识别与分析，
判断其发生事故的可能性及严重程度，提出安全
对策建议，从而为系统指定防范措施和管理决策
提供科学依据⋯。事故树分析法是安全评价常用
方法，本文根据事故树分析的原理及基于风险的
检验(RBI)评价标准，分析海洋平台基于风险
的检验执行过程，建构了海洋平台结构体系的事
故树图。在确定最小割集的基础上，通过重要度
分析评价，对基本事件的重要度进行排序，分析
导致海洋平台结构爆炸的主要潜在因素，然后确
定出对顶事件发生影响较大的事件，据此提出降
低海洋平台火灾爆炸风险的安全对策和措施。
1 事故树分析法的基本理论
1．1 事故树概念
事故树分析法 (Fault Tree Analysis，FTA)
也称故障树分析法。事故树是从结果到原因描绘
事故发生的有向逻辑树。它形似倒立着的树，树
20
中的节点具有逻辑判别性质。树的“根部”顶点
节点表示系统的某一个事故，树的“梢”底部节
点表示事故发生的基本原因，树的“树权” 中问
节点表示由基本原因促成的事故结果，又是系统
事故的中间原因。事故因果关系的不同性质用不
同逻辑门表示。这样画出的一个“树”用来描述
事故发生的因果关系，称为事故树。
1．2 事故树的优点
1)既能找到引起事故的直接原因，又能揭示
事故发生的潜在原因，并能概括导致事故发生的
各种情况。
2)逻辑性强，灵活性高，适用范围广。它不
仅考虑设备及其部件的故障，而且还考虑环境因
素和人为失误。既能分析已发生的事故，又能预
测发生事故的可能性。
收稿日期：2016—11-23。
作者简介：马百涛，硕士，主要从事油田生产安全
与环境工程等工作。
马百涛等．事故树分析在海洋平台安全评价中的应用研究 庙油化工
3)既可定性详细分析事故的直接原因，也可
用其分析复杂系统，并定量预测发生事故可能性
大小。
4)掌握一般数学知识的人可用它，具有高等
文化水平的人也有深入研究发展它的余地。
1．3 事故树分析的基本程序
事故树分析是根据系统可能发生的事故或已
发生的事故所提供的信息，去寻找事故发生的原
因，从而采取有效的防范措施，防止同类事故的
再次发生。事故树分析步骤如图1所示。
图1 事故树分析步骤
事故树分析是根据海洋平台结构系统可能发
生的事故或已经发生的事故所提供的信息，通过
建立事故树图，找到引起爆炸的直接原因及潜在
原因，并能概括导致爆炸发生的各种情况，不仅
考虑平台结构的故障而且还考虑环境因素和人为
失误，从而采取有效的防范措施，防止同类事故
的再次发生。
2 海洋平台爆炸事故树分析
2．1 海洋平台爆炸的基本事件
导致海洋平台爆炸的因素有很多，包括自然
因素、设计因素、管理因素、社会因素及技术因
素等，这些因素又涉及许多下一级事件，而且各
因素之间相互交叉。因此，必须从中概括出主要
的易于分析的因素——基本事件，才有利于研究
海洋平台爆炸这一主体事件。为此，以下重点概
括出一些导致海洋平台爆炸事故(P)的因素。
1)防喷器失效( ．)
① 防喷器的应急模式未能启动封住油井
( 。)，与之相关的事件有紧急断开程序失效( )，
自动模式功能无法开启( )，未能启动防喷器的
全封闭剪切闸板( )；
② 防喷器的维护保养不当( )。
2)油气泄漏(A，)
① 设计失误(B，)；
a、基础失误(C。)，与之相关的事件有 、
、 ；
b、选材不当(C )，与之相关的事件有 、
；
C、布置不合理(C3)，与之相关的事件有 。、
、 、 3、 、 ；
② 设备原因( )，与之相关的事件有 、
7、 8、 9、 o；
③ 管道穿孑L或开裂(B )；
a、腐蚀穿孑L(G)
a)内腐蚀(D．)，与之相关的事件有 、 ；
b)外腐蚀(D：)，与之相关的事件有 ，、 ；
b、外力作用穿孔或开裂( )
a)应力腐蚀环境(D )，与之相关的事件有
l、 5；
b)误操作导致超压破坏管体( )；
C)拉伸应力作用(厶)；
④ 管理原因(B )，与之相关的事件有 、
、 。、 。
3)人为操作失误(A )，与之相关的事件有
，、 、 、 、 。
逐级绘制海洋平台爆炸故障树基本事件见
表1。
2．2 海洋平台爆炸事故树图
海洋平台爆炸事故树图见图2。在建立故障
树时，按照事件最容易发生的原则，根据故障树
可以发现，如果诱发事件的最小割集增多，就需
要更多的基本事件同时发生，这样才能导致结果
2017年第7期 幺 石油石{匕 l 21
二I石i@l~I Petrochemica
表1
事件
海洋平台爆炸故障树基本事件表
紧急断开程序失效
自动模式功能(AMF)无法启动
未能 动防喷器的全封闭剪切闸板
防喷器的维护保养不当
地娃下沉
设备变形
没备错化
钢强度低
铡抗腐蚀性差
压缩机和输出管道没有弹性连接
罐、 槽等未加液位计。
反应器未加溢流管
环空rIll自々水泥环未能封隔油气
浮鞋套管串处的隔离屏障未能封周油气
{ll{气分流到液气分离器致油气在钻， 平台上排放
加丁质量差，密封性差
未经允许擅自采用其他材料代替
设备附件在长期使用后材料发生腐蚀或破裂
火气系统未能阻止油气点燃
事件
同井质与±麓
管内介质腐蚀
内防橱措施失效
大气腐蚀
海水懵蚀
海水腐蚀环境
误操作导敛超压破坏管体
拉伸应力作用
没有制定完善的安全操作规程
对安全漠不关心，对已发现的问题不作为
没有严格执行监惜检查制度
让未经培训的1：作人员上岗作业
指挥错误．甚至违章指挥
油井完整性尚未建立，就认可了负压测试
没有采取井控措施
固井时，实际使用的套管扶正器不够
井结束后，未及叫‘发现溢流
固井、弃井作业程序不当
图2 海洋平台爆炸事故树
事件发生。I大】此，一个事件中的下层直接事件中，
或的关系将会比与的关系更容易发生。基于这个
22 l 幺 石f 石{已 2017年第7期
原则，在建立海洋平 爆炸故障树时，一般来说，
按照可能情况中最容易发生的情况考虑。以海洋
号 n ． 2 3 4 5 壮 厶 厶 厶 厶 厶 厶 厶^ 7 8 厶 0 ． 2 几 厶5 ^ 7
特 工 兀
马百涛等．事故树分析在海洋平台安全评价中的应用研究 商油化工
平台爆炸里面腐蚀环境为例，中间事件包括外腐
蚀环境和内腐蚀环境。实际上，外腐蚀和内腐蚀
既可同时发生，也可能不同时发生。我们通常选
取概率更高的情况，这样可以使评价更保守，即
外腐蚀环境和内腐蚀环境为或的关系。
3 海洋平台爆炸事故树计算分析
3．1 求最小割集
最小割集表示系统的危险性，每个最小割集都
是顶上事件发生的一种可能渠道。最小割集的数目
越多越危险。根据海洋平台爆炸事故树图(图2)，
用布尔代数及集合运算法则的吸收律和等幂律
求最小割集：P—A ， +f3 +
。 ： s 。 +
1 +厂’ +厂' 。 。 ： ，+
(1)
由式(1)看出，共得出37个最小割集，分
别为{ )、 )、 )、 )、 )、 )、{／；)、 )、
{ }、{ 。}、 。)、{ }、{ )、 }、 )、{ }、
}、 )、 9}、 o}、 ：)、{ }、{ }、 }、
{ }、{ )、{ )、 }、{ )、{ 。}、{ }、{ ：)、
3}、 }、 }、 }、 }。
每一个最小割集代表一种导致事故发生的模
式，说明海洋平台爆炸有37种潜在的失效模式。
与此同时，有37个最小割集中只含有一个底事
件，这表明即使很小的一个不安全事件也能导致
海洋平台结构爆炸。
3．2 求最小径集
将图2中的“或” 门用“与” 门代替，“与”
门用“或”门代替，并将全部事件符号加上“ ’，
变成事件补的形式，这样便可以得到与原事故树
对偶的成功树，求成功树的最小割集便是原事故
树的最小径集，求得最小径集便是防止顶事件发
生的办法【3]，即：
P 。 A， =fl f3 f9 0 。
f f j f f } f j f f f2 +f f2
( 。 + )L6' Lg' 。
f3 (2)
由式(2)可以看出，共得出4个最小径集，
分别为：
① { 。
／= 。 。 。 ，
}；
② { ／； 。 。
。 o z ，
}；
⑧ { ／； 。 。 ，
。 o ． ：
： }；
( { 。 。 ： 4p
。 。 。 ，
)。
即其中任一个最小径集的基本事件都不发生，
顶事件就不可能发生，因此，防止事故发生的途
径有4个。
3．3 结构重要度分析
海洋平台结构重要度分析根据计算最小割集
中的基本事件重要度系数来分析海洋平台爆炸故
障树结构上基本事件的重要度。最小割(径)集
法的4条原则如下：①单事件最小割(径)集中
基本结构重要度系数最大。②仅出现在同一个最
小割(径)集中的所有基本事件结构重要度系数
相等。③ 仅出现在基本事件个数相等的若干个最
小割(径)集中的各基本事件结构重要度系数依
出现次数而定，即出现次数少，其结构重要度系
数小；出现次数多，其结构重要度系数大；出现
次数相等，其结构重要度系数相等。④2个基本
事件仅出现在基本事件个数不等的若干最小割
(径)集中。在这种情况下，基本事件结构重要度
大小依下列不同条件而定：a)若它们重复在各最
小割(径)集中出现的次数相等，则少事件最小
割(径)集中出现的基本事件结构重要度大；b)
在少事件最小割(径)集中出现次数少的，与多
事件最小割(径)集中出现次数多的基本事件比
较，按以下方式计算近似判别值。
重要度系数如下：
1)在一阶最小割集中出现的各基本事件
的结构重要度都为1(i为自然数，1≤i≤37，
i≠21，22，25，27)。
2)在二阶最小割集中出现的各基本事件结构
2017年第7期 乏认-石l由石{已 i 23
日 庙油化工Petrochemica
重要度的计算公式如下：
一击2
∈ k|
式中，I(f)一基本事f4：S结构的重要度系数；
矗 含有基本事fFS的最小割集；
厂一最小割集岛包含基本事件的总数量。
根据4条原则可以得出：
，( 。)>1( 。)>I( ：)>I( )
从事故树的重要度分析来看，引发海洋平台
爆炸的主要因素有管内介质腐蚀、拉应力作用、
内防腐失效和海水腐蚀等，都是导致海洋平台爆
炸的主要原因。其中，管内介质腐蚀是最重要的
原因
4 结论
1)根据FTA的原理，在分析海洋平台爆炸
发生的原因及特点的基础上，提出海洋平台爆炸
事故树绘制的一般思路及需要考虑的因素，因此，
建造了海洋平台爆炸的事故树图。
2)通过事故树结构重要度的分析，得出平台
内部腐蚀是对设施结构损伤最大的因素，做好平
台的维护是保障人员安全和预防重大事故发生的
重要措施。
3)加强对平台的检修和维护工作，加强对工
作人员的管理和
工作，及时发现并排除
事故隐患，是避免事故发生的主要途径。
参考文献
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Application of FTA in Safety Assessment of Offshore Platform
Ma Baitao andXin Ming
(The Fou~h Oil Production Plant，Daqing Oilfield Company Ltd．，Daqing Heilongjiang 163511，China)
Abstract：This paper introduces a risk·based inspection(RBI)to investigate typical accidents in offshore oil
platform ，in an efort to prevent platform explosion．Its basic principle is to assess the levels of the potential danger，
the inherent danger and the danger coefi cient in the platform system by means of fault tree analysis method，thereby
summarize the basic events resulting in offshore platform explosion，and obtain the minimum cut sets，the minimum
path sets and structure importance on ofshore platform by the accident tree analysis，for the accident research．The
results show that there 37 minimum cut sets causing ofshore platform explosion，and 4 minimum path sets preventing
offshore platform explosion．The result of structure importance calculation of basic events suggests that the oil and gas
leakage，improper manual operation，mismanagement，equipment stru cture damage and corrosion are the main factors
leading to offshore platform explosion．
Keywords：offshore platform ，fault tree analysis，basic events，main factors，assessment
24{ 幺 石l匈石{已 2017年第7期

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