退役平臺(tái)舊設(shè)備、設(shè)施評(píng)估及處置流程

牛勇12岳學(xué)12王釬宇12陶杰13宋長(zhǎng)智

(1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300461； 2.海工國(guó)際工程有限責(zé)任公司， 天津 300461； 3.海洋石油工程股份有限公司 海洋工程技術(shù)服務(wù)分公司， 天津 300461； 4.必維船級(jí)社(中國(guó))有限公司, 上海 200011)

0 引 言

海上油氣開采發(fā)展了幾十年，越來(lái)越多的海上平臺(tái)服役達(dá)到或超出設(shè)計(jì)壽命，近年來(lái)退役平臺(tái)愈來(lái)愈多[1]。根據(jù)麥肯錫公司2017年的分析，亞太地區(qū)未來(lái)十年預(yù)計(jì)將有380個(gè)海上油田停止運(yùn)營(yíng)，800多座平臺(tái)面臨拆除，其中中國(guó)、馬來(lái)西亞、泰國(guó)等面臨退役的平臺(tái)是最多的。目前，退役平臺(tái)的拆除技術(shù)相對(duì)成熟，但是關(guān)于拆解下來(lái)的舊設(shè)備、設(shè)施的評(píng)估及處理方式，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范尚屬空白，相關(guān)研究也相對(duì)較少。本文根據(jù)某實(shí)際拆除平臺(tái)的料單、設(shè)備清單等資料，結(jié)合國(guó)外相關(guān)規(guī)范、資料以及拆解場(chǎng)地處理工廠的相關(guān)流程，對(duì)海上退役平臺(tái)舊設(shè)備、設(shè)施評(píng)估方法及處置流程進(jìn)行研究，希望對(duì)海上退役平臺(tái)舊設(shè)施、設(shè)備的后處理提供一定參考。

1 退役平臺(tái)舊設(shè)備、設(shè)施分類

退役平臺(tái)的后處理主要關(guān)注的是減小對(duì)環(huán)境的影響以及保持經(jīng)濟(jì)性。平臺(tái)退役的主要成本是海上平臺(tái)及相關(guān)舊設(shè)備、設(shè)施的海上拆除、運(yùn)輸以及清洗等費(fèi)用。針對(duì)拆解下來(lái)的舊設(shè)備、設(shè)施采用合理、科學(xué)的處理方式，可保證其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，使業(yè)主盡可能地降低平臺(tái)退役的總費(fèi)用[2-3]。針對(duì)不同的廢舊設(shè)備、設(shè)施，首先需分類，然后提出不同的后處理方式。根據(jù)某拆除平臺(tái)的料單和設(shè)備清單，歸納如下：結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、管道設(shè)備、暖通設(shè)備、儀表設(shè)備、安全設(shè)備、有害工藝設(shè)備等。詳細(xì)分類如表1所示。

表1 退役平臺(tái)舊設(shè)施、設(shè)備分類表

2 舊設(shè)備、設(shè)施評(píng)估方法及評(píng)估流程

對(duì)于不同種類的舊設(shè)備、設(shè)施，需采用不同的處理方式，可歸納為：重新使用、循環(huán)使用、回收、處理或填埋[4]。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)先考慮重新使用，同時(shí)為保證舊設(shè)備、設(shè)施的可重復(fù)使用，需滿足完整性和適用性[5-6]評(píng)估要求。

設(shè)備在使用一段時(shí)間后，可能會(huì)發(fā)生腐蝕、磨損或其他損壞，并可能影響設(shè)備的完整性，尤其是退役平臺(tái)的舊設(shè)備、設(shè)施。對(duì)舊設(shè)備、設(shè)施的現(xiàn)狀進(jìn)行判斷、評(píng)估的最常見方法是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)(NonDestructive Examination， NDE)。該技術(shù)用于評(píng)估設(shè)施的完整性時(shí)，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成任何損壞。主要的檢測(cè)方法有：目視檢查試驗(yàn)、超聲波測(cè)試、磁粉探傷、液體滲透測(cè)試、水壓試驗(yàn)/壓力測(cè)試等。在NDE方法不能保證設(shè)備完整性的情況下，需選取樣本進(jìn)行破壞檢驗(yàn)(Destructive Examination， DE)來(lái)確定現(xiàn)有的材料強(qiáng)度。DE方法比NDE測(cè)試更可靠，但需破壞檢驗(yàn)對(duì)象，一般不建議使用。

在獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行適用性評(píng)估計(jì)算，主要包括：應(yīng)力分析、屈曲分析、斷裂力學(xué)分析、疲勞分析等，以及根據(jù)剩余壽命理論推算的剩余壽命。針對(duì)不同設(shè)備和缺陷形式應(yīng)選取不同的剩余壽命理論[7-9]，對(duì)于壓力容器及管道：低周期疲勞裂紋擴(kuò)展的壽命評(píng)估主要根據(jù)Mason-Coffin(曼森-柯芬)方程，尋找應(yīng)變與壽命之間的關(guān)系；含缺陷壓力管道主要用Paris公式找出缺陷尺寸與壽命的關(guān)系；高溫管道主要確定管道的使用溫度與壽命之間的關(guān)系；腐蝕管道壽命研究的是腐蝕速率問題，對(duì)于一些不確定因素應(yīng)采用灰色壽命預(yù)測(cè)方法。對(duì)于重新使用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，疲勞壽命L應(yīng)遵循式(1)[10]：

L=SF1L1+SF2L2

(1)

式中：L1為初始服務(wù)年限；L2為在新位置計(jì)劃服役年限；SF1、SF2為安全因數(shù)。

安全因數(shù)SF1和SF2應(yīng)考慮故障臨界值的較高值。其中，SF1如果滿足規(guī)范的最低檢驗(yàn)要求則取2.0，如果管節(jié)點(diǎn)采用本規(guī)范的檢驗(yàn)要求，使用100%NDE檢測(cè)，并對(duì)有缺陷的部位進(jìn)行修復(fù)，則SF1依據(jù)理性經(jīng)驗(yàn)取值范圍為0～2.0，SF2取2.0。

在適用性評(píng)估后結(jié)合一定的經(jīng)濟(jì)性分析，做下一步?jīng)Q策，如直接重新使用、維修翻新、回收等。舊設(shè)備、設(shè)施的整體評(píng)估流程如圖1所示。在通過該評(píng)估流程后，可重復(fù)使用的舊設(shè)備、設(shè)施須通過翻新、修理或更換來(lái)完成。如果未通過評(píng)估，則應(yīng)考慮其他回收方式。可重新使用的不同種類的舊設(shè)備、設(shè)施檢測(cè)及評(píng)估方法總結(jié)如表2所示。

圖1 舊設(shè)備、設(shè)施的整體評(píng)估流程

順序結(jié)構(gòu)靜態(tài)設(shè)備 鉆井及電器、儀表等其他設(shè)備 檢驗(yàn)方式 目視檢測(cè)腐蝕;超聲、射線檢測(cè)確定剩余厚度;破壞試驗(yàn)確定材料強(qiáng)度 目視檢測(cè)磨損/撕裂及腐蝕;超聲、射線檢測(cè)確定罐壁剩余厚度;對(duì)于最大允許工作壓力、泄漏試驗(yàn)的水/氣壓力試驗(yàn) 目視檢測(cè)磨損/撕裂、腐蝕和退化;水泵、發(fā)電機(jī)等性能試驗(yàn);針對(duì)閥門泄漏試驗(yàn)的水/氣壓力試驗(yàn)預(yù)期結(jié)果 結(jié)構(gòu)承載能力、疲勞壽命 基于一定腐蝕速度的剩余壽命;根據(jù)壁厚確定最大允許工作壓力 當(dāng)前的設(shè)備狀態(tài);設(shè)備最大輸送能力技術(shù)評(píng)估過程 復(fù)核結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有承載能力以及對(duì)比原結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載能力;復(fù)核材料應(yīng)對(duì)預(yù)期外部因素的能力;估算剩余疲勞壽命 復(fù)核剩余壽命以及對(duì)比原設(shè)計(jì)壽命;復(fù)核現(xiàn)有狀態(tài)的最大允許工作壓力以及對(duì)比設(shè)計(jì)壓力;復(fù)核在設(shè)計(jì)流量、壓力和溫度下的設(shè)備能力;復(fù)核材料對(duì)設(shè)計(jì)流體和雜質(zhì)的抵抗能力 根據(jù)原始設(shè)計(jì)的流量、壓力和溫度復(fù)核現(xiàn)在的設(shè)備能力;復(fù)核材料對(duì)設(shè)計(jì)流體和雜質(zhì)的抵抗能力維修、翻新和更換方法替換腐蝕結(jié)構(gòu) 腐蝕罐壁的磨砂打磨;更換腐蝕管線;修理或更換設(shè)備內(nèi)部的進(jìn)氣裝置、葉片等 更換泵的轉(zhuǎn)子、閥門的閥座和密封件、壓縮機(jī)的氣缸驅(qū)動(dòng)等

3 處置方式、方法

通過以上評(píng)估方法，確定舊設(shè)備、設(shè)施是否可以重新使用，如果不可以則進(jìn)入處置流程[11-12]。首先對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行清洗、沖洗，對(duì)于含有害物質(zhì)的舊設(shè)備、設(shè)施應(yīng)采用相應(yīng)的化學(xué)、物理方法清洗。其次在清洗后進(jìn)行拆解，拆解后的廢舊設(shè)備、設(shè)施的主要處置方式、方法如下：

(1) 循環(huán)利用。無(wú)污染的鋼材應(yīng)報(bào)廢處理，切割成塊并冶煉回收。管道、導(dǎo)管、套管和其他類型管線內(nèi)部的鋼制管，可增加回收鋼材的數(shù)量。對(duì)于附著在平臺(tái)導(dǎo)管架上的海洋生物，海洋生物堆肥是比較好的處理方法，有助于廢物轉(zhuǎn)化為肥料。油性廢物可能會(huì)進(jìn)入燃料混合計(jì)劃，以取代通常需要的燃料。

(2) 回收。經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的廢物應(yīng)考慮回收，比如液態(tài)汞，管線、機(jī)電和電氣接線中的銅等。

(3) 處理及負(fù)責(zé)任地填埋。對(duì)拆解過程中排出的廢氣，通過擴(kuò)口系統(tǒng)進(jìn)行燃燒是首選的處理方案。其他危險(xiǎn)廢物焚燒可能會(huì)產(chǎn)生破壞健康以及對(duì)環(huán)境造成高風(fēng)險(xiǎn)的污染物，但只要對(duì)焚燒產(chǎn)生的飛灰進(jìn)一步處理，如垃圾填埋或摻入水泥基體中，就不會(huì)產(chǎn)生較明顯的環(huán)境影響。金屬污染物及處理過程中產(chǎn)生的廢水需在填埋處置前提前處理好，一般選用物理及化學(xué)方法。在滿足環(huán)境法律、法規(guī)[13-15]的前提下，廢物處理的方式、方法總結(jié)如表3和表4所示。

表3 可回收材料處置表

表4 不可回收材料處置表

4 舊設(shè)備、設(shè)施處理流程

廢棄的海上平臺(tái)及舊設(shè)備運(yùn)輸至碼頭后，按照平臺(tái)料單、設(shè)備清單等資料先進(jìn)行分類，再通過評(píng)估后確定舊設(shè)備、設(shè)施的具體處置方式。詳細(xì)的場(chǎng)地、工廠處置流程如圖2所示。

圖2 舊設(shè)備、設(shè)施詳細(xì)處理流程

5 結(jié) 論

(1) 結(jié)合國(guó)外相關(guān)規(guī)范、資料采用適用性評(píng)估方法，對(duì)分類后的舊設(shè)備、設(shè)施提供了一套可行的評(píng)估方法及評(píng)估流程，并總結(jié)了幾大類舊設(shè)備、設(shè)施的檢驗(yàn)方法，評(píng)估計(jì)算方法，以及維修、翻新和更換方法。

(2) 對(duì)舊設(shè)備、設(shè)施的評(píng)估流程可歸結(jié)為：首先對(duì)設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行分類，接著對(duì)評(píng)估流程及維修措施進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估；然后在經(jīng)濟(jì)性可行的基礎(chǔ)上，再針對(duì)有重新使用可能的不同設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行完整性、適用性評(píng)估，確定其是否可以重新使用；最后對(duì)于不可以重新使用的舊設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行回收利用、填埋等處置。

(3) 結(jié)合場(chǎng)地及拆解工廠的實(shí)際操作，總結(jié)舊設(shè)備、設(shè)施的詳細(xì)處置流程，可以更好地指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用。