何 杉， 徐俊輝， 李少華， 龐樹民， 陳明華， 李 進

(1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設工程分公司，天津300452；2.中海石油技術檢測有限公司，天津 300452)

海洋石油平臺延長使用期的動設備評估技術

何 杉1， 徐俊輝1， 李少華1， 龐樹民2， 陳明華1， 李 進1

(1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設工程分公司，天津300452；2.中海石油技術檢測有限公司，天津 300452)

隨著海洋石油事業(yè)的飛速發(fā)展，一些海洋石油平臺已接近或達到設計使用年限，平臺生產不可或缺的一些老舊動設備依然在使用，這些動設備對海上油氣田的生產和安全仍然發(fā)揮著至關重要的作用，目前還沒有成熟的針對海洋石油平臺延長使用期的動設備評估技術。該文提出通過監(jiān)測診斷和RCM分析相結合的綜合分析和評估技術，根據在用動設備的不同技術狀態(tài)給出不同評估結論和建議，保證海上平臺延長使用期的動設備安全平穩(wěn)運行，而且節(jié)約成本。

動設備；延長使用期；監(jiān)測診斷；RCM分析

0 引言

隨著海洋石油事業(yè)的飛速發(fā)展，一些海洋石油平臺接近或達到設計使用年限，平臺生產不可或缺的一些老舊動設備依然在用，如果按照設計期限進行報廢更新，需要很大投入，增加生產成本。適當延長動設備使用期限，盡最大限度發(fā)揮動設備對海上油氣田的生產和安全起到的重要作用，更好地體現(xiàn)動設備的使用價值。目前，還沒有成熟的針對海洋石油平臺延長使用期的動設備評估技術，因此，研究海洋石油平臺在延長使用期的條件下，保證在用動設備能夠安全平穩(wěn)的運行具有重要意義。該文根據海洋石油平臺動設備的特點，提出通過數(shù)據收集了解設備以前的運行狀態(tài)、發(fā)展趨勢等，通過狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷來評價設備的當前狀態(tài)，并與RCM分析等多種手段相結合，對設備可靠性進行綜合分析和評估，制定海洋石油平臺在滿足安全平穩(wěn)運行的條件下，在用動設備繼續(xù)運行、維修、保養(yǎng)、更換、改造或重新設計等不同的方案和策略。

1 動設備分析和評估總體技術

圖1 動設備分析評估技術流程圖

海洋石油平臺的動設備主要有燃氣透平發(fā)電機組、天然氣壓縮機、空氣壓縮機、外輸泵、注水泵、注水增壓泵、生產水泵、熱介質循環(huán)泵、開排泵、閉排泵、中央空調、各種風機和吊機等設備。這些設備大都有電機驅動，大部分都是旋轉機械，只有天然氣壓縮是往復機械。燃氣透平發(fā)電機組、天然氣壓縮機、注水泵、吊機等設備使用潤滑油較多，潤滑油對設備起著重要的作用和影響。

動設備分析和評估總體技術包括現(xiàn)場調研和數(shù)據收集、設備監(jiān)測診斷和可靠性評估三部分(如圖1所示)。

1.1 現(xiàn)場調研和數(shù)據收集

現(xiàn)場調研和數(shù)據收集主要是了解平臺所有動設備的基本情況以及歷史背景，以便針對設備狀態(tài),為可靠性分析和評估提供數(shù)據支持。

主要收集設備的以下數(shù)據：設備基本信息，如設備位置、設備的類型、設備冗余度、工作模式、技術參數(shù)等；設備的現(xiàn)場使用數(shù)據，如現(xiàn)場運行數(shù)據、運行時間、工況數(shù)據以及現(xiàn)場檢查和保養(yǎng)數(shù)據等相關記錄；設備的監(jiān)測數(shù)據，設備的狀態(tài)和發(fā)展變化；設備的故障數(shù)據，如設備的故障開始時間、故障的發(fā)展變化、故障部位、故障模式、故障原因、故障率、故障影響(安全影響、環(huán)境影響、經濟影響、維修成本等)、生產中斷時間、P-F間隔期(潛在故障發(fā)展到功能故障的時間)、故障的監(jiān)測方法等；設備的維修數(shù)據，如維修設備、工具、備件、工種、工時和成本等。

1.2 動設備監(jiān)測和診斷

動設備監(jiān)測和診斷技術通過采集設備的振動、溫度、潤滑油等數(shù)據，通過頻譜分析、紅外熱成像分析、潤滑油磨損顆粒分析等手段，分析設備的目前狀態(tài)，設備故障，故障的嚴重程度，如何維修[1]。同時結合設備的生產日期、設備狀態(tài)發(fā)展變化趨勢、設備的故障數(shù)據、維修數(shù)據和故障率等基本信息和歷史數(shù)據，綜合分析設備延長使用期的可能性和延長使用期需要滿足的條件。

1.3 動設備可靠性分析和評估

動設備可靠性評估采用以可靠性為中心的維修策略分析方法，對平臺的所有動設備在收集數(shù)據的基礎上進行關鍵性分析和篩選，篩選出故障率高，對安全、環(huán)境、生產影響大，并且維修成本高的關鍵性設備，然后對篩選出的關鍵性設備按照失效模式及其影響分析、失效原因分析、邏輯決斷分析和維修策略整理等步驟制定出預防性維修，來保證動設備的可靠性。

2 動設備監(jiān)測和診斷

2.1 動設備監(jiān)測診斷方案和流程

動設備的監(jiān)測和診斷方案和流程如圖2所示，首先根據不同設備和故障特點，分別采用振動監(jiān)測、往復機械專項監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、熱成像監(jiān)測和電機靜態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測設備的不同故障，再結合設備的狀態(tài)發(fā)展變化趨勢、故障維修情況等歷史數(shù)據進行綜合分析，最后給出是繼續(xù)運行、還是進行維修保養(yǎng)或更換、或者是進行結構改造或重新選型，才能滿足延長使用期時安全、平穩(wěn)運行的需要。

2.2 動設備監(jiān)測診斷技術

不同的設備有不同的故障，不同的故障有不同的特征和表現(xiàn)形式，針對不同的設備和故障采用有針對性的監(jiān)測和診斷技術，才能保障設備的故障能被有效的監(jiān)測到。根據平臺設備和故障特點，目前常用的監(jiān)測手段主要有旋轉機械振動監(jiān)測(簡稱振動監(jiān)測)、往復機械監(jiān)測、潤滑油監(jiān)測、紅外熱成像監(jiān)測和電機靜態(tài)監(jiān)測。

2.2.1 振動監(jiān)測

振動監(jiān)測是平臺傳統(tǒng)的監(jiān)測項目，也是平臺動設備一直采用的監(jiān)測手段。這種監(jiān)測對旋轉機械的不平衡、不對中、松動、軸彎曲、轉子碰磨、油膜渦動、氣蝕、軸承故障和齒輪故障等旋轉機械故障比較有效。燃氣透平發(fā)電機組、注水泵和外輸泵等離心泵、空壓機、吊機等旋轉機械均采用振動監(jiān)測技術。

目前的振動監(jiān)測有離線監(jiān)測和在線監(jiān)測兩種形式，平臺上一些關鍵動設備安裝了在線監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測系統(tǒng)實時記錄了設備的運行狀態(tài)，為設備狀態(tài)分析和評估提供了有利條件，對于安裝在線的動設備，可以充分利用在線監(jiān)測數(shù)據進行分析(如圖2所示)。

圖2 動設備監(jiān)測診斷綜合分析

2.2.2 往復機械監(jiān)測

平臺上有天然氣壓縮機和發(fā)動機兩種往復式機械，對于這兩種設備如果采用傳統(tǒng)的旋轉機械監(jiān)測手段，雖然可以監(jiān)測振動發(fā)展變化趨勢，但是當往復機出現(xiàn)氣閥泄漏、閥片斷裂、活塞環(huán)和支撐環(huán)磨損、氣缸磨損、活塞桿斷裂、拉缸、撞缸、大小頭瓦磨損、填料磨損等故障時，就不能進行有效地監(jiān)測。因此，天然氣壓縮機和發(fā)動機等采用這種往復機械監(jiān)測技術。

2.2.3 潤滑油監(jiān)測

任何機械設備都是由若干零部件組合而成的，在機械設備運轉過程中，運動零部件會按規(guī)定的接觸表面作相對運動，有接觸表面的相對運動就有摩擦，就會消耗能量并造成零部件的磨損，從而產生磨粒和磨屑。通過潤滑油監(jiān)測和分析就會發(fā)現(xiàn)設備是否磨損、磨損的嚴重程度以及潤滑油是否乳化變質等，這對于動設備的分析和評估是十分重要的。因此，對于燃氣透平發(fā)電機組、天然氣壓縮機、空壓機、注水泵和吊機等潤滑油對設備影響比較大的設備，需進行潤滑油監(jiān)測和分析。

2.3 設備歷史數(shù)據整理

不但要收集設備的數(shù)據而且要整理好這些數(shù)據。設備數(shù)據整理包括基本信息的整理、設備狀態(tài)的整理、設備故障數(shù)據的整理、設備維修數(shù)據的整理、設備保養(yǎng)數(shù)據的整理等。通過整理統(tǒng)計設備的狀態(tài)發(fā)展變化趨勢，找出設備的故障類型、故障率，從而判斷設備處于生命周期的階段，設備故障的原因和影響等，整理出這些數(shù)據為設備的綜合分析和評估做準備。

2.4 設備監(jiān)測診斷綜合分析

根據設備不同的故障和嚴重程度，結合設備以前使用時出現(xiàn)的故障等歷史數(shù)據，對設備的狀態(tài)進行綜合分析和評估。對于運行歷史和目前狀況都比較良好的設備，可以繼續(xù)運行。對于監(jiān)測到存在故障的設備通過補充或更換潤滑油等可以解決的進行保養(yǎng)，對于磨損的軸承和齒輪等需要更換的進行更換，對于需要做對中、動平衡的進行維修。對于高故障率的設備經常出現(xiàn)的問題進行根本原因分析，比如撬塊基礎強度不足的對撬塊進行改造，增加支撐強度，對于選型不當造成的設備進行重新設計或選型。

3 動設備可靠性分析和評估

動設備的可靠性分析和評估采用以可靠性為中心的維修即RCM技術。

RCM的分析過程主要有關鍵性分析、失效模式及其影響分析、失效原因分析、邏輯決斷分析、綜合形成維修策略[2-3]。

3.1 關鍵性分析

關鍵性分析包括兩個層次，第一個層次是設備的關鍵性篩選，通過對平臺所有動設備進行關鍵性篩選，篩選出關鍵性中和高的動設備；第二個層次是對篩選出的中高關鍵性的設備的部件再進行關鍵性篩選，篩選出關鍵性中和高的關鍵性部件。

3.2 失效模式及其影響分析

通過關鍵性篩選后非關鍵性部件不需要進行后面的分析了，但是對于關鍵性部件需要進行失效模式及其影響分析。失效模式的影響是指某一種具體的失效模式在該設備的某一具體部件上發(fā)生的頻率以及該失效模式發(fā)生后對安全、環(huán)境、經濟和維修成本等方面的影響程度。

3.3 失效原因分析

每一種失效模式的背后都隱含著各種失效原因，只有找到失效原因才能從根本上避免失效的發(fā)生。

失效原因的描述直接影響維修策略的選擇，在進行失效原因的描述時遵循以下原則：(1)失效原因的描述至少由“一個名詞+一個動詞”組成；(2)動詞要描述清楚具體的原因；(3)失效原因的層次不可太高也不可太低，將失效原因描述到足以能夠選擇相應的維修策略即可；(4)失效原因的分析應當分析到維護人員有能力解決的層面，而并非一味的追求根本原因。

3.4 邏輯決斷分析

邏輯決斷分析是RCM分析的核心。RCM邏輯決斷分析的流程始于決斷圖的頂部，通過對問題回答“是”或“否”確定分析流程的方向。通過對重要功能產品的每一個失效原因進行邏輯決斷分析，尋找出相應的有效的維修策略、維修工作內容、所需要的工種和維修間隔期等。

通過邏輯決斷分析，可以找到對應于某一失效模式下的某一失效原因的維修策略和相應的維修工作內容及其所需要的工種和間隔期。

4 總結

通過數(shù)據收集和整理了解設備歷史情況和發(fā)展變化趨勢，通過監(jiān)測和診斷技術分析設備目前的狀態(tài)，通過RCM分析評估設備的可靠性，最后對動設備綜合分析和評估，給出不同的維修策略和建議。運用這種綜合分析和評估技術，可以確保海洋石油平臺在用動設備安全平穩(wěn)運行。

[1] 楊國安.機械設備故障診斷實用技術[M].北京：中國石化出版社，2007：88-137.

[2] 何杉，張少鋒，陳明華．基于RCM的海洋采油設備維修策略研究[J]．設備管理與維修，2010(11)：11-13．

[3] 賈希勝．以可靠性為中心的維修決策模型[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2007：1-39．

The Evaluation Technology for Rotating Equipments of OffshoreOil Platforms Extending Used Life

HE Shan1, XU Jun-hui1, LI Shao-hua1, PANG Shu-min2,CHEN Ming-hua1, LI Jin1

(1.CNOOC Energy Technology & Services-oilfield Construction Engineering Co, Tianjin 300452， China;2.CNOOC Inspection Technology Co. Ltd, Tianjin 300452， China)

With the rapid development of offshore oil industry, some offshore oil platforms have got close to or achieved the design life. Some of the old rotating equipments being indispensable to platforms producing are still in use. The rotating equipments play a vital role in the safety and production of the offshore oil and gas fields. But at present, there is not mature evaluation technology for rotating equipments of offshore platforms extending used life. The comprehensive analysis and evaluation technique combining monitoring and diagnosis and RCM analysis is proposed in this paper, giving different evaluation conclusions and recommendations according to the different status of rotating equipments. This method not only ensures safe and stable operation for the rotating equipments of offshore platforms extending used life, but also saves costs.

rotating equipments; extend used life; monitoring and diagnosis; RCM analysis

2013-07-15

何 杉(1980-)，男，工程師。

1001-4500(2014)03-0027-04

TH17，TE952

A