海洋石油平臺延長使用期的動設(shè)備評估技術(shù)

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(shè)工程分公司，天津300452；2.中海石油技術(shù)檢測有限公司，天津 300452)

海洋石油平臺延長使用期的動設(shè)備評估技術(shù)

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(shè)工程分公司，天津300452；2.中海石油技術(shù)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(shè)計使用年限，平臺生產(chǎn)不可或缺的一些老舊動設(shè)備依然在使用，這些動設(shè)備對海上油氣田的生產(chǎn)和安全仍然發(fā)揮著至關(guān)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(shè)備評估技術(shù)。該文提出通過監(jiān)測診斷和RCM分析相結(jié)合的綜合分析和評估技術(shù)，根據(jù)在用動設(shè)備的不同技術(shù)狀態(tài)給出不同評估結(jié)論和建議，保證海上平臺延長使用期的動設(shè)備安全平穩(wěn)運行，而且節(jié)約成本。

動設(shè)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(shè)計使用年限，平臺生產(chǎn)不可或缺的一些老舊動設(shè)備依然在用，如果按照設(shè)計期限進行報廢更新，需要很大投入，增加生產(chǎn)成本。適當延長動設(shè)備使用期限，盡最大限度發(fā)揮動設(shè)備對海上油氣田的生產(chǎn)和安全起到的重要作用，更好地體現(xiàn)動設(shè)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(shè)備評估技術(shù)，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(shè)備能夠安全平穩(wěn)的運行具有重要意義。該文根據(jù)海洋石油平臺動設(shè)備的特點，提出通過數(shù)據(jù)收集了解設(shè)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(shè)備的當前狀態(tài)，并與RCM分析等多種手段相結(jié)合，對設(shè)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(shè)備繼續(xù)運行、維修、保養(yǎng)、更換、改造或重新設(shè)計等不同的方案和策略。

1 動設(shè)備分析和評估總體技術(shù)

圖1 動設(shè)備分析評估技術(shù)流程圖

海洋石油平臺的動設(shè)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(chǎn)水泵、熱介質(zhì)循環(huán)泵、開排泵、閉排泵、中央空調(diào)、各種風(fēng)機和吊機等設(shè)備。這些設(shè)備大都有電機驅(qū)動，大部分都是旋轉(zhuǎn)機械，只有天然氣壓縮是往復(fù)機械。燃氣透平發(fā)電機組、天然氣壓縮機、注水泵、吊機等設(shè)備使用潤滑油較多，潤滑油對設(shè)備起著重要的作用和影響。

動設(shè)備分析和評估總體技術(shù)包括現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)據(jù)收集、設(shè)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(diào)研和數(shù)據(jù)收集

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

主要收集設(shè)備的以下數(shù)據(jù)：設(shè)備基本信息，如設(shè)備位置、設(shè)備的類型、設(shè)備冗余度、工作模式、技術(shù)參數(shù)等；設(shè)備的現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)，如現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)、運行時間、工況數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場檢查和保養(yǎng)數(shù)據(jù)等相關(guān)記錄；設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)備的狀態(tài)和發(fā)展變化；設(shè)備的故障數(shù)據(jù)，如設(shè)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(jīng)濟影響、維修成本等)、生產(chǎn)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(shè)備的維修數(shù)據(jù)，如維修設(shè)備、工具、備件、工種、工時和成本等。

1.2 動設(shè)備監(jiān)測和診斷

動設(shè)備監(jiān)測和診斷技術(shù)通過采集設(shè)備的振動、溫度、潤滑油等數(shù)據(jù)，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(shè)備的目前狀態(tài)，設(shè)備故障，故障的嚴重程度，如何維修[1]。同時結(jié)合設(shè)備的生產(chǎn)日期、設(shè)備狀態(tài)發(fā)展變化趨勢、設(shè)備的故障數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)和故障率等基本信息和歷史數(shù)據(jù)，綜合分析設(shè)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(shè)備可靠性分析和評估

動設(shè)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(shè)備在收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行關(guān)鍵性分析和篩選，篩選出故障率高，對安全、環(huán)境、生產(chǎn)影響大，并且維修成本高的關(guān)鍵性設(shè)備，然后對篩選出的關(guān)鍵性設(shè)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(yù)防性維修，來保證動設(shè)備的可靠性。

2 動設(shè)備監(jiān)測和診斷

2.1 動設(shè)備監(jiān)測診斷方案和流程

動設(shè)備的監(jiān)測和診斷方案和流程如圖2所示，首先根據(jù)不同設(shè)備和故障特點，分別采用振動監(jiān)測、往復(fù)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(shè)備的不同故障，再結(jié)合設(shè)備的狀態(tài)發(fā)展變化趨勢、故障維修情況等歷史數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)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(shè)備監(jiān)測診斷技術(shù)

不同的設(shè)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(shè)備和故障采用有針對性的監(jiān)測和診斷技術(shù)，才能保障設(shè)備的故障能被有效的監(jiān)測到。根據(jù)平臺設(shè)備和故障特點，目前常用的監(jiān)測手段主要有旋轉(zhuǎn)機械振動監(jiān)測(簡稱振動監(jiān)測)、往復(fù)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(shè)備一直采用的監(jiān)測手段。這種監(jiān)測對旋轉(zhuǎn)機械的不平衡、不對中、松動、軸彎曲、轉(zhuǎn)子碰磨、油膜渦動、氣蝕、軸承故障和齒輪故障等旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)機械均采用振動監(jiān)測技術(shù)。

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(guān)鍵動設(shè)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(shè)備的運行狀態(tài)，為設(shè)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(shè)備，可以充分利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析(如圖2所示)。

圖2 動設(shè)備監(jiān)測診斷綜合分析

2.2.2 往復(fù)機械監(jiān)測

平臺上有天然氣壓縮機和發(fā)動機兩種往復(fù)式機械，對于這兩種設(shè)備如果采用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)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(fù)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(fù)機械監(jiān)測技術(shù)。

2.2.3 潤滑油監(jiān)測

任何機械設(shè)備都是由若干零部件組合而成的，在機械設(shè)備運轉(zhuǎn)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(chǎn)生磨粒和磨屑。通過潤滑油監(jiān)測和分析就會發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否磨損、磨損的嚴重程度以及潤滑油是否乳化變質(zhì)等，這對于動設(shè)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(shè)備影響比較大的設(shè)備，需進行潤滑油監(jiān)測和分析。

2.3 設(shè)備歷史數(shù)據(jù)整理

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

2.4 設(shè)備監(jiān)測診斷綜合分析

根據(jù)設(shè)備不同的故障和嚴重程度，結(jié)合設(shè)備以前使用時出現(xiàn)的故障等歷史數(shù)據(jù)，對設(shè)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(shè)備，可以繼續(xù)運行。對于監(jiān)測到存在故障的設(shè)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(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)的問題進行根本原因分析，比如撬塊基礎(chǔ)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(shè)備進行重新設(shè)計或選型。

3 動設(shè)備可靠性分析和評估

動設(shè)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(shù)。

RCM的分析過程主要有關(guān)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(guān)鍵性分析

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

3.2 失效模式及其影響分析

通過關(guān)鍵性篩選后非關(guān)鍵性部件不需要進行后面的分析了，但是對于關(guān)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(shè)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(jīng)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(yīng)的維修策略即可；(4)失效原因的分析應(yīng)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(chǎn)品的每一個失效原因進行邏輯決斷分析，尋找出相應(yīng)的有效的維修策略、維修工作內(nèi)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(yīng)于某一失效模式下的某一失效原因的維修策略和相應(yīng)的維修工作內(nèi)容及其所需要的工種和間隔期。

4 總結(jié)

通過數(shù)據(jù)收集和整理了解設(shè)備歷史情況和發(fā)展變化趨勢，通過監(jiān)測和診斷技術(shù)分析設(shè)備目前的狀態(tài)，通過RCM分析評估設(shè)備的可靠性，最后對動設(shè)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(shù)，可以確保海洋石油平臺在用動設(shè)備安全平穩(wěn)運行。

[1] 楊國安.機械設(shè)備故障診斷實用技術(shù)[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(shè)備維修策略研究[J]．設(shè)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