楊 樹，周 雷

（海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451）

0 引言

目前中海油國內資產(chǎn)范圍內的海上固定平臺和浮式生產(chǎn)設施，如FPSO等，雖然劃歸不同的作業(yè)公司管理，但從多年前已開始對設備設施進行完整性管理，并在近年來不斷提高考核要求。從資產(chǎn)完整性管理從概念引入到落實具體要求，中海油管理部門已出版多項完整性管理體系文件，指導設備設施全壽命周期完整性管理實踐操作[1]。同時，隨著中海油海外資產(chǎn)的開發(fā)運營，在國際項目運行中得到的知識擴展和經(jīng)驗積累，常規(guī)的機電儀類設備可應用的完整性管理技術手段不斷擴展提升，如基于風險的檢測（RBI）、以可靠性為中心的維修（RCM）、可靠性/可用性/可維修性分析（RAM）、安全完整性等級（SIL）和合于使用評估（FFS）等。

其中針對工藝系統(tǒng)中靜設備，如壓力容器、常壓容器、壓力管道等，也逐步引入基于風險的檢測（RBI）理論和技術，開展RBI評估業(yè)務。

1 需求分析

傳統(tǒng)靜設備的檢測方法，多為依據(jù)壓力容器標準規(guī)范、企業(yè)內部規(guī)范手冊等，在實際操作中，表現(xiàn)為廣而全、全面覆蓋、工作量和投入費用高的明顯特點[2]。

而隨著國際上針對靜設備風險評估和檢測方法論的興起和逐步成熟，如適用陸上靜設備RBI檢測的API581/API582等，和適用海上靜設備RBI檢測的DNVGL-RP-G101/G103等，都有在實際項目中的應用，取得了良好效果[3-4]。

同時，不同于陸上工業(yè)環(huán)境，海上固定平臺和浮式生產(chǎn)設施在役階段，受到海洋氣候、海面波浪流沖擊振動等影響，針對靜設備的各類損傷因素會更加復雜和嚴重，比如[5]：

1）工藝方面包括工藝流程的改變，流體類型、流體性質的變化，流量、操作參數(shù)（如溫度、壓力等）的調整。

2）腐蝕引起的壁厚減薄，如外腐蝕，內部腐蝕。外部腐蝕例如外部大氣環(huán)境腐蝕、外部應力腐蝕等，內部腐蝕如CO2內腐蝕、水腐蝕、酸性腐蝕、微生物腐蝕、電偶腐蝕等。一般主要考慮外腐蝕和內腐蝕因素。

3）外界環(huán)境的變化，包括海洋環(huán)境、保溫破損導致的積水等。

4）周期性的振動產(chǎn)生的疲勞應力產(chǎn)生管線發(fā)生斷裂的風險。

所以，避免人員主觀判斷制定的檢測計劃的不合理，采用全定量分析的RBI評估技術，更加適用于海洋石油這類資產(chǎn)規(guī)模大、要求故障率極低、失效后果嚴重的類型，進一步達到設備設施運行生產(chǎn)本質安全的目標。

2 RBI評估技術介紹和作用

基于風險的檢測（RBI）技術是一種追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟性統(tǒng)一的理念與方法，它是在對系統(tǒng)中固有的或潛在的危險發(fā)生的可能性與后果進行科學分析的基礎上，找出薄弱環(huán)節(jié)，以確保設備本質安全和減少檢維修費用為目標，優(yōu)化檢驗策略的一種管理方式。RBI方法論的具體流程見圖1。

進行RBI工作的主要意義體現(xiàn)在以下幾方面：

1）確保設備本質安全。

2）提供優(yōu)化的檢驗策略。

（1）識別可能的潛在高風險設備。

（2）采用針對性的檢驗技術來進行檢驗。

3）降低檢驗費用。

（1）根據(jù)不同設備的危險程度來確定檢驗周期。

（2）檢驗費用重點投入于中高風險設備。

4）延長設備安全運行時間。

5）提高管理水平，通過識別風險性質、判定風險高低，來制定有針對性的管理策略，從而控制風險。

圖1 RBI方法論流程圖

2.1 RBI篩選分析

篩選分析在系統(tǒng)級別上進行定性分析，以確定哪些系統(tǒng)應在詳細評估或維護中予以解決和檢驗指導。篩選分析過程分離了高風險系統(tǒng)，其檢查活動與設備相關，低風險系統(tǒng)其檢查沒有什么價值，具有重大風險的系統(tǒng)須經(jīng)詳細評估。通過篩選重點減少系統(tǒng)數(shù)量數(shù)據(jù)收集，篩選分析定性地考慮了失效的概率（PoF）并確定每個系統(tǒng)的故障后果（CoF）。PoF評估區(qū)分為內部、外部、疲勞和其他4種。考慮了內部和外部多種腐蝕機理，如腐蝕、應力腐蝕開裂等多種腐蝕機理。每個系統(tǒng)被分配了高PoF或低PoF用于劃分4個可能性分類中的1種。構成的篩選分析矩陣見圖2。CoF評估涉及人員安全，經(jīng)濟（生產(chǎn)損失或延遲和資產(chǎn)損失）和環(huán)境境影響。每個系統(tǒng)被分配了高CoF或低CoF用于劃分3個后果分類中的1種。

圖2 篩選分析矩陣

系統(tǒng)分類如下：

1）詳細分析。具有高PoF和高CoF的系統(tǒng)，在篩選過程中未被確定為“低風險”的設備，其風險的發(fā)展可以通過檢查控制。檢查計劃提供所有設備部件詳細評估的每種損壞機制的檢查方法和檢查日期。

2）預防性的維護。具有低PoF和高CoF的系統(tǒng)，任何需要預防性維護的設備都具有低PoF，且預期會發(fā)生故障，但必須避免故障。近距離的目視檢查用于檢查易發(fā)生的故障，并確認假設的持續(xù)有效性，如良好的外部涂層的狀況。應進行日常維護以保持低故障概率。

3）糾正性維護。具有高PoF和低CoF的系統(tǒng)，此類別中的任何設備都具有高PoF，并且預期會發(fā)生故障，但故障的發(fā)生對安全，生產(chǎn)和環(huán)境沒有顯著影響。在故障時更換或修理認為更有效，故障分析可以在故障時進行。然而，反復故障可能給其操作者造成不便。如果是這樣，那么建議尋求替代解決方案，例如設計變化，使用更好的材料或緩蝕技術。

4）最低監(jiān)控。具有低PoF和低CoF的系統(tǒng)，如果預期不會發(fā)生故障，或者故障沒有重要的影響，則任何設備在組塊檢查中接受通用目視檢查（GVI），以確認所有RBI假設仍然有效。

2.2 RBI詳細評估

詳細評估針對的是在篩選分析中被標為高風險的設備零件。計算失效概率和失效后果，風詳細評估通過以下步驟操作：1）準備一個合適的數(shù)據(jù)庫；2）識別主要的腐蝕機理；3）計算設備各部件的失效概率。

失效可能性的計算基于部件的腐蝕機理。失效可能性取決于部件抵抗載荷的能力、不確定性和失效機理。失效機理一般包括外部腐蝕例如外部大氣環(huán)境腐蝕、外部應力腐蝕等，內部腐蝕如CO2內腐蝕、水腐蝕、酸性腐蝕、微生物腐蝕、電偶腐蝕等。

失效模型描述了發(fā)生在部件上的損傷。這些模型的分類見圖3。

圖3 失效模型示意圖

失效模型可以分為以下3類：

1）速度模型（rate model）。損傷隨著時間積攢。這種損傷機理可以通過檢測發(fā)現(xiàn)，因為，相對低損傷速率通常允許在失效之前進行數(shù)次檢測。

2）敏感性模型（susceptibility）。損傷在持續(xù)未知的一段時間后，收到外部事件激發(fā)，迅速發(fā)生。這種損傷機理不能通過檢測發(fā)現(xiàn)，通常推薦進行關鍵控制指標的代替監(jiān)測。

3）無關緊要的模型（insignificant）。這部分部件不存在明顯腐蝕機理。

（1）計算設備各部件的失效后果

失效后果是假設失效發(fā)生時，對失效結局進行評估。失效后果被定義為對操作者具有重要意義的所有后果，包括安全、經(jīng)濟和環(huán)境。每一項應根據(jù)泄漏導致火災或爆炸，和不燃燒泄漏的情形分別進行評估。失效后果分級標準應根據(jù)失效后果類型分別制定。安全后果應按照潛在人員死亡數(shù)進行描述。經(jīng)濟后果應按照財務計算結果，利用合適貨幣單位進行描述。環(huán)境后果可以按照排入環(huán)境的污染物的質量或體積，或清理這些污染物的費用，包括賠償金和罰款，進行描述。環(huán)境后果通常并入經(jīng)濟后果。

（2）概率和后果數(shù)結合起來計算風險并根據(jù)據(jù)風險結果排列等級

風險（RISK）=失效可能性（PoF）×失效后果（CoF）

如圖4，可得出風險矩陣及PoF和CoF設定值范圍。

圖4 5×5階風險矩陣及PoF和CoF設定值

2.3 RBI檢驗計劃

G101規(guī)定檢驗時間的確定以承壓設備處于風險可接受水平為前提，選擇檢驗時間時，應考慮包括裝置未來1個或幾個維修周期，并根據(jù)以下情況調整：

1）在計劃檢驗時間之前的某一時間點，風險達到風險可接受水平，見圖5[5]。在這種情況下，推薦的檢驗時間是風險達到風險可接受水平的日期，檢驗次數(shù)和檢驗有效性應保證計劃檢驗時間的風險不超過風險可接受水平。

圖5 檢驗時間的確定，計劃檢驗時間之前的某一時間點風險達到風險可接受水平

2）執(zhí)行風險評估時的風險已超過風險可接受水平，見圖6[5]。這種情況下，應立即實施檢驗，檢驗次數(shù)和檢驗有效性應保證驗計劃時間的風險不超過風險可接受水平。

圖6 檢驗時間的確定，執(zhí)行風險評估時的風險已超過風險可接受水平

3）檢驗計劃時間的風險仍不超過風險可接受水平，見圖7[5]。這種情況下，可以將原定檢驗時間調整至風險達到風險可接受水平的日期。

按照失效形式選擇有效的檢測方法，不同檢測方法檢驗有效性見表1。

圖7 檢驗時間的確定，檢驗計劃時間的風險仍不超過風險可接受水平

RBI檢驗策略的制定是以控制設備風險可接受為目標，重點關注潛在的損傷機理、腐蝕或劣化速率以及風險變化的趨勢。如果原料、工藝、材質發(fā)生改變，導致?lián)p傷機理、劣化速率等發(fā)生變化，則應重新評估風險，并根據(jù)風險調整檢驗策略，改變檢驗時間，調整檢驗部位、檢驗方法和有效性等。

表1 不同檢測方法檢驗有效性

3 方法論的完善補充

針對海上固定平臺和浮式生產(chǎn)設施工藝系統(tǒng)靜設備主要參考 DNV GL-RP-G101和 DNV GL-RP-G103等，此標準由挪威船級社DNV GL編寫發(fā)布，也是目前海洋石油行業(yè)主流RBI方法論，其內容主要包括，RBI概念介紹、流程說明、以腐蝕為主的損傷類型和對應的腐蝕速率模型等，但內容多為概述介紹和流程要求，只能滿足指導要求，針對中海油海上資產(chǎn)和技術單位特點適用性方面，還需要繼續(xù)深入分析研究，完善補充。

RBI全定量分析，是不同于常規(guī)半定量分析（失效概率PoF為定量計算，而失效后果CoF為給定值無計算）。需要將兩項內容全部徹底的定量計算，得到準確可信的結果。因此，在實際項目中，針對如下4個方面進行了補充完善。

3.1 失效概率（PoF）類別判斷/數(shù)據(jù)來源

采用不同于常規(guī)根據(jù)經(jīng)驗判斷損傷類別和提出腐蝕速率值的主觀方法，提出如下2項措施：

1）搜集梳理生產(chǎn)階段物流化驗報告數(shù)據(jù)，根據(jù)物流組分，選擇損傷（腐蝕）類別；如缺少物流化驗報告，可要求在RBI分析前補充。

2）根據(jù)物流組份檢測值，通過防腐專業(yè)軟件定量得到腐蝕速率計算值，如含有 H2S、CO2等還需對比選取最大值考慮。

3.2 失效后果（CoF）定量計算

搜集梳理安全/總體/工藝專業(yè)設計信息，采用定量風險計算（QRA）計算方法，得到人員/生產(chǎn)/環(huán)境等各類損失的計算數(shù)據(jù)。

3.3 靜設備完工資料、檢測數(shù)據(jù)搜集整理

1）RBI分析所需的輸入靜設備制造參數(shù)，應是存檔的設備完工資料內容，不應使用設計招標文件和審圖過程文件，會造成計算誤差。針對在役多年文件存檔缺失的情況，可參考使用投產(chǎn)后最近年份的壁厚測量數(shù)據(jù)，如測量年份較長，也不應使用。

2）梳理投產(chǎn)后歷年設備檢測數(shù)據(jù)，要梳理出同一編號設備不同年份、不同部位測量數(shù)值的表格。

3）與靜設備初始基線數(shù)據(jù)相比較，剔除不合理數(shù)據(jù)，并通過算法，得到壁厚減薄年平均值，即為通過壁厚檢測得出的測量腐蝕速率。

3.4 腐蝕速率定量計算

以現(xiàn)場實際檢測數(shù)據(jù)為主，仿真計算值為輔，工藝計算手段作為支撐的復合型選取原則。由于在設備全壽命生產(chǎn)周期內工藝數(shù)據(jù)復雜多變（以溫度壓力為例，處于時刻波動當中），又限于現(xiàn)場的記錄條件等多種因素的影響，實際檢測和記錄的數(shù)據(jù)配以仿真計算值是較為科學的選取原則，部分工藝數(shù)據(jù)則也需要通過模擬計算來使得數(shù)據(jù)更加的精確，也可印證和確保仿真計算值的選取是符合現(xiàn)場邏輯的。

現(xiàn)場檢測、實測數(shù)據(jù)包括但不限于逐年配產(chǎn)、原油性質及天然氣組分化驗報告、生產(chǎn)日報、巡檢表、公用輔助系統(tǒng)使用及放空報告、歷年改造數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)的篩選一般是根據(jù)靜設備RBI分析的需要，選取實測值中的極值。

仿真計算值的來源為工藝流程圖（PFD）和工藝管道儀表圖（P&ID）、其他原詳細設計成果文件和后期改造成果文件也作為專家值的重要來源。仿真計算值通常選取設備各項參數(shù)的極高、極低值，平臺正常操作條件下可以涵蓋住設備全壽命周期內的各項工況。

對于流速、假組分含量及性質、CO2分壓等沒有或沒做現(xiàn)場實測的工藝數(shù)據(jù)，使用軟件（HYSYS）和公式進行模擬計算。

損傷速率即腐蝕速率，描述的是設備及管線腐蝕的趨勢也是RBI分析不可缺少的數(shù)據(jù)。腐蝕速率2種評定方法如下。

1）按照優(yōu)先采用根據(jù)檢測實測數(shù)據(jù)的原則，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，按以下方式確定腐蝕速率：

（1）定點測厚

如果采用定點測厚的方式，選擇的測量位置具有代表性的，按照式(1)確定腐蝕速率。

（2）非定點測厚

如果未采用定點測厚的方式，則按照式(2)確定腐蝕速率。

2）在沒有檢測實測數(shù)據(jù)的情況下，RBI分析方法還可以通過仿真計算得出設備和管線在各種腐蝕工況下的腐蝕速率。

在實際項目中，部分測量壁厚比原始設計壁厚數(shù)值更大，據(jù)此分析，在設備制造完工時壁厚存在正偏差，或制造期間板材壁厚選擇更高等級，因此在設計年限內發(fā)生的腐蝕量比實際與設計的壁厚差值更小，故出現(xiàn)上表所示壁厚未減薄現(xiàn)象，但該情況并不能反應出設備未發(fā)生腐蝕。因此，檢測數(shù)據(jù)不足以支持設備RBI數(shù)據(jù)的完整性，需要結合計算的方法通過歷年檢測數(shù)據(jù)推測最大年腐蝕速率。

某項目生產(chǎn)分離器V-102收集數(shù)據(jù)如表2所示。

仿真計算值選取原則：

根據(jù)某設備的收集數(shù)據(jù)，從全設計周期內的數(shù)據(jù)選取滿足輸入條件的年份數(shù)據(jù)進行腐蝕軟件計算（見圖8），其中腐蝕計算結果最高值，作為該設備的仿真計算值。

3.5 后續(xù)檢驗策略

根據(jù)RBI詳細分析分析結果，將高風險靜設備檢驗計劃和檢驗要求匯總，應明具體時間、部位、NDT種類和預防性檢驗要求等，見表3。

4 結論

1）海上固定平臺和浮式生產(chǎn)設施工藝系統(tǒng)靜設備基于風險的檢測（RBI）理論和技術正在逐步應用和發(fā)展，在中海油在役設備設施完整性管理應用中初見成效，尤其在合作油田中已將RBI分析結果作為評估周期內的檢驗實施計劃，替代了常規(guī)標準規(guī)范中通用要求，實現(xiàn)了風險量化、檢測有序、PDCA循環(huán)管理的目標。

表2 V-102收集數(shù)據(jù)（取年平均日產(chǎn)值）

圖8 生產(chǎn)分離器V-102仿真計算截圖

表3 RBI詳細分析結果

2）本文中RBI方法論的完善補充，如失效概率（PoF）類別判斷/數(shù)據(jù)來源、失效后果（CoF）定量計算、靜設備完工資料/檢測數(shù)據(jù)搜集整理、腐蝕速率定量計算、后續(xù)檢驗策略，針對中海油資產(chǎn)特點和專業(yè)公司技術能力，有效推動了RBI全定量分析技術水平的發(fā)展，提升了海上固定平臺和浮式生產(chǎn)設施靜設備完整性管理水平。

3）下一步還需要大力推動海上固定平臺和浮式生產(chǎn)設施靜設備全壽命周期完整性管理，在建造/采辦階段開展做好基礎數(shù)據(jù)梳理導入，便于在役階段采用全定量分析的RBI評估技術實現(xiàn)中海油海上資產(chǎn)設備設施運行生產(chǎn)本質安全的目標。