摘要：長北氣田由中國石油與殼牌石油公司合作開發。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，并為此制定了相應的程序和管理制度，尤其是在生產系統本質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工藝系統本質安全化方面的差異，總結出長北項目生產工藝系統本質安全化有以下特點：①本質安全化貫穿于整個項目的設計、施工以及生產運行和維護全過程，且有相應的控制和管理方法；②本質安全化的費用投入最低、合理、可行；③安全儀表系統性能穩定，故障率低，能夠實現對生產工藝系統的聯鎖保護；④生產工藝系統建成后按照設計要求進行嚴格試車，確保后期操作安全平穩；⑤利用先進的SAP系統對工藝設備進行維護管理，保證工藝系統安全可靠。
關鍵詞：鄂爾多斯盆地；長北氣田；工藝系統；本質安全化；殼牌石油公司；安全生產；管理
2005年長北合作項目正式進入商業開發。該項目是目前中國陸上天然氣勘探開發領域最大的對外合作項目，殼牌(中國)勘探與生產有限公司與中國石油共同承擔了開發作業任務，具備年供氣30×108m3、穩產10年的能力。項目實施過程中，合作雙方始終將HSE業績表現作為首要目標，并制定了一系列相關程序、措施和管理制度，尤其是在生產系統本質安全化管理方面獨具特色。
1 本質安全和本質安全化
本質安全一詞產生于20世紀60年代，源于電氣設備防爆構造設計。狹義的本質安全一般是指機器、設備本身所具有的安全性能，即是指機器、設備等自身物質和工藝設計條件能夠自動防止操作失誤或引發事故。廣義的本質安全指包括“人-機-環境-管理”這一系統表現出的安全性能，通過優化資源配置和提高其完整性，使整個系統安全可靠。基于這一系統和安全管理體系的本質安全理念認為，所有事故都是可以預防和避免的[1]。
本質安全化就是為使生產裝置、設備、系統以及安全措施等達到本質安全而進行的研究、設計、改造和強化實施與管理的過程。目的是用科學技術尤其是安全科學技術的一切成就，使生產現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、多重的安全技術措施，形成最佳組合安全保障系統，以最大程度地實現安全生產[2]。
2 生產工藝系統本質安全化的實施
長北項目生產工藝系統本質安全化體現在項目的設計、施工以及生產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，來實現整個生產工藝系統的本質安全化。
2.1 項目設計階段
2.1.1重視設計前的專項評估
長北項目在概念設計、初步設計和施工圖設計階段，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、火災爆炸性分析、定量危險性分析、人力因素工程研究、設備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備選型提供了可靠的依據，提高了整個工程的安全性、可靠性、經濟性、實用性。
2.1.2采用雙重標準，現場布局安全合理
長北項目從工程的實用性、安全性和先進性出發，在設計時除了遵循中國國家和行業標準外，同時還滿足了殼牌公司DEP(設計與工程實踐)的最低標準，兩者比較按規定嚴格者執行。根據《原油和天然氣工程設計防火規范》GB 50183-2004的要求，將長北天然氣處理廠主要劃分為主裝置區、輔助裝置區、公用設施區、消防區、辦公及生活區5個功能區。總平面布置按危險等級分區布置，主裝置區在廠區的中央，其他功能區塊圍繞主裝置區而建，辦公及生活區在廠區的上風向，兩套主裝置區之間以及主裝置區與其他功能區之間的距離都遠大于行業標準要求，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，提高裝置安全性
長北氣田試生產作業區(Trial Production Operation，簡稱TPO)在2005年升級改造時，采用了具有安全聯鎖保護功能的TRICON系統；增加了用于實現安全聯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；在裝置區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采用了DCS、IPS、FGS相結合的控制、監測、保護系統。與國內較早的控制系統不同之處在于，將聯鎖保護功能和火焰及氣體探測功能徹底地從DCS系統中分離出來，分別形成獨立的IPS、FGS系統。不僅減輕了DCS的負擔，也大大提高了聯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)主要實現井叢、中央處理廠的生產控制、數據監控；IPS(Instrumented Protective System儀表保護系統)是在生產出現異常時，為保護人員和工藝設備的安全而進行的停車控制系統；FGS(Fire and Gas System火焰及氣體監測系統)用來監測生產現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、現場儀表、執行機構等方面相對獨立，相互補充，并有冗余備份，各系統之間通過MODBUS協議進行通訊，實現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備的試驗，分別為：①一級分離-板翅式換熱器-節流-二級分離-預過濾器-氣液聚結器-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、預冷、JT閥節流、低溫分離的處理工藝，后期采用分離、增壓、預冷、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，而且設備數量大幅度減少，操作難度和風險以及運行費大大降低[4]。
2.1.5重點設備選型先進、留有備用
為了確保長北氣田生產工藝系統安全可靠、高效運行，在低溫分離工藝設備選型時，選用了國內外成熟、先進的固定管板式換熱器和裝有殼牌專利產品——SMS高效分離元件的低溫分離器，減少了系統的故障率；同時對空壓機、導熱油爐、重點機泵等輔助設備采取一備一用，即使出現故障，也不至于影響到整個系統的安全運行[5]。
2.2 項目建設階段
2.2.1嚴把材料采購及項目施工質量關
長北項目天然氣處理廠和井叢生產工藝系統采用EPC總包合同，承包商為中國石油集團工程設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公司。為了能夠確保設備質量及施工質量達到設計要求，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、天然氣壓縮機等關鍵設備由殼牌公司獨立采購；②聘請國際知名監理公司挪威船級社(DNV)進行全程監理；③安排資深專家代表操作組參與項目建設，對項目建設中存在的問題及時進行督促整改；④殼牌公司亞太區專家定期來長北項目，審查項目施工質量。
2.2.2試車組參與項目建設，確保系統安全移交
項目建設完成后，并不是馬上就交給操作組進行生產，而是交給試車組，由試車組進行驗收，合格后按照設計要求進行系統調試和試運行，對存在的問題進行整改。系統試運行正常后，操作組才正式接收。試車組的參與，不僅能夠及時發現建設過程中存在的問題，還能夠減少由操作組直接進行試車投運的風險。
2.3 生產運行和維護管理階段
從安全管理學角度來看，本質安全是安全管理理念的轉變，表現為對事故由被動接受到積極事先預防，以實現從源頭杜絕事故，保護人類自身安全。過去人們普遍認為，高危險行業發生事故是必然的，不發生事故是偶然的。而本質安全理論則認為，如果在工作中處處按照標準和規程作業，提前進行控制，加強對人和設備的管理，就可以把事故降低到最低甚至實現零事故。發生事故是偶然的，不發生事故是必然的。
2.3.1規范生產操作程序，確保按章操作
長北項目生產系統在正式移交給操作組時，不僅僅是將設備按照設計要求完整的移交，還包括全廠生產工藝系統完整的操作手冊。操作手冊是經過設計方、項目組和試車組相關專業負責人共同編寫.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(目前長北項目生產系統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人員，編寫了生產工藝系統中單體設備的操作規程。這樣，能夠保證操作人員在生產操作時做到有章可循、有據可依，確保了操作安全進行。
2.3.2加強生產操作管理，提高員工的安全意識
一般的生產操作都需要人去完成，因此，人的因素對工藝系統本質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，實現人的本質安全化[6]。
2.3.3利用SAP系統實現對生產系統的維護和管理
SAP(Systems Application Products)是應用較為普遍的一種ERP(Enterprise Resource Planning，企業資源規劃)軟件系統，它涵蓋了企業的人事、財務、生產/運行、原材料供應等方面。
在生產操作中，主要使用了SAP系統的工廠維護管理模塊，包括如下功能：預防性維護(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PM工單要求進行維護，并將維護結果填寫齊全，上交并錄入數據庫。如果某臺設備出現故障，就要按照CM工作程序進行維修，維修人員將故障部件、維修結果以及使用的物料等信息填寫在CM工單上，上交并錄入數據庫。維修工程師在SAP系統中可以對維修完成率、工廠整體以及單體設備的可靠性進行分析，對于經常出現故障的設備，可進一步分析原因，提出針對性的改進建議。SAP系統的實施，實現了對生產工藝系統安全狀態的定期監控和全面了解，出現故障可以提前處理、確保設備不帶病運行、無安全隱患[7]。
2.3.4定期專項審核，確保生產系統整體安全可靠
作為殼牌公司在亞太區的重點合作項目，長北項目在技術方面得到了殼牌公司亞太區的大力支持。殼牌公司亞太區先后派來一些技術專家，對長北項目進行了一系列專項審查，包括HSE審查、資產完整性及可操作性審查、操作完整性審查等。通過這些審查，使得長北項目生產工藝系統的安全性能不斷完善。
3 合作雙方生產工藝系統本質安全化對比
1) 殼牌公司將生產系統的本質安全化貫穿于整個項目的設計、施工以及生產運行和維護管理的全過程，而且有相應的控制程序和管理制度；中石油對本質安全化的理解主要側重于生產階段和維護階段，而且側重于人的本質安全和安全管理制度方面。
2) 殼牌公司在本質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性能穩定，故障率低，并且定期測試，能夠實現對生產工藝系統的聯鎖保護；中石油有些生產裝置安裝的儀表保護系統故障率較高，而且不定期進行測試，關鍵時刻不能完全起到聯鎖保護作用。
4) 殼牌公司讓試車組參與項目建設，能夠盡早暴露生產系統中存在的問題，保證將生產系統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驗，確保后期操作安全平穩。
5) 在設備的維護管理方面，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系統對工藝設備進行的預防性維護和根源分析值得學習；中石油所采取的設備維護保養承包到人的做法還是應堅持。
自2006年正式開始商業供氣以來，長北項目HSE業績表現優秀。截至目前，生產作業組無可記錄事故發生天數已超過1000天，長北天然氣處理廠3年來無生產事故發生。
參考文獻
[1] 宮宏，趙志勇，劉全楨，等.創建本質安全型石油化工企業[J].安全、健康和環境，2006，6(3)：2-4.
[2] 張友亭，杜兵，劉忠寬，等.淺議本質安全化在煤礦安全生產中的應用[J].煤礦安全，1998，29(6)：35-37.
[3] 李戰平.TRICON系統在長北氣田集氣站的應用[J].工業控制計算機，2008，21(10)：11-13.
[4] 魯艷峰，王軍江.榆林氣田新舊低溫分離工藝的對比分析[J].天然氣工業，2007，27(3)：127-129.
[5] 楊小龍，李戰平，李富生，等.長北氣田地面工程技術[J].天然氣工業，2007，27(10)：106-108.
[6] 王博.淺談企業如何實現人的本質安全[J].長慶石油經濟，2007(增刊)：39-42.
[7] 李朋江.SAP在長北項目中的應用[J].長慶石油經濟，2007(增刊)：18-20.
(本文作者：李戰平 姚呈祥 劉偉平 中國石油長慶油田公司第二采氣廠)
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