蔡元桃,趙 磊,蘇 亮,董振宇,楊 利,郭繼兵
(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459)
在海洋石油開發(fā)領(lǐng)域,浮式生產(chǎn)儲卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading System簡稱FPSO)是一種常用的浮式工程設(shè)施,它兼有生產(chǎn)、儲油和卸油功能,設(shè)計復(fù)雜,技術(shù)含量高,是目前海洋工程船舶中的高技術(shù)產(chǎn)品[1]。
本文涉及FPSO于2004年7月建成并投入使用,其防腐系統(tǒng)設(shè)計壽命為15年,目前,已達(dá)其防腐系統(tǒng)壽命年限。2017年至今,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)7P污油艙與壓載水艙之間艙壁腐蝕穿孔、污油水泄漏到壓載艙、7P污油艙與6P原油艙之間艙壁垂向T型材變形、壓載艙犧牲陽極失效等腐蝕問題。艙壁腐蝕減薄和油水泄露等問題影響到了FPSO的船體結(jié)構(gòu)和安全運行,存在很大的環(huán)保及安全隱患。對此,2018年初已采取臨時修補的方式解決泄露問題,為進(jìn)一步消除隱患,2019年4月開展了對FPSO艙室的進(jìn)一步維修。
本次維修重點從以下方面開展:在位維修情況下,艙壁大面積挖補時如何保證船體結(jié)構(gòu)安全和外輸作業(yè)安全;在不停產(chǎn)情況下,艙室限制空間內(nèi)的動火作業(yè)如何保證安全、質(zhì)量和進(jìn)度。
維修涉及的FPSO主船體滿足挪威船級社(DNV)的相關(guān)規(guī)范要求,其設(shè)計圖紙由DNV審查認(rèn)可,并在DNV驗船師的監(jiān)督下進(jìn)行建造。本船的船體結(jié)構(gòu)材料主要采用DNV船級社認(rèn)可的普通強度結(jié)構(gòu)鋼,并按DNV鋼質(zhì)海船入級規(guī)范規(guī)定,根據(jù)船體的不同部位及受力狀況選用相應(yīng)的鋼級,即A,D,E級。在主甲板、雙層底及單點相關(guān)結(jié)構(gòu)等特殊區(qū)域采用了高強度鋼,即AH,DH,EH級。高強度鋼的比例約為 36%。船體為雙底雙殼,設(shè)有“L”型壓載水艙。主船體設(shè)一道中縱艙壁,對稱內(nèi)殼,10道水密橫艙壁,將主船體分割成如下艙室,見圖1。
圖1 FPSO主船體艙室分布圖
FPSO投產(chǎn)至今已經(jīng)連續(xù)作業(yè)15年,作業(yè)期間根據(jù)需要進(jìn)行了多次增加設(shè)備的改造工作,并根據(jù)船級社的要求,定期年檢和維修保養(yǎng),但仍發(fā)現(xiàn)了一些船體結(jié)構(gòu)問題亟待解決,以期降低FPSO運行中安全、環(huán)保和經(jīng)濟效益方面的隱患[2]。
泄漏的位置主要位于11810AB.B.L.-17690AB.B.L.之間(第一層平臺與第二層平臺之間的區(qū)域),詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)有4處漏點,集中于縱壁FR59~100 mm焊縫周圍,見圖2。通過對艙壁兩側(cè)檢查發(fā)現(xiàn)腐蝕都是發(fā)生在壓載艙側(cè),逐步腐蝕穿孔造成泄露,壓載艙內(nèi)介質(zhì)為海水。
圖2 艙壁泄露位置
2018年3月對7P壓載艙的測厚結(jié)果顯示7P SLOP艙與7P壓載艙之間的艙壁板及骨材腐蝕情況非常嚴(yán)重,多處連片嚴(yán)重腐蝕,而且部分腐蝕程度超出DNV規(guī)范[3]允許的20%~25%。除該艙壁外,7P壓載艙內(nèi)的水平層,橫艙壁和橫框架等位置也出現(xiàn)了局部腐蝕超過20%的情況,檢測結(jié)果見圖3。
圖3 艙壁腐蝕結(jié)構(gòu)圖
編號為5#~17# 的T型材變形較為明顯,最大一根的側(cè)向變形量為35 mm。變形區(qū)域為橫艙壁的幾何中心區(qū)域,垂向上介于11810 AB.B.L.-17690 AB.B.L.之間(第一層平臺和第二層平臺之間的區(qū)域)如圖4所示。
圖4 艙壁骨材變形區(qū)域與實物圖
綜上,鑒于7P SLOP艙與7P壓載艙存在的腐蝕泄漏隱患,作業(yè)公司按照DNV船級社的現(xiàn)場調(diào)研劃定的范圍并結(jié)合檢測結(jié)果,委托設(shè)計單位分析故障的根本原因,并依此制定維修設(shè)計方案,委托施工單位制定維修施工方案,完成艙壁維修工作。艙壁維修內(nèi)容包括:7P壓載艙的艙壁涂裝,7P壓載艙內(nèi)腐蝕艙壁板及加強筋板更換,犧牲陽極更換、貨油艙清洗等。
如果按照以往類似案例的維修方法,艙室維修至少需要三個月停產(chǎn)進(jìn)塢維修,會造成巨大的產(chǎn)量損失。為避免產(chǎn)量損失,作業(yè)公司委托專業(yè)公司對現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行評估和分析,并根據(jù)結(jié)果制定了FPSO在位維修方案,并且充分論證,通過了專家審查,F(xiàn)PSO艙室維修方案如下。
對艙室內(nèi)腐蝕超標(biāo)的艙壁板和加強筋進(jìn)行挖補換板,本次艙室修復(fù)工作根據(jù)占用艙室的數(shù)量不同分兩步開展,第一步施工主要修復(fù)遠(yuǎn)離62#橫艙壁的結(jié)構(gòu),需要占用7P Slop艙和7P壓載艙兩個艙室,第二步施工需要占用7P Slop艙、7P壓載艙、6P貨油艙和6P壓載艙共4個艙室,見圖5。其中第一步更換34塊壁板,第二步更換8塊壁板。
圖5 艙室結(jié)構(gòu)圖
對于涂裝損壞的區(qū)域做好表面處理以及底漆預(yù)涂工作,然后進(jìn)行重新涂裝,同時加強施工質(zhì)量控制,做好涂層檢測,選擇性能更好的油漆并根據(jù)情況增加漆膜厚度。
7P壓載艙中的106塊防腐鋅陽極全部更換為鋁陽極,7P SLOP艙內(nèi)104塊防腐鋅塊陽極更換。
在第一層平臺和第二層平臺之間的跨中增加2道水平骨材,在第二層平臺和第三層平臺之間的跨中增加1道水平骨材,3道加強筋,共計51小塊鋼板,見圖6。
圖6 62#橫艙壁結(jié)構(gòu)圖
本次施工難點主要體現(xiàn)在兩方面:在位維修情況下,需保證艙壁大面積挖補時船體結(jié)構(gòu)安全和外輸作業(yè)安全;在生產(chǎn)情況下,艙室限制空間內(nèi)動火作業(yè)需保證安全、質(zhì)量和進(jìn)度。
本次艙壁換板的面積達(dá)到了整個區(qū)域的30%,為確保維修期間腐蝕區(qū)域船體結(jié)構(gòu)安全,船體7左艙#58-#60肋位的剪切力不能超過±20,000 kN,為了滿足此要求,需將原油最大裝載能力降至85%以下。同時維修期間,6左貨油艙、7左slop艙、7左壓載艙、6左壓載艙,后部的這4個艙室需要全部空艙,這給FPSO穩(wěn)性控制,及外輸含水率的控制帶來了很大的難度。
開展在位維修期間,油田生產(chǎn)工作正常進(jìn)行,在主甲板一類危險區(qū)和艙室受限空間內(nèi)動火作業(yè)需要考慮多方面因素的影響;本次計劃作業(yè)時間超過七個月,多個艙室同時動火作業(yè),及作業(yè)期間物料的出海的調(diào)度問題,人員倒班問題都對此次實施作業(yè)進(jìn)度提出了挑戰(zhàn);施工焊接質(zhì)量問題,壁板修復(fù)后的檢查驗收、防腐涂裝工作同樣是本次施工中的重點和難點工作。
為確保修復(fù)前FPSO安全可靠,腐蝕區(qū)域的58#-60#肋位的靜水剪力需控制在20000KN范圍以內(nèi)才能保證船體結(jié)構(gòu)在當(dāng)前的腐蝕情況下不至于進(jìn)一步受損。同時還要控制其它地方的剪力、彎矩值在原設(shè)計許用范圍內(nèi)。因此7P艙室在完全維修前需要對本FPSO的裝載進(jìn)行限制,原油的最大裝載能力降至85%以下。
為了在維修過程中盡量減少艙室的占用,維修過程采用了分兩步階段性維修的方式,首先恢復(fù)6P貨油艙的使用,避免出現(xiàn)艙容不足而壓產(chǎn)。同時加強外輸作業(yè)的計劃準(zhǔn)確性,打破限載影響,在修復(fù)7P艙室的同時,保證船體結(jié)構(gòu)的安全控制,安全實現(xiàn)不影響生產(chǎn)的在線維修。同時為確保配載的準(zhǔn)確性,對壓載閥門密封性進(jìn)行了逐個檢查,對艙室液位計進(jìn)行了逐個校核,并邀請原配載儀廠家到現(xiàn)場進(jìn)行嚴(yán)密的論證,優(yōu)化調(diào)配載方案,滿足限載同時實現(xiàn)原油裝載最大化。
在日常施工作業(yè)中,一般普遍選用JSA法(風(fēng)險分析法)進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險的辨識和控制措施的制定[4]。但鑒于此次FPSO在位艙室維修項目的復(fù)雜性,為了更深入和直觀的辨識、評價危險源,并為制定安全目標(biāo)和管理方案提供依據(jù),特采用了分公司QHSE 體系推薦的另一種風(fēng)險分析方法-LEC法(作業(yè)條件危險性評價法)進(jìn)行分析。
作業(yè)條件的危險性大小,取決于三個因素:
L—發(fā)生事故的可能性大小;
E—人體暴露在這種危險環(huán)境中的頻繁程度;
C—一旦發(fā)生事故可能會造成的損失后果。
以三個分值的乘積D來評價作業(yè)條件危險性的大小。即:D=L×E×C,D值大,說明該系統(tǒng)危險性大,需要增加安全措施,減少發(fā)生事故的可能性,或者降低人體暴露的頻繁程度,或者減輕事故損失,直至調(diào)整到允許范圍。
由項目技術(shù)和安全管理人員組織好作業(yè)前(對全體施工人員)的技術(shù)/質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、施工程序、工藝、安全風(fēng)險和控制措施方面的交底工作;開工前做好各項防范措施準(zhǔn)備工作,包括人員防靜電勞動防護(hù)用品/設(shè)備、包括檢驗合格的安全設(shè)備的準(zhǔn)備/現(xiàn)場清理/隔離鎖定等;根據(jù)施工內(nèi)容和施工方案要求;確保所有上崗人員都熟悉應(yīng)急計劃的內(nèi)容,并知道自救、救生或逃生的知識、路線,在發(fā)生應(yīng)急狀態(tài)時聽從指揮,投入應(yīng)急行動。
安全管理人員和監(jiān)護(hù)人員作業(yè)過程中全天候全過程督促并監(jiān)督安全工作的實施,并做好各項安全工作記錄,監(jiān)護(hù)工作中嚴(yán)格執(zhí)行安全管理程序,及時制止違章行為,及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,并按規(guī)定進(jìn)行處理和報告;實施全員參與HSE管理制度,各專業(yè)管理人員、領(lǐng)隊/外輸助理都是現(xiàn)場HSE管理工作的主體。
定期組織項目承包商召開各類專題HSE會議,解決項目施工過程中出現(xiàn)的HSE問題,落實安全措施;定期組織項目現(xiàn)場人員組織學(xué)習(xí)作業(yè)公司下發(fā)的HSE學(xué)習(xí)文件,增強安全意識。及時上報項目施工過程中發(fā)現(xiàn)的安全隱患,在上報的同時,現(xiàn)場及時整改存在的安全隱患。
結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容特點,施工中對環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格把控,不要給周邊環(huán)境和人員形成干擾和威脅,同時避免周邊環(huán)境給己方的干擾和威脅;增加和加強管理內(nèi)容和力度,包括對環(huán)境污染、夏季施工中風(fēng)/溫度等影響、通訊聯(lián)絡(luò)手段準(zhǔn)備、危害氣體檢測等管理和監(jiān)護(hù)。
現(xiàn)場管理人員在每日作業(yè)收工時必須進(jìn)行現(xiàn)場檢查,保證做到物料整齊/規(guī)范/場地清,不留安全隱患;按規(guī)定做好各類HSE工作記錄,按規(guī)范進(jìn)行完工后結(jié)果評價、簽字做好存檔工作。
艙室限制空間動火作業(yè)屬于海上油田設(shè)施風(fēng)險級別最高的施工作業(yè),對于本項目的施工方案作業(yè)公司同樣按照最高級別進(jìn)行審核。方案對艙室內(nèi)的通風(fēng)照明要求、艙室內(nèi)氣體測量記錄、人員每日身體狀況及血壓檢查、艙室內(nèi)作息時間、艙室內(nèi)外通訊、應(yīng)急救援物資的準(zhǔn)備等都做了升級要求,避免發(fā)生限制空間作業(yè)的事故事件。根據(jù)各階段工作的不同特點,在項目實施過程中將根據(jù)項目進(jìn)度有針對性的開展應(yīng)急演習(xí),演習(xí)內(nèi)容如下:
搭設(shè)腳手架階段,開展腳手架坍塌應(yīng)急演練;
艙壁維修1期階段,開展艙室著火應(yīng)急演練;
7P壓載艙涂裝階段,開展油漆進(jìn)入眼部傷害演練;
艙壁維修2期階段,開展人員中暑應(yīng)急演練;
6P 貨油艙清艙階段,開展人員滑倒受傷應(yīng)急演練;
艙室檢驗階段,開展人員磕碰受傷應(yīng)急演練;
腳手架拆除階段,開展人員高處墜落受傷應(yīng)急演練。
圖7 應(yīng)急演練
作業(yè)公司維修改造項目作為QHSE部質(zhì)量監(jiān)管重點項目,為確保質(zhì)量監(jiān)督有據(jù)可查,材料質(zhì)量可靠,施工符合程序要求,檢驗符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、上級公司的質(zhì)量要求、作業(yè)公司管理制度,制定了《作業(yè)公司維修改造項目海上施工質(zhì)量管理要求(試行)》。
施工方全程配置專職質(zhì)量人員,作業(yè)公司同時也外聘專門的質(zhì)量監(jiān)督,全程參與項目的質(zhì)量管理工作。由專業(yè)質(zhì)量人員對項目施工質(zhì)量進(jìn)行跟蹤檢查。施工過程中的質(zhì)量管理按照審批后試驗檢驗計劃的要求執(zhí)行三級檢驗,即承包商施工人員自檢,承包商檢驗人員檢驗,和作業(yè)公司質(zhì)量監(jiān)督檢查?,F(xiàn)場施工質(zhì)量控制主要從以下幾個方面開展:
項目所有的物料出海前由承包商向生產(chǎn)作業(yè)部進(jìn)行報檢,生產(chǎn)作業(yè)部邀請QHSE部進(jìn)行現(xiàn)場檢查,報檢合格后承包商和作業(yè)公司對檢驗報告進(jìn)行簽字確認(rèn),簽字版檢驗報告再隨物料一起出海,物料抵達(dá)海上后由承包商向海上外輸監(jiān)督報檢,外輸監(jiān)督安排相關(guān)人員確認(rèn)物料和簽字版的檢驗報告。對材料漏檢現(xiàn)象以及不能提供產(chǎn)品合格證書的物料,海上停止接受和使用,并予以通報。
施工項目開工前由海上總監(jiān)牽頭組織技術(shù)交底會和開工前質(zhì)量檢查,檢查主要包括項目相關(guān)技術(shù)資料的完整性、材料外觀和檢驗報告以及材質(zhì)證書、設(shè)備合格證明文件、人員資質(zhì)證明文件(開工后對人員進(jìn)行實操能力考核)以及相關(guān)檢驗設(shè)備設(shè)施的配備情況。
開工后承包商每天召開班前會進(jìn)行技術(shù)交底和班后會進(jìn)行問題分析,會議由承包商主持,質(zhì)量監(jiān)督根據(jù)現(xiàn)場質(zhì)量問題的實際情況進(jìn)行見證并補充,班前會需明確施工各工序放行標(biāo)準(zhǔn)要求和注意事項并向所有施工人員進(jìn)行宣貫,班后會對每天發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行原因分析,有嚴(yán)重質(zhì)量問題、不按程序作業(yè)、質(zhì)量管理缺失的問題,由施工單位質(zhì)量負(fù)責(zé)人直接向海上外輸監(jiān)督、陸地項目負(fù)責(zé)人進(jìn)行解釋。同時應(yīng)定期組織質(zhì)量例會,對質(zhì)量管理的狀況、控制的不足點、問題項、整改情況等進(jìn)行匯報并形成會議記錄。
承包商每日根據(jù)工序檢查內(nèi)容提交自檢的過程文件、檢驗報告的電子版,要求所有過程文件與施工進(jìn)度同步,施工與日報內(nèi)容一致,施工完畢開展自檢,自檢完畢及時報檢(簽字版可以根據(jù)實際情況每周會簽),以上過程文件作為各工序的一次合格率統(tǒng)計數(shù)據(jù)的支持性文件隨日報每天發(fā)送。
承包商質(zhì)量人員應(yīng)根據(jù)每日施工內(nèi)容、質(zhì)量控制點、內(nèi)容及每日班前會的內(nèi)容提交質(zhì)量日報給質(zhì)量監(jiān)督,監(jiān)督將發(fā)現(xiàn)問題錄入質(zhì)量日報和質(zhì)量問題跟蹤表,海上外輸監(jiān)督負(fù)責(zé)質(zhì)量問題整改的跟蹤落實情況。質(zhì)量監(jiān)督每月出具質(zhì)量月報(反饋近期主要工作和質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)),上述文件每日主送海上總監(jiān)、外輸監(jiān)督和作業(yè)公司陸地主管以及施工領(lǐng)隊、施工質(zhì)量負(fù)責(zé)人。
海上外輸監(jiān)督根據(jù)現(xiàn)場人員動態(tài),組織開展對承包商人員和設(shè)備的不定期質(zhì)量檢查,各工序報檢期間,在承包商見證下對各工序進(jìn)行隨機抽檢。結(jié)構(gòu)焊接重要工序階段完工期間,在承包商見證下,由作業(yè)公司以適當(dāng)比例開展復(fù)檢的形式進(jìn)行驗收,并出具檢驗報告。
為確保項目完工文件的完整性和系統(tǒng)性,規(guī)范作業(yè)公司維修改造項目完工文件的管理,按照作業(yè)公司體系文件質(zhì)量完工文件規(guī)定,對完工文件進(jìn)行收集和歸檔,同時按照完工文件基本目錄及編碼要求進(jìn)行編碼分類。為后期工作開展提供文件支持。
本項目具有規(guī)模大、流程復(fù)雜、周期長、參與施工人員多等特點,因而影響工程進(jìn)度的因素很多。這些因素可歸納為人的因素、材料因素、技術(shù)因素、氣象因素以及其它難以預(yù)料的因素。事先對影響進(jìn)度的各種因素進(jìn)行全面調(diào)查研究,預(yù)測、評估這些因素對工程進(jìn)度產(chǎn)生的影響,并編制可行的進(jìn)度計劃。然后在施工過程中,運用動態(tài)控制原理,不斷進(jìn)行檢查,將實際情況與進(jìn)度計劃進(jìn)行對比,找出計劃產(chǎn)生偏差的原因,找出主要原因后,采取糾偏措施。在本次施工作業(yè)過程中,作業(yè)公司通過建立溝通渠道,完善例會制度,建立三級進(jìn)度管理體系,保證了施工作業(yè)順利進(jìn)行。
①建立施工方和平臺方相互通告進(jìn)度管理體系架構(gòu),建立艙室維修進(jìn)度管理跟蹤表,定期更新施工進(jìn)度。
②作業(yè)方和施工方海陸之間分別建立縱向、橫向聯(lián)系。雙方單位各級負(fù)責(zé)人、施工人員、執(zhí)行人員之間,對施工作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)、反饋、建議等工作交流,保證施工中遇到的各種問題能夠及時溝通,及時解決,確保施工按計劃進(jìn)行。
①根據(jù)艙室修復(fù)工作進(jìn)度定期安排召開每周協(xié)調(diào)會,就施工物料、人員安排、施工工藝,施工質(zhì)量等問題進(jìn)行溝通,將實際工作情況與進(jìn)度計劃進(jìn)行對比,找出施工產(chǎn)生偏差的原因,及時糾偏。
②施工過程中,發(fā)現(xiàn)方案外有腐蝕嚴(yán)重的部位,我們也及時通過溝通,對方案外的腐蝕尾部也進(jìn)行了更換或修復(fù)。
第一級計劃為編制總控制進(jìn)度計劃,本次艙室維修于2019年4月初開始海上施工,詳細(xì)計劃見表1。
表1 FPSO艙室維修項目計劃
第二級計劃階段性工期計劃,為保證一級計劃的有效落實,有針對性地對艙室壁板更換工作做出計劃安排如下:壁板更換分為兩期進(jìn)行,第一期,05月11日開始,08月07日全部安全保質(zhì)完成,見表2;第二期,07月31日開始,11月11日全部完成。
表2 7P艙室維修壁板更換進(jìn)度表(一期)
第三級計劃即周計劃,將前兩級計劃進(jìn)一步細(xì)化到日常的施工安排中,見圖8。具備很強的針對性、操作性、及時性和可控性,是現(xiàn)場開展施工最基本的操作性計劃,周計劃包括人力安排,物料周計劃,施工周計劃等。
圖8 FPSO艙室維修項目人力計劃
此次施工合理計劃,過程控制嚴(yán)格,現(xiàn)場進(jìn)度把控高效,加上對施工的全過程及時檢查,對比,分析,及時發(fā)現(xiàn)實施中的偏差,并采取有效措施,調(diào)整工程建設(shè)施工進(jìn)度計劃,排除干擾,最終保證了本次施工作業(yè)的如期完成。
目前FPSO不停產(chǎn)維修艙室項目進(jìn)展順利,所有艙室內(nèi)動火作業(yè)施工已全部完成,并經(jīng)過第三方檢驗合格。本次FPSO在位艙室維修工作,實屬國內(nèi)首次,對其他油田處理的類似船舶腐蝕問題具有借鑒意義。本著不忘我為祖國獻(xiàn)石油的初心,敢于擔(dān)當(dāng),勇于作為,敢于亮劍,面對困難敢于迎難而上,實現(xiàn)了不停產(chǎn)、不壓產(chǎn)在位艙室維修。