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        錨鏈系泊系統(tǒng)完整性管理研究與運(yùn)用

        2012-10-29 11:45:50胡國(guó)后
        石油工程建設(shè) 2012年6期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)塔錨鏈系泊

        胡國(guó)后

        (中海石油(中國(guó))有限公司,北京 100010)

        0 引言

        中海油現(xiàn)役單點(diǎn)系泊式FPSO共有16艘,這16座單點(diǎn)與FPSO的連接方式有兩類(lèi):內(nèi)轉(zhuǎn)塔錨鏈?zhǔn)?、水下軟鋼臂式。本文主要探討?nèi)轉(zhuǎn)塔錨鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng),內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)指的是以?xún)?nèi)轉(zhuǎn)塔連接形式的所有系泊單元的集合體,包括如下部件 (作為獨(dú)立系統(tǒng)):錨鏈、纖維纜、鋼絲繩、卸扣、配重塊、浮體、止鏈器和喇叭口、錨鏈孔、錨鏈導(dǎo)管、導(dǎo)纜孔、絞車(chē)、應(yīng)力和船位監(jiān)測(cè)、其他同系泊系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的部件。隨著近幾年系泊系統(tǒng)事故的頻發(fā),系泊系統(tǒng)完整性管理逐漸得到重視。通過(guò)對(duì)事故的原因分析發(fā)現(xiàn),事故發(fā)生的最主要原因是天氣,不過(guò)通過(guò)我們自身不斷提高管理水平和技術(shù)水平,很多事故是可以避免的。系泊系統(tǒng)完整性管理到底如何進(jìn)行,我們須先從系泊系統(tǒng)完整性管理的目的入手,系泊系統(tǒng)完整管理的目的是:提升針對(duì)系泊系統(tǒng)的認(rèn)知度,以便使其功能完好并持續(xù)良好工作。通過(guò)提高系泊系統(tǒng)的完整性管理水平,可導(dǎo)致其他方面比如上部生產(chǎn)模塊和安全規(guī)定等級(jí)的提升,即通過(guò)系泊系統(tǒng)的完整性管理改善整個(gè)油田運(yùn)行狀態(tài)。

        細(xì)化系泊系統(tǒng)的完整性管理的目的有如下幾點(diǎn):

        (1)不斷提升浮式系泊系統(tǒng)的管理效率。

        (2)找出管理要點(diǎn),把設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)維、廢棄各階段的管理要點(diǎn)梳理清楚,督促各階段的管理人員和技術(shù)人員把握要點(diǎn),避免錯(cuò)誤的重復(fù)。

        (3)針對(duì)浮式設(shè)施尋求持續(xù)提升安全操作的所有要點(diǎn),提供風(fēng)險(xiǎn)源及應(yīng)對(duì)措施。

        (4)可以通過(guò)對(duì)一個(gè)系泊系統(tǒng)完整性的評(píng)估,同時(shí)與設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,更加優(yōu)化系泊系統(tǒng),也可同時(shí)提高我們對(duì)在役系泊系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的能力。

        (5)通過(guò)提供完整性管理列表,便于使用者能夠在以后的使用中有針對(duì)性地用在設(shè)施管理上。

        1 系泊系統(tǒng)管理應(yīng)遵循的管理環(huán)及技術(shù)環(huán)

        任何事物都有其內(nèi)在規(guī)律,把握規(guī)律、精細(xì)跟蹤才能避免事故的發(fā)生,從單點(diǎn)及FPSO的整個(gè)生命周期來(lái)看,所有設(shè)施的問(wèn)題大都發(fā)生在運(yùn)行階段,在長(zhǎng)期的工作中我們總結(jié)出了兩個(gè)環(huán):一個(gè)是管理環(huán),一個(gè)是技術(shù)環(huán) (見(jiàn)圖1)。通過(guò)運(yùn)用與完善這兩個(gè)環(huán),希望能形成一種全生命周期的系泊系統(tǒng)完整性管理。

        系泊系統(tǒng)在運(yùn)維階段涉及的管理工作主要包括監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)估、維護(hù)維修、評(píng)估、應(yīng)急管理、改造直至廢棄 (外環(huán))。我們也試圖通過(guò)提高在運(yùn)行階段的管理和技術(shù)水平來(lái)盡快地發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行前期階段存在的問(wèn)題,運(yùn)行前期階段的主要工作包括:設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試等 (內(nèi)環(huán))。

        圖1 系泊系統(tǒng)管理應(yīng)遵循的管理環(huán)及技術(shù)環(huán)

        如圖1所示,這是任何一個(gè)設(shè)施都會(huì)涉及到的工作環(huán)。運(yùn)行前期階段的工作設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試在環(huán)的最里面 (內(nèi)環(huán)),由于內(nèi)環(huán)的存在才有了原始狀態(tài)的設(shè)施,內(nèi)環(huán)中各階段存在著許多要點(diǎn),簡(jiǎn)單介紹如下。

        1.1 系泊系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)階段的要點(diǎn)

        必須考慮更高的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及設(shè)計(jì)冗余;系統(tǒng)受力考慮必須周全;必須對(duì)系泊系統(tǒng)進(jìn)行潛在失效模式的評(píng)估;必須關(guān)注微粒進(jìn)入后對(duì)系泊系統(tǒng)造成的損壞,它們可能造成內(nèi)部磨損從而減少使用壽命;必須充分考慮 “喇叭口” (軟管與轉(zhuǎn)塔連接處)的影響,最近幾年在 “喇叭口”處系泊鏈環(huán)磨損的問(wèn)題非常凸顯,造成這樣結(jié)果的原因還在調(diào)查研究中,同時(shí) “喇叭口”處的其他問(wèn)題也應(yīng)該引起注意,通常設(shè)計(jì)中在 “喇叭口”處都會(huì)安裝止鏈器,保證這部分的其他構(gòu)件完好;設(shè)計(jì)公司必須提供全生命周期足夠充分的最佳操作建議及實(shí)用的檢驗(yàn)指南;必須設(shè)計(jì)安裝合理的系統(tǒng)失效自動(dòng)防故障裝置;必須考慮船體遇到惡劣天氣搖擺劇烈的情況下對(duì)FPSO艏向控制的其他影響;必須充分注意設(shè)計(jì)環(huán)境條件下的參數(shù)選取,我們現(xiàn)在都是按照百年一遇的氣候條件進(jìn)行計(jì)算,僅選用單一的設(shè)計(jì)環(huán)境條件并期望天氣會(huì)比想象好是不切實(shí)際的,最好是考慮周邊最?lèi)毫拥沫h(huán)境條件,建議將設(shè)計(jì)環(huán)境條件的設(shè)計(jì)周期適當(dāng)延長(zhǎng),應(yīng)充分考慮有檔鏈環(huán)與無(wú)檔鏈環(huán)的不同受力模式,無(wú)檔鏈環(huán)可造成高拉力并產(chǎn)生位移,這可能由使用過(guò)程中的張力造成的,也可能由安裝過(guò)程中的不當(dāng)操作造成的。

        1.2 制造安裝系泊系統(tǒng)時(shí)的要點(diǎn)

        以下要點(diǎn)應(yīng)當(dāng)予以考慮:對(duì)于海上施工人員要進(jìn)行充分的培訓(xùn),對(duì)設(shè)備的使用要有具體的、專(zhuān)業(yè)的操作指導(dǎo)和檢查;對(duì)纖維纜和鋼纜的不同材料特性必須有清楚的了解,在安裝操作中要充分考慮安裝的要求,例如:聚酯化纖的繩纜若未經(jīng)過(guò)充分的預(yù)先拉伸,就會(huì)由于載荷的突然增大且隨著時(shí)間的推移而發(fā)生外皮開(kāi)裂脫落,這一點(diǎn)經(jīng)常被安裝人員忽視,這種適應(yīng)性調(diào)整的操作時(shí)常造成軸向韌性的巨大變化,而且制造商所提供的韌性值也只是在他們所推薦的標(biāo)準(zhǔn)工況下才能達(dá)到的,這點(diǎn)應(yīng)該在安裝施工階段予以充分考慮,而且應(yīng)采取措施防止海上施工中聚酯纜因未經(jīng)調(diào)試而造成的壽命縮短現(xiàn)象的發(fā)生;必須考慮系泊系統(tǒng)安裝時(shí)正常情況允許的公差——這些公差在設(shè)計(jì)分析中被認(rèn)為是可接受的;應(yīng)該對(duì)所有組件在在役狀態(tài)下的參數(shù)有詳盡的了解,它對(duì)未來(lái)完整性的評(píng)估有至關(guān)重要的影響;在建造階段必須充分考慮避免以下情況的發(fā)生:在建造階段幾乎不可能測(cè)量很長(zhǎng)組件的長(zhǎng)度,組件的長(zhǎng)度問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜,尤其是當(dāng)錨鏈需要在極短的時(shí)間內(nèi)系泊于海床上時(shí),所以要在安裝前對(duì)錨鏈進(jìn)行全面的測(cè)量,如果已經(jīng)安裝好則要通過(guò)水下3D技術(shù)及漏磁技術(shù)對(duì)錨鏈重新進(jìn)行測(cè)量和建模計(jì)算;必須充分收集施工中的各種記錄,一般情況下在安裝過(guò)程中由于價(jià)格壓力,尤其是在施工計(jì)劃滯后的情況下,記錄各種施工的任務(wù)常常被擱置一邊,所有組件如果沒(méi)有全套資料,那么對(duì)于后續(xù)系泊完整性的決策有致命的影響,應(yīng)督促安裝工程承包商維持完整的記錄。

        1.3 運(yùn)維期間系泊系統(tǒng)需考慮的要點(diǎn)

        轉(zhuǎn)塔在設(shè)計(jì)時(shí)通常只考慮在有限的空間內(nèi)安裝所有必需的設(shè)備,很少考慮在后期運(yùn)維期間對(duì)設(shè)備的維修、維護(hù)以及日常巡檢難度,也很少考慮維修成本和停產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn);操作者應(yīng)注意設(shè)計(jì)分析報(bào)告的完整性,部件的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的完整性分析是否經(jīng)過(guò)船級(jí)社詳細(xì)、充分的認(rèn)證,且符合國(guó)家的法律法規(guī),船級(jí)社有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí),但并不會(huì)進(jìn)行單獨(dú)的系泊分析,作業(yè)者應(yīng)該意識(shí)到船級(jí)社確定船級(jí)的目的僅是為了滿(mǎn)足規(guī)范,以保證系泊系統(tǒng)保持良好狀態(tài),從而可順利通過(guò)下一次檢驗(yàn),而不會(huì)深度介入,協(xié)助我們處理問(wèn)題;在選擇系泊設(shè)備時(shí)應(yīng)盡早考慮項(xiàng)目的供貨周期,它可能會(huì)影響到未來(lái)船體的維護(hù)維修;通常疲勞壽命是我們關(guān)注的重點(diǎn),不同形式的部件具有不同的性能,例如聚酯纖維纜的疲勞壽命通常是普通鋼纜的50倍,一份研究報(bào)告指出,錨鏈的疲勞壽命會(huì)因5種以上的因素降低,因

        此應(yīng)進(jìn)行足夠多的載荷實(shí)驗(yàn),這對(duì)延長(zhǎng)系泊系統(tǒng)完整期限非常重要;必須注意改造后的檢測(cè)評(píng)估工作,對(duì)比改造對(duì)系泊系統(tǒng)造成的影響和產(chǎn)生的效果,否則不良的改造對(duì)系泊系統(tǒng)是致命的。對(duì)于廢棄前后的工作在本文中就不加贅述了。

        2 完整性分析在內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)中的運(yùn)用 (見(jiàn)圖2、 表1)

        圖2 內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)示意

        表1 完整性管理要點(diǎn)及其與故障的對(duì)應(yīng)關(guān)系 (待續(xù))

        續(xù)表1 完整性管理要點(diǎn)及其與故障的對(duì)應(yīng)關(guān)系

        從圖2、表1可以看出,內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題:強(qiáng)度、磨損、疲勞、腐蝕、碰撞、漂移,而以上問(wèn)題都對(duì)應(yīng)著各個(gè)階段的管理和技術(shù)的不到位。比如:強(qiáng)度問(wèn)題主要是由對(duì)安全因子考慮不周、海床抓力負(fù)荷計(jì)算不足、彎曲半徑不夠、固定方式不合適等因素引起的,而這些因素又對(duì)應(yīng)著設(shè)計(jì)階段未考慮系泊系統(tǒng)懸鏈所處位置是否為最差,腐蝕裕量考慮是否充分,螺栓強(qiáng)度是否合適;安裝階段螺栓固定方式是否正確,系泊環(huán)板平面是否彎曲,安裝彎曲度是否低于最小彎曲半徑;運(yùn)維階段是否檢查出裂紋、斷絲、偏移等早期問(wèn)題。表1是我們經(jīng)過(guò)摸索,對(duì)系泊系統(tǒng)在役階段的完整性管理要點(diǎn)及其與故障的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行梳理而得到的,可供管理者和操作者參考。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        總的來(lái)說(shuō),系泊系統(tǒng)的故障問(wèn)題就象一副多米諾骨牌,一旦一環(huán)被忽視,就會(huì)產(chǎn)生一系列后果。對(duì)于系泊系統(tǒng)的管理和研究是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程,只有本著科學(xué)系統(tǒng)認(rèn)真的態(tài)度才能避免事故的不斷發(fā)生。

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