一次高空落物事件的调查及启示.pdf
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1、2023 年第 39 卷第 2 期石油化工安全环保技术PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY34钻井行业的工作主要在钻台面上进行,故钻台面上发生的安全事故几乎占现场所有安全事故的一半以上1。其中又以高处落物的比率较高。统计数据表明:高处落物和撞击事件约占整个安全事件的 30%2。以下报告的这起高空落物事件就是由于多方原因导致的一起高风险未遂事件,旨在分析并总结此事件的原因,提请操作人员、管理者及生产商加强防范,杜绝此类危险的发生。1 事件调查1.1 事件经过事件井队钻机为 50D,2015 年 7 月投入使用,与
2、其同时投入使用的是其配套的顶驱,型号为 DQ70BSC。2018 年 6 月曾整体更换同型号顶驱,期间运行良好。2020 年 1 月 1 日,在二开钻进接立柱时,顶驱背钳销轴从高空坠落,距钻台面 30 m,所幸未造成人员及其他设备损坏。此事件被定义为高风险未遂事件。1.2 调查结果事件发生后,井队立即停止作业,由相关人员组成联合调查组进行了调查。调查发现:1)落物为顶驱背钳前钳体(见图 1)连接销轴(见图 2)的下半部分。销轴的上半部分仍在销孔内,固定良好。掉落的下半部分长约收稿日期:2021-02-22作者简介:甘树楠,男,2011 年毕业于西安石油大学安全工程专业,长期从事 HSE 管理工
3、作,工程师。电话:18611405212,E-mail:一次高空落物事件的调查及启示甘树楠,鄂振乾,孙增生(中国石油长城钻探工程有限公司,北京 100101)摘要:高空落物事件多发生在钻修井的钻台面上,常导致钻台作业人员的伤亡,故钻台面上的设备在设计、制造及使用过程中,需考虑落物的风险。对 1 起钻台面高空落物事件进行了调查,发现了该高空设备在设计、制造、使用过程中的缺陷。提出提高风险意识及准确的风险识别是减少事故发生的两个重要基础,完善的落物管理系统需覆盖设备的设计、制造、使用全生命周期,从而避免落物事故的发生。关键词:高空落物落物管理风险识别15.5 cm,直径约 42 mm,称重为 1.
4、77 kg。断裂部位处于销轴的正中央导油槽上,断面平坦、光滑,有明显贝纹线特征。断裂处局部有新鲜断裂痕迹,余部锈蚀明显,为陈旧断痕;本体无明显变形,但表面有明显磨损痕迹;2)拆解背钳对侧销轴,测量销轴总长30.9 cm,仔细清洗后发现销轴中央导油槽部分出现明显 裂纹;图 1 顶驱背钳示意 甘树楠等.一次高空落物事件的调查及启示 352023 年第 39 卷第 2 期3)此销轴为出厂原配销轴,2018 年 6 月更换新顶驱时同时启用;4)4 d 前因更换钳牙,曾拆卸此销轴,但未清洗销轴导油槽进行检查;5)周内井队曾按照项目部的落物管理手册进行落物检查,未发现异常;6)2019 年 12 月井队曾
5、进行过第三方落物检查,未发现异常;7)顶驱生产商未对销轴的维护、保养、检查做具体要求,故 PMS 系统亦无相关检查项;8)钻进过程中现场使用 51/2HLST 钻具,上扣扭矩 48 KNm,顶驱允许的最大上扣扭矩是50 KNm。2 高空落物相关理论高空落物是指物体脱离其固有的位置靠自身重力以自由落体的方式下降的过程。在下降过程中物体的重力势能会转化成动能,从势能转化成动能的理想过程应该符合能量守恒定律。Ek=1/2mv2=mgh(1)式中,Ek为物体具有的动能,J;m 为物体的质量,kg;v 为物体的瞬时速度,m/s;g 为重力加速度,取值为 9.8 m/s2;h 为物体相对于零势能面的垂直高
6、度,m。具有一定能量的物体在其能量意外释放或逸出时可能会对人员或设备造成一定程度的伤害,使进行中的活动中止而发生事故。因高空落物事件在钻井行业中多发,且常造成严重人员伤害,1997 年在英国石油公司的安全倡导行动下,成立了研究小组,确认井架是大多数坠物事故的根源。2 年后提出了 DROPS(Dropped Objects Prevention Scheme)的概念,并建立了 DROPS 管理体系,致力于落物的预防,在业内发展和推行防落物管理体系3。随后该组织推出了 1 个基于 Excel 表格的计算器,用于判定落物的潜在后果,并通过色标变化标识危险程度的变化4,如图 3 所示。图 3 高空落物
7、计算器示意本次事件中,断裂落地的销轴重 1.77 kg,距钻台面的高度为 30 m,将以上数据输入计算公式,计算得知销轴落在钻台面时的动能是520.38 J,远远大于导致死亡的数值。3 高风险事件原因分析完善的落物管理系统应该覆盖设备的设计、制造、使用全生命周期。而本次发生的落物事件在各自的管理环节中均出现了偏差。3.1 设计原因事件发生后,随即和顶驱生产厂商进行了沟通。经询问得知,既往类似事件从未发生过。事件调查发现销轴上端限位槽被相应限位卡固定,限位卡及其固定螺丝的安装符合落物管理要求,故销轴的上半部分固定良好。然而生产厂商没有考虑到销轴有断裂的风险,未做二次防护设计,从而导致此次事件的发
8、生。图 2 连接销轴示意石油化工安全环保技术362023 年第 39 卷第 2 期3.2 制造原因对侧销轴相同部位出现裂纹,说明销轴在加工过程中存在缺陷。可能是导油槽倒角的刀痕造成了此处应力集中,从而导致销轴断裂5。3.3 现场管理存在的缺陷钻机在投入使用前曾经第三方检验和验收,此后每次搬家均进行第三方落物专项检查,均未识别出此销轴潜在的落物风险。项目管理体系中已包含落物管理体系,且已依据第三方落物检查报告制定了图表式落物检查清单,该清单未提及此处落物风险,此为这次风险事件发生的原因之一。翻阅生产厂商保养手册,要求对销轴定期润滑,但对销轴的检查、检测、更换并未做出具体要求,故 PMS(Prev
9、entative Maintenance Systems)里面也无此保养项目的提示。相关人员在事件发生的前 4 天更换钳牙时曾拆卸此销轴,但并未认真清洗销轴外表进行目测检查。此为可避免该事件发生的一个关键点。4 防控措施提高风险意识及准确的风险识别是减少事故发生的两个重要基础。总结事件教训,提出以下防控措施:1)对钻台面进行分区风险评价,对雇员进行落物管理培训,减少高风险区域暴露时间,降低人员伤害发生的概率;2)重新对现场可能存在落物的风险进行识别,在检查表中增加设备仪器损坏所致落物的相关条目;3)在 PMS 系统中增加相关检查内容,通过增加日常检查频次及时发现隐患。如果生产厂商未给出避免落物
10、的二次保护方案,宜参阅其他品牌设备的合理设计加以改进,如在销轴可能发生落物的部位加装防护网;4)向其他井队通报事件,对类似设备进行落物检查,防止类似事件的发生;5)向顶驱生产厂商通报发生的事件,并把相关部件交生产厂商进行检测,以方便生产厂商在设计、生产过程中加以改进。参考文献:1 蔡正伟,张红娟.浅析钻井现场高处落物事故的原因及预防措施 J.无线互联科技,2016,79(3):92.2 周光.钻机安装及钻井生产现场高处落物风险的预防措施 J.中国石油和化工标准与质量,2018,38(8):24-25.3 A Brief HistoryEB/OL.https:/www.dropson-line.
11、org/about/a-brief-history.4 Dropped Object Consequence CalculatorEB/OL.(2015-7-23)2015-07-23.https:/www.dropsonline.org/resources-and-guidance/drops-calculator/e-drops-calculator.5 宋云鹏,张保议,丁国运.挖掘机销轴的断裂失效分析 J.现代制造技术与装备,2015(5):72-74.(上接第 33 页)against large-scale spill experiments J.Inter-national Jou
12、rnal of Hydrogen Energy,2011,36(3):2620-2627.5 刘亚朝,李少鹏,赵洪祥.基于 CFD 技术的高压储氢设施泄漏后果模拟 J/OL.厦门大学学报(自然科学版),2022-11-03.https:/ 赵洪祥,李少鹏,刘凯祥.基于 FLACS 的氢气检测器布置优化 J.安全与环境学报,2020,20(1):116-121process industries,2009,22(6):1034-1038.3 Middha P,Hansen O R,Grune J,et al.CFD calculations of gas leak dispersion and
13、subse-quent gas explosions:validation against ignited impinging hydrogen jet experiments J.Jour-nal of Hazardous Materials,2010,179(1/3):84-94.4 Middha P,Ichard M,Arntzen B.Validation of CFD modelling of LH2 spread and evaporation production risk and accident characteristics of petro-chemical enterp
14、rises.It put forward risk-based process safety management measures with a focus on hazard identification and risk assessment,license management,contractor access,construction personnel qualification,education and training,machine tool inspection and confirmation,construction process supervision and
15、in-spection,and other management measures before con-struction operations during production and construction.Such management measures are taken to ensure that the risks of direct operations are under control.Key words:process safety management/PSM;direct operation link;hazard identification;risk man
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