论文总字数：27700字

摘 要

本文在介绍石油修井机器人危险有害因素辨识现状和用于机械的安全评价方法研究现状的基础上，提出了评估某型修井机器人的必要性。首先查找相关文献并收集某型修井机器人的数据，对该型修井机器人的功能进行了功能模块的划分（即评价单元的划分）并做详细介绍，在此基础上对该型修井机器人进行危险有害因素辨识；然后选用FMEA并结合RPN分析该型修井机器人的各个功能模块，得出该型修井机器人各零部件失效模式与失效原因的风险顺序排序，据此得出设备零部件故障优先防护顺序，使管理人员与作业人员能更好的的对修井机器人进行管理与操作，降低运行期间机械设备的故障发生率，确保石油修井机械保持稳定运行的工作状态；其次运用Bow-tie对RPN值排序中最大的三个失效模式进行评估与分析，分析零部件损坏（危险源）的原因并从组织管理与设备技术两方面给出与之相应的安全屏障，以及零部件损坏（危险源）导致的可能后果并从组织管理与设备技术两方面给出相应的安全措施，使其安全状况处于人们可接受水平之内。最后分析某企业对相应安全措施的执行程度，然后提出针对性的完善方法，为某型修井机械得出一套较为完整的安全性评估方案，保证该型石油修井机器人运行更加安全。

关键词：修井机械 FMEA Bow-tie 安全评估 屏障

Safety evaluation of a certain workover machinery

Abstract

This paper introduces the necessity of evaluating a certain type of workover robot on the basis of introducing the current status of identification of dangerous and harmful factors of petroleum workover robots and the current state of research on safety evaluation methods for machinery. First, find relevant literature and collect data of a certain type of workover robot, divide the function modules of that type of workover robot (that is, divide the evaluation unit) and make a detailed introduction, on this basis, the workover robot of this type Identify dangerous and harmful factors; then use FMEA and RPN to analyze the various functional modules of this type of workover robot, and obtain the failure order of the failure modes and failure causes of each part of this type of workover robot. The fault priority protection sequence enables managers and operators to better manage and operate workover robots, reduce the incidence of mechanical equipment failures during operation, and ensure that oil workover machinery maintains a stable working state; followed by Bow -tie evaluates and analyzes the three largest failure modes in the RPN value ranking, analyzes the causes of component damage (dangerous source) and gives corresponding safety barriers from the aspects of organization management and equipment technology, as well as component damage (Dangerous source) The possible consequences and the corresponding safety measures are given from the aspects of organization management and equipment technology, so that its safety condition is within the acceptable level of people. Finally, it analyzes the degree of implementation of corresponding safety measures by an enterprise, and then proposes a targeted and perfect method to obtain a more complete safety evaluation plan for a certain workover machinery to ensure that the oil workover robot operates more safely.

Key Words: Workover Machinery; FMEA; Bow-tie; Safety Assessment; barrier

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2石油修井机械的危险有害因素辨识研究现状 1

1.3 用于机械的安全评价方法研究现状 2

1.4 研究内容及意义 4

第二章 某型修井机械安全问题的分析及评价方法选用 6

2.1 某型修井机器人的基本介绍 6

2.1.1 某型修井机器人的相关数据 6

2.1.2 某型修井机器人的基本构造 7

2.2 某型修井机器人的功能介绍： 9

2.2.1 液压控制系统介绍： 9

2.2.2 模块功能介绍 9

2.3 某型修井机器人危险因素辨识 11

2.4 安全评价方法的选用 12

第三章 FMEA和Bow-tie对某型修井机械的研究 14

3.1 方法简介 14

3.1.1 FMEA简介 14

3.1.2 Bow-tie简介 14

3.2 FMEA对修井机械故障的分析 16

3.2.1 失效模式SOD评分标准 16

3.2.2 风险顺序数 16

3.2.3 某型修井机器人的FMEA分析 17

3.3 Bow-tie对零部件有效性的分析 20

3.3.1 顶上事件1液压缸损坏影响模块分析 21

3.3.2 顶上事件2齿轮损坏影响模块分析 23

3.3.3 顶上事件3液压管钳损坏影响模块分析 25

3.4 FMEA和Bow-tie分析结果小结 28

第四章 结论与展望 31

4.1 全文工作结论 31

4.2 研究内容展望 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着国家经济的发展，对石油资源的需求日益增长，我国的石油工业也得到了一定发展，油井机械已经得到普遍的使用，它也成为石油工业的重要支柱，修井是石油增产的重要技术，直接影响到石油资源的开发与利用^[1,2]。但是我国对修井机械的开发和研制起步都相对较晚，基础薄弱，与国外存在着一定的差距，对其设备的工艺及其技术等方面仍然存在着诸多不足，这也埋下了深层次的安全隐患^[3]。就目前来看，机械工业在快速发展，各种复杂机械层出不穷，而高自动化、高机械化的机械成了主力军，发生故障时危害性较大^[4]。目前工作人员对修井机器人的故障发生原因、故障发生的后果认识不足，对常见部件的损坏概率认识更是严重不足，从而导致安全事故发生的概率居高不下，并且工作人员也不能很好的对修井机器人进行检查预防和维修^[5]；对防止故障乃至事故发生的途径没有一个系统的认知，这也给企业带来了挑战和损失；在修井作业过程中的故障率问题以及零部件标准化程度认识不清晰，对于安全性的理解很混乱，修井机械安全定性评价的主观意志很强，不同的人对于临界值的危险分级的结果可能不一致，从而处理起来的结果也不一样^[6,7]。对于目前的企业来说：缺乏系统的整体安全评估方案，修井机械安全性定量评价没有解决多态性、非单调性和共因失效等复杂问题；未遵循HSE理念，不能满足国家目前节能环保及极低事故率的政策^[8]。

1.2石油修井机械的危险有害因素辨识研究现状

由于修井作业属于高危险作业，作业的始终都存在安全风险问题，如果不能很好的识别修井机械本身以及作业途中容易出现的故障，势必会产生安全问题，然后引发一系列安全生产事故，最终的结果就是带来严重的人员伤亡、财产的损失及其环境污染等一系列危害。由于多数事故的起因是由于人们采取或未能采取某些行动，因此风险管理主要关注风险认知管理。安全事故的产生，都是由于人的不安全行为，物的不安全状态，周围环境的不安全因素，管理上存在缺陷导致的^[9]。主要存在于制度执行方面贯彻不到位、设备设施方面存在缺陷、环境保护方面认识不足、工作场地恶劣等方面。

石油修井机械主要由动力机驱绞车及井架系统两大部分构成^[10]。目前我国的是石油修井机主要是电驱动的液压修井机^[11]。主要存在的风险问题为：车辆事故、高风险的井喷失控事故、H2S等气体引起的人员中毒和环境污染、工作人员安全意识不强或者没有安全意识、修井作业工作强度高、条件恶劣等引发的机械方面的伤害、管线爆炸、灼烫伤害、电控制系统紊乱等。①车辆伤害：一般采油区的地形条件恶劣且复杂，下雨天以及下雪天道路湿滑，晴天黄土满天砂层过厚，道路状况很差，容易出现碰撞，翻车等事故;②机械伤害：修井作业过程中发生的绞手事故，起下管柱或者卸油管扣时由于油管摆动导致弧度发生意外，吊车吊运油管时锁扣、吊钩等设备脱落或者断裂下落导致人员受伤;③伴生气危害因素：修井机械停机时间太久的话井筒内会聚集众多伴生气，里面含有一氧化碳和硫化氢等有毒气体，会导致作业人员中毒以及环境污染;④灼烫伤害：油管清蜡时会出现温度很高的水蒸气，工作人员的皮肤会受到不同程度的烫伤；进行酸化作业时作业人员的皮肤也会受到强酸物质的灼伤;⑤井喷事故：目前的修井机器人大部分都使用电气控制系统，若违章或者错误操纵这些仪器设备，就会引发井喷事故，从而导致火灾、爆炸等;⑥电控制系统紊乱：电机故障或者线路出现问题^[12,13]。

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