渤海冰期逃生方案的研究和分析

閆春宇 何 睿 王 磊

(中海油安全技術服務有限公司，中國天津300456)

0 前言

近年連續的嚴重海冰災害頻發，海上的與岸邊的冰結在一起，固定冰冰量增多，經潮汐運動和溫度變化形成的重疊冰和堆積冰（厚度可達1米或數米），令海上油田作業者提心吊膽、苦不堪言。一旦發生井噴、火災等意外情況時，需迅速啟動應急逃生預案，但在海冰面前，常規的救生救援方法難以正常的發揮其應有的效果、效率和可靠性。國外僅僅在從海洋結構物安全撤離到附近結實冰層上有一定的研究方案和實施方法，國內在這一方面研究還處于空白，而我國渤海油田有9大作業區，其中4個位于海冰較為嚴重和多發地區，覆蓋面積大，所以有針對性的研究冰期應急逃生方案是保護海上人員安全的需要，對于保障海上人員生命健康安全具有重要意義。本文主要研究分析現有各種冰期救逃生方案，最后確定最適合渤海石油冰期的應急逃生技術方案。

1 渤海冰期自然環境條件

渤海海域位于北緯37°～41°之間，屬于中緯度，每年11月末到12月初海水開始由北向南結冰，次年的2月下旬或3月上、中旬，由南向北融解消失，冰期為3～4個月。其中1月到2月上旬，冰情較為嚴重，稱為“盛冰期”[1-2]。據國家海洋局統計，渤海海域在1969年屬重冰年，造成渤海石油“海二井”（重550噸）生活平臺、設備平臺和鉆井平臺被海冰推到，“海一井”平臺支座拉筋被海冰割破。一個月內進出塘沽港的123艘客貨輪有58艘受到不同程度的破壞，嚴重的船體變形被擠裂，船艙進水。1977年屬偏重冰年，渤海石油“海四井”烽火臺被海冰推到，秦皇島港有多艘船只被冰夾住，需破冰引航。

現有的水上救生艇不能在冰上行走，并且降放過程中凈水壓力釋放器失效，容易引起事故。冰期的守護船屬于破冰船，破冰船在冰上行駛的速度要遠遠慢于在水上行駛速度，耽擱救援時間。救生筏也不能再冰上行駛。而直升機則受運力影響，不能有效實現逃生。為保證海洋油氣開發工作者的人命安全，在海洋油氣開發過程中出現井噴或火災等安全事故時需對人員進行逃生。人員逃生時所采用的應急方案，要堅持安全、迅速、高效的原則進行。

2 現有應急逃生方案分析

現有的應急逃生方案主要有以下幾種：①守護船逃生；守護船一般跟吊籠、救生緩降器和柔性逃生索道等下救生設備聯合使用。②直升機逃生；③救生筏逃生；④安全島逃生；⑤救生艇逃生。下面分別從設備組成、作業環境、應急程序、響應時間、安全風險、使用概率、方案成本、冰期適用性以及局限性等方面分析以上幾種應急逃生方案，其中平臺人數按照30人計算。

2.1 守護船逃生

使用守護船進行逃生是目前海洋油氣開發過程中最常用的應急逃生手段。在平臺需要進行防臺風、海嘯或者其他預防情況下，采用守護船逃生能夠保證海洋油氣開發工作者的人命安全，達到安全逃生目的。守護船響應時間一般為30分鐘。守護船往往與平臺轉移逃生工具聯合使用，例如：吊籠、救生緩降器和柔性逃生索道等。按照聯合使用的手段，守護船方案又可以分為以下三種：

2.1.1 救生船與吊籠、軟梯聯用

發出撤離指令后，平臺所有工作人員在指定的撤離點集合，由吊機操作員操作吊機，待守護船到達后，依次將所有工作人員用吊籠轉移守護船上，最后吊機操作員由軟梯轉移到守護船，完成撤離。響應時間為1小時以上；安全風險較低；使用概率較高；方案成本主要為守護船動復員費用（5萬元/天）；可以在滿足作業環境的前提下適用于冰期；其局限性在于本方案使用的應急設備較多，并且受環境風力、能見度影響大，火災等事故不適用。

2.1.2 守護船與救生緩降器聯用

發出撤離指令后，平臺所有工作人員在指定的撤離點集合，佩戴好救生緩降器，利用拋索器將救生緩降器的一端拋到守護船上，由守護船工作人員進行固定，平臺工作人員依次通過繩索緩降到守護船；響應時間不小于45分鐘；安全風險較大；使用概率較低；方案成本主要包括守護船動復員費用（5萬元/天），30人救生緩降器采購費用，人員使用培訓費用，平臺緩降器繩索安裝費用，總計約40萬元；可以在滿足作業環境的前提下適用于冰期；其局限性在于受環境風力、能見度影響大，人員素質要求高，火災等事故不適用。

2.1.3 守護船與柔性逃生索道聯用

發出撤離指令后，平臺所有工作人員在指定的撤離點集合，打開柔性逃生索道，將出口落到守護船甲板，人員依次開始撤離；響應時間不小于45分鐘；安全風險幾乎沒有；使用概率不高；方案成本包括守護船動復員費用（5萬元/天），柔性逃生索道費用，人員使用培訓費用，平臺安裝改造費用，總計約60萬元；結冰期需使用破冰船作為守護船，可以在滿足作業環境的前提下適用于冰期；其局限性在于受環境風力、能見度影響大，火災等事故不適用。

2.2 直升機逃生

發出撤離指令后，平臺所有工作人員在指定的撤離點集合，待直升機到達后，人員依次開始撤離；響應時間不小于90分鐘；安全風險幾乎沒有；是常規逃生手段，使用概率較高；方案成本為2萬元/小時；結冰期可以在滿足作業環境要求的前提下使用；其局限性在于受環境風力、能見度影響大，受運力限制比較明顯，火災等事故不適用。

2.3 救生筏逃生

發出撤離指令后，平臺所有工作人員在指定的撤離點集合，拉開氣脹式救生筏，并將其推入海中，人員按訓練要求依次跳入海中爬進救生筏；響應時間最少30分鐘；安全風險非常高；使用概率非常低；方案成本主要是氣脹式救生筏本體，是平臺的常規配置；冰期不可使用；其局限性在于受風力影響，人員素質要求高，浪高時不可用，安全性非常差，人員存活率非常低，除非在不得已情形下，否則不建議使用。

2.4 安全島逃生

中國石油集團海洋工程有限公司為了解決灘海油田作業施工意外事故時，工作人員安全逃生問題，于2003年提出了在作業平臺周邊100米范圍外建造安全島的設想。在作業平臺和安全島之間用往復型逃生滑道連接，安全島配備適量的救生用品，一旦在作業平臺出現緊急事故時，工作人員可通過逃生滑道逃生到安全島[3]。

發出撤離指令后，平臺所有工作人員在指定的撤離點集合，依次通過逃生滑道撤離到安全島；響應時間最少需要20分鐘；安全風險幾乎沒有；使用概率低；方案成本主要是其建設費用預計在千萬以上；結冰期可用；局限性在于建設、維護費用非常高，經濟性很差。

2.5 救生艇逃生

發出撤離指令后，平臺所有工作人員在指定的撤離點集合，依次進入救生艇，按操作規程降放救生艇，待救生艇落入水面后，脫開救生艇完成撤離；響應時間約為10分鐘左右；安全風險幾乎沒有；使用概率非常高；方案成本主要為救生艇本體，為平臺常規配備設施；但常規救生艇結冰期不可用，急需解決救生艇在冰期的可用性。

3 適合海洋油氣開發過程事故的應急逃生方案對比

下面再將以上幾種逃生方案從設備依賴程度、作業環境要求、響應時間、安全風險、人員素質要求、方案成本等方面按百分制進行綜合對比，建立數學模型，最終尋找到適合海洋油氣開發作業過程中安全事故逃生的最優方案。

ui(i=1,2,3,4,5,6,7)為方案數列，其中u1為守護船A方案；u2為守護船B方案；u3為守護船C方案；u4為直升機逃生方案；u5為救生筏逃生方案；u6為安全島逃生方案；u7為救生艇逃生方案。fi(i=1,2,3,4,5,6)評定因素數列，其中f1為設備依賴程度，f2為作業環境要求，f3為應急響應時間，f4為方案安全風險程度，f5為方案所需具備的人員素質要求，f6為花費成本。wi(i=1,2,3,4,5,6)為權重數列，分別代表設備依賴程度、作業環境要求、響應時間、安全風險、人員素質要求、成本。根據所考慮因素重要性的不同，它們所占的權重不同，根據項目組專家討論，確定權重 w1=10%，w2=10%，w3=20%，w4=25%，w5=15%，w6=20%。

根據向項目組各專家請教以及對各種救逃生方案的調查研究，最后確定各評定因素的評定標準如下：

其中m為花費成本，單位（萬元）；

通過對各種適合海洋油氣開發過程事故的應急逃生方案進行詳細分析，并根據各評定因素的評定標準依次打分，形成方案對比評分表，如表1所示。通過綜合評定可找到適合海洋冰期油氣開發作業過程中最優的逃生方案。

表1 方案評分表

由上表可知，經過對可能用于海洋石油平臺的7種應急逃生方案調查研究，綜合逃生方案對設備的依賴程度、對作業環境的要求、應急響應時間、方案安全風險、人員素質要求、花費成本等因素，幾種應急逃生方案的綜合評分中，救生艇得最高分為87.5分，遠高于排在第二位的守護船C（守護船+柔性逃生索道）方案的77分。可以看出在平臺事故應急逃生方案中，使用救生艇是最安全、最迅速、最高效的，是其他逃生方案無法比擬和替代的。

4 渤海冰期逃生技術的發展趨向

根據現有幾種應急逃生方案的介紹以及利用數學建模對這幾種逃生方案分析可知，救生艇逃生方案具有成本低、安全性高、響應時間短、逃生程序簡單等優點，唯一缺點在于不能適用于冰期，因此，將常規救生艇改造成適用于冰期使用的冰區救生艇是渤海冰期逃生技術的發展方向；在2013年10月，IMO秘書長接受采訪時強調，IMO正在爭取2014年底出臺極地船舶規范，2016或者2017年初強制生效。屆時，冰區救生艇必將普遍應用于冰區和極地的石油平臺和運營船舶上。

盡管目前國內外暫時缺乏在冰區和極地地區的救生手段，但是從長遠來看，研制和裝備冰區救生艇是大勢所趨。

［1］陸欽年.我國渤海海域的海冰災害及其防御對策[J].黑龍江：自然災害學報，1993，2（4）：53－59.

［2］白珊，劉欽政，李海，等.渤海的海冰[J].北京：海洋預報，1999，16（3）：1－4.

［3］孫德坤.灘海石油作業平臺逃生設施技術研究[J].上海：中國海洋平臺，2003，18（5）：38－41.