陳宇海* 童遠(yuǎn)濤 郭明樂 楊 陽 魏 偉 孫睿璇

（1.中海石油（中國）有限公司海南分公司 2.中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司 3.中海華洋（天津）企業(yè)管理服務(wù)有限公司）

0 引言

緊固件是海上油氣開發(fā)設(shè)備設(shè)施中常用的機(jī)械連接部件，其可靠性與平臺、系統(tǒng)或設(shè)備的安全性直接關(guān)聯(lián)，更會影響整個平臺的安全生產(chǎn)，一直受到設(shè)計者和作業(yè)者的高度重視與關(guān)注[1]。

近年來，某氣田平臺緊固件曾發(fā)生多起失效事故，造成了較嚴(yán)重的后果。經(jīng)統(tǒng)計，其失效形式大多為斷裂：一方面受到腐蝕環(huán)境的影響，在海洋大氣環(huán)境中，腐蝕介質(zhì)與緊固件接觸，當(dāng)局部腐蝕加劇時，在拉應(yīng)力的作用下，微裂紋迅速擴(kuò)展，直至整體發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂；另一方面由于工藝系統(tǒng)振動工況的作用，在法蘭連接處緊固件的螺紋根部等應(yīng)力集中部位首先萌生疲勞裂紋，在交變載荷的影響下，疲勞裂紋逐漸擴(kuò)展，直至發(fā)生緊固件整體開裂失效。經(jīng)失效分析研究后發(fā)現(xiàn)，緊固件存在諸如材質(zhì)質(zhì)量問題[2]、腐蝕性環(huán)境作用[2]、振動載荷超標(biāo)[3]等多種造成早期失效的影響因素?；谏鲜鰡栴}，亟需針對緊固件的風(fēng)險管控，制定一套有效的完整性管理策略。

本文對該氣田平臺的緊固件完整性管理提出了針對性的系統(tǒng)方針策略，從而對海上油氣田生產(chǎn)設(shè)施上的緊固件實施動態(tài)、連續(xù)的風(fēng)險管理；及時識別并發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)施中存在的緊固件高風(fēng)險部位，預(yù)防因緊固件失效導(dǎo)致的油氣泄漏事故，進(jìn)而提高安全管理水平，保證海上油氣田的生產(chǎn)安全，同時為后續(xù)類似平臺上緊固件的風(fēng)險管控提供技術(shù)管理參考。

1 緊固件完整性管理的特點(diǎn)與原則

緊固件的完整性管理定義為：企業(yè)根據(jù)認(rèn)識到的緊固件風(fēng)險及時做出控制和處理，以保證緊固件結(jié)構(gòu)、性能完備，服役安全可控而開展的系統(tǒng)化管理工作。具體來說，即經(jīng)過對緊固件產(chǎn)品的選型設(shè)計和驗收質(zhì)量檢驗工作的嚴(yán)格把關(guān)，運(yùn)用專業(yè)風(fēng)險辨識方法對平臺上服役的緊固件存在的相關(guān)風(fēng)險和故障加以鑒別，并通過日常保養(yǎng)、定期檢測、數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計分析等措施，確定風(fēng)險等級，并制定具有針對性的管理措施，從而使緊固件服役過程始終處于可控制范圍以內(nèi)。通過在線檢測、失效分析等手段，對緊固件信息實施長期監(jiān)測，并以此為基礎(chǔ)形成數(shù)據(jù)庫臺賬，通過對數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行安全性評估、風(fēng)險分析，從而實現(xiàn)不斷改進(jìn)、預(yù)防故障、減少事故、安全運(yùn)行的目的。

緊固件完整性管理策略具備特點(diǎn)如下：

（1）過程標(biāo)準(zhǔn)化

緊固件的完整性管理標(biāo)準(zhǔn)要反映出緊固件在該氣田平臺上的完整服役流程，涵蓋平臺上所有工藝管線設(shè)備所用緊固件，作用于緊固件的全部壽命期限和過程。

（2）貫徹風(fēng)險觀

緊固件的安全管理是以風(fēng)險評估為基礎(chǔ)的，并在風(fēng)險分析與評估結(jié)果的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化管理措施。

（3）管理系統(tǒng)化

緊固件的完整性管理策略既是面向于基礎(chǔ)零部件，又是對整個平臺體系實現(xiàn)的規(guī)范化管理，在管理策略制訂時要能體現(xiàn)出各設(shè)備間的相互影響與相互作用，從而建立統(tǒng)一的管理體系。

緊固件完整性管理策略的原則包括以下幾點(diǎn)：

（1）將緊固件完整性管理的理念和方法運(yùn)用到整個平臺上緊固件系統(tǒng)化的選型、驗收、安裝、儲存、檢測與運(yùn)維的各階段；

（2）根據(jù)海上平臺多種作業(yè)區(qū)域處緊固件的服役環(huán)境，日常巡檢與在役風(fēng)險排查；

（3）建立管理機(jī)構(gòu)，制定管理程序，采取必要措施實施緊固件完整性管理；

（4）全面收集緊固件完整性信息，并進(jìn)行系統(tǒng)和綜合分析；

（5）保證管理流程不斷循環(huán),不斷更新；

（6）進(jìn)一步探索前沿技術(shù)方法，將適用性較好的運(yùn)用到海上平臺緊固件的管理之中。

2 緊固件完整性管理流程

近年來，國內(nèi)外一些能源公司相繼提出了基于“風(fēng)險管理”的 “五步循環(huán)”完整性管理理念。實施以“風(fēng)險控制”為核心內(nèi)容的設(shè)備設(shè)施管理策略，利用數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險評價、完整性評價、風(fēng)險消減與維修維護(hù)以及效能評價等五步管理工作循環(huán)，進(jìn)行裝置設(shè)施的完整性管理工作[4-6]。

基于上述管理理念，結(jié)合海上平臺服役緊固件產(chǎn)品的實際情況，建立系統(tǒng)的適用于緊固件的管理流程模式，如圖1 所示。管理工作主要按照五個階段環(huán)節(jié)循環(huán)展開。因此，以此為基礎(chǔ)開展后續(xù)海上氣田平臺上緊固件完整性管理策略研究。

圖1 緊固件完整性管理流程圖

（1）數(shù)據(jù)采集與分析階段

該階段需對低強(qiáng)度緊固件適用范圍、高溫/高壓/臨氫關(guān)鍵部位等不同規(guī)格、種類、服役工況條件要求緊固件的設(shè)計和選型，按照相應(yīng)的適用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定，進(jìn)行分類整理；緊固件必需配備產(chǎn)品質(zhì)量證明文件，具體內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包含產(chǎn)品名稱(包含品種、類別)、規(guī)格、尺寸、數(shù)量、材質(zhì)牌號及檢測、實驗結(jié)論、國際標(biāo)準(zhǔn)編碼、批號(或產(chǎn)品出廠時間)、質(zhì)量檢驗機(jī)構(gòu)的標(biāo)志等信息，驗收合格的緊固件應(yīng)登記注冊，同時要對緊固件全套驗收資料進(jìn)行整合、存儲與分析。

（2）風(fēng)險評價與防范階段

該階段要對平臺上已出現(xiàn)過的緊固件失效案例進(jìn)行歸納總結(jié)，通過風(fēng)險評估收集和記錄各類失效因素，由此形成風(fēng)險指數(shù)，根據(jù)結(jié)果確定哪些緊固件必須優(yōu)先考慮，哪些失效情況必須重點(diǎn)防預(yù)。

此外，緊固件的安裝與拆卸工作應(yīng)嚴(yán)格按照專業(yè)操作規(guī)程與作業(yè)指導(dǎo)書的規(guī)范要求來進(jìn)行：安裝前與拆卸后均要仔細(xì)檢查法蘭、螺栓、螺母及墊片的質(zhì)量和接口處等安裝情況，有無偏口、錯口、張口、錯孔等缺陷；對于易燃、易爆介質(zhì)的壓力容器和管道，換裝時應(yīng)使用安全工具，避免因工具與螺栓相碰產(chǎn)生火花，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故；法蘭螺栓緊固安裝與拆卸應(yīng)由手動扳手緊固逐步向使用定力矩專業(yè)緊固工具方式過渡。通過上述詳細(xì)過程控制，實現(xiàn)風(fēng)險措施的全面控制與防范評價。

（3）在役風(fēng)險檢測評價階段

在緊固件技術(shù)與現(xiàn)場管理等各個環(huán)節(jié)所給予的技術(shù)類評判環(huán)節(jié)，主要包括：日常巡檢工作、周期性檢測的項目、性能監(jiān)測與故障診斷、安全性評估和檢測完整性評價應(yīng)用等。

其中，日常巡檢范圍包括但不限于各系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施、管系法蘭緊固件；目視檢查緊固件防腐層有無破損、脫落現(xiàn)象；本體有無銹蝕現(xiàn)象，尤其要關(guān)注法蘭之間空隙處部位的腐蝕情況；檢查基礎(chǔ)是否牢固，連接部位的螺栓有無松動，尤其要關(guān)注高振動管系的緊固件情況。

主要針對緊固件損傷程度、扭矩參數(shù)定期開展緊固件的在役風(fēng)險排查檢測工作。按照法律法規(guī)、公司制度體系要求委托專業(yè)的第三方檢測機(jī)構(gòu)選取適合的無損檢測技術(shù)進(jìn)行緊固件的在役風(fēng)險排查；緊固件在役風(fēng)險排查時間和覆蓋工作范圍應(yīng)依據(jù)各生產(chǎn)單元緊固件、風(fēng)險管理計劃來確定。

（4）維護(hù)保養(yǎng)與風(fēng)險消減階段

根據(jù)在上述工作中對緊固件開展的若干評估項目和成果，開展各類風(fēng)險的針對性“消減”工程，主要包括緊固件日常維護(hù)保養(yǎng)、失效問題治理與儲存防護(hù)等。

緊固件應(yīng)進(jìn)行日常例行防腐維護(hù)保養(yǎng)，按計劃對腐蝕問題進(jìn)行整改治理。主要內(nèi)容包含但不限于保持防腐層完好，確保各種連接部位螺栓緊固、無松動。緊固件防腐涂層老化、脫落等缺失防腐性能，造成本體外部銹蝕的，應(yīng)進(jìn)行防腐涂裝治理；對于腐蝕嚴(yán)重不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的，應(yīng)進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)或更換。第三方檢驗或檢查發(fā)現(xiàn)的其他腐蝕問題，均應(yīng)維修治理。

緊固件相關(guān)的儲存防護(hù)也需引起重視。法蘭、墊片、螺栓均應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)做好標(biāo)識，包括標(biāo)準(zhǔn)號、材質(zhì)、等級/型式、規(guī)格、公稱尺寸/壓力、制造單位等。墊片要避免日光直射、雨淋及潮濕環(huán)境，遠(yuǎn)離冷熱源以防老化；勿施壓，應(yīng)平整放置，保持密封件自然松弛，不施外力致其改變物理形狀和或使上下密封端面受傷。

（5）效能評價階段

效能評價的目的是針對實施的緊固件管理策略的結(jié)果給出系統(tǒng)化、科學(xué)化評價，形成評定結(jié)論并將結(jié)果反饋到以上四個階段，以管理臺賬的形式建立并得到應(yīng)用，最終搭建海上平臺緊固件完整性管理的閉環(huán)模式。

值得注意的是，應(yīng)從采購安裝階段就開始進(jìn)行數(shù)據(jù)信息管理工作，包括緊固件規(guī)格、材質(zhì)信息、強(qiáng)度等級、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)單位等；后續(xù)服役后增加安裝位置、服役時間、檢測信息、維修更換信息、失效信息等，便于追溯管理，同時也為前端采購提供的產(chǎn)品性能檢驗提供可靠性支持。表1—表3 為某氣田平臺緊固件管理臺賬模版，其中包括緊固件生產(chǎn)基礎(chǔ)信息、采購檢驗信息和現(xiàn)場使用維護(hù)信息等內(nèi)容。

表1 緊固件的生產(chǎn)基礎(chǔ)信息

表2 緊固件的采購檢驗信息

表3 緊固件的現(xiàn)場使用維護(hù)信息

3 結(jié)語

隨著海油工業(yè)日益發(fā)展，壓力容器和工藝管線數(shù)量日益增加，其可靠性和安全性也需要滿足越來越高的要求，緊固件是其中最常用的機(jī)械連接部件，也是確保連接密封性和安全性的關(guān)鍵部件。緊固件完整性管理工作，是為減少失效事件的發(fā)生和事故造成的后果所實施的持續(xù)評估和減少風(fēng)險的管理過程，是指對各種影響緊固件完整性的因素實施綜合的、統(tǒng)一的管理工作，這是動態(tài)、持續(xù)的管理過程。在某氣田平臺上對緊固件完整性管理策略進(jìn)行研究，不但涉及到完整性管理的關(guān)鍵技術(shù)問題，更是海上平臺及設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)化管理水平的一次飛躍。做好緊固件完整性管理策略，保證其在未來海上平臺的服役過程中，能夠充分發(fā)揮作用，具有重要的意義和深遠(yuǎn)的影響。