基于風(fēng)險分析的吊機評估方法的研究與應(yīng)用

孟慶鵬，高連燁，時均蓮，穆勝軍

（1.中海油能源發(fā)展采油服務(wù)分公司；2.中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300450）

1 研究背景

海上平臺吊機屬于特種設(shè)備(起重設(shè)備)，也是關(guān)鍵設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計，海上平臺300多臺，超過15年以上的吊機占18%，有的接近使用壽命，甚至有的服役已達(dá)30年。吊機在海洋潮濕的環(huán)境與頻繁的使用情況下，裝卸船時還受海浪的沖擊載荷的影響，吊車易出現(xiàn)腐蝕、裂紋等現(xiàn)象，隨著服役年限的增加，吊機的安全隱患也呈上升趨勢，因此，對故障頻發(fā)或接近使用壽命的吊機進(jìn)行風(fēng)險評估意義重大。

對于接近使用壽命及頻繁使用的吊機，如果想繼續(xù)使用需要開展風(fēng)險評估工作。雖然起重設(shè)備的評估方法可以參照陸地起重機的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與使用環(huán)境上，均不相同。2012年，有限公司頒布了“吊機完整性管理解決方案”，文中提出了風(fēng)險評估的要求，但沒有提出每臺吊機的具體做法，因此，形成了一套切實可行的吊機風(fēng)險評估方法及流程，用于指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)迫在眉睫。

設(shè)備資產(chǎn)完整性管理的主要核心技術(shù)為基于風(fēng)險的管理，認(rèn)知和管理風(fēng)險要比減少和消除風(fēng)險更為重要。通過對吊機風(fēng)險分析的研究與應(yīng)用，總結(jié)導(dǎo)致吊機失效的原因，為以后吊機的設(shè)計、制造、生產(chǎn)使用及維護(hù)具有指導(dǎo)性的建議。

2 基于風(fēng)險分析技術(shù)的吊機評估方法研究

2.1 機械系統(tǒng)風(fēng)險分析

吊機機械系統(tǒng)風(fēng)險評估可采用以可靠性為中心的RCM分析技術(shù)。RCM分析的核心技術(shù)是監(jiān)測技術(shù)及FMEA風(fēng)險分析，監(jiān)測技術(shù)振動技術(shù)為理論依據(jù)，F(xiàn)EMA分析包括關(guān)鍵性分析、失效等級分析、失效模式與影響分析。

2.2 主體鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)險評估

吊機主體鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)險評估可采用基于風(fēng)險的檢測（RBI）分析技術(shù)，RBI對在役設(shè)備不采用常規(guī)的全面和定期檢驗方法，而是在風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上，對高風(fēng)險設(shè)備針對其特點進(jìn)行重點檢驗。

2.3 電儀系統(tǒng)風(fēng)險評估

吊機電儀系統(tǒng)的風(fēng)險評估可采用安全完整性等級評估（SIL）技術(shù)，SIL評估技術(shù)是基于風(fēng)險的方法，對每個安全系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行SIL評估，確定與安全系統(tǒng)相關(guān)的安全功能的安全完整性要求。

3 吊機風(fēng)險評估的應(yīng)用實例

以HYSY162平臺吊機為例，從吊機運維過程中存在的安全隱患入手，通過定性、半定量計算的風(fēng)險分析技術(shù)，實現(xiàn)機械系統(tǒng)、主體鋼結(jié)構(gòu)、電儀控系統(tǒng)全面風(fēng)險評估，吊機各系統(tǒng)風(fēng)險評估的技術(shù)方法如下。

3.1 吊機的各旋轉(zhuǎn)部分采用振動測試?yán)碚?/h3>

振動測試的主要設(shè)備包括原動力包括柴油機及電機，多聯(lián)泵、主起升絞車、副起升絞車，回轉(zhuǎn)絞車，變幅絞車。測量點主要布置在驅(qū)動設(shè)備的驅(qū)動端及非驅(qū)動端，以及被驅(qū)動設(shè)備的驅(qū)動端及非驅(qū)動端。根據(jù)峰值、時域波形頻譜分析，判斷是否有沖擊等異常表現(xiàn)，識別旋轉(zhuǎn)部件潛在的風(fēng)險，評判旋轉(zhuǎn)部件如吊機、齒輪箱等是否存在故障等安全隱患。

3.2 機械系統(tǒng)及零部件采用RCM分析技術(shù)

（1）關(guān)鍵性分析：對機構(gòu)各零部件發(fā)生失效的可能性以及失效后在安全、環(huán)境、生產(chǎn)、和維修成本等方面的影響大小進(jìn)行分析，對這些方面有較大影響的設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，將造成重大影響和損失，需要進(jìn)行RCM分析，從而采取相應(yīng)的措施，使這些影響降到最低，對那些影響較小的低關(guān)鍵性的設(shè)備，則不進(jìn)行RCM分析。

（2）失效模式及影響分析，分析部件包括吊鉤、滑輪、液壓元件、電氣元件等，分析出每個零部件的故障模式及產(chǎn)生的原因。

（3）失效等級分析：每種失效模式的影響分為高、中、低三種情況。對于高和中影響的失效模式失效原因的分析中，要詳細(xì)分析失效模式所對應(yīng)的失效原因及其相應(yīng)的維修策略，對于低影響的失效模式，不對其分析。

（4）根據(jù)分析的結(jié)果判定各零部件的安全隱患，制定維保計劃。

3.3 電儀系統(tǒng)采用SIL評估技術(shù)

吊機電儀系統(tǒng)評估采用SIL評估技術(shù)，確定吊機的每個安全儀表功能是否能滿足安全完整性的要求，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求確定每一特定保護(hù)功能所需的安全完整性等級，按照分析計算的結(jié)果確定現(xiàn)有配置情況的改進(jìn)建議及測試計劃。

3.4 對吊機機構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行風(fēng)險評判

依據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《吊機完整性管理解決方案》，船級社標(biāo)準(zhǔn)《現(xiàn)有船舶狀態(tài)評估程序（CAP）指南》《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》等有關(guān)規(guī)范，結(jié)合振動測試、FMEA分析理論，對機構(gòu)部分進(jìn)行風(fēng)險識別，判斷高中低風(fēng)險部件，對結(jié)構(gòu)部分給定高、中、低風(fēng)險識別區(qū)，最后，給定機械系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)給予運行及可靠性評估。

根據(jù)API-2C規(guī)范要求，吊機主要承載件應(yīng)確保其安全性，主要承載件包括：吊臂、承載鋼絲繩、變幅鋼絲繩、懸繩、基座、回轉(zhuǎn)支承環(huán)和所有關(guān)鍵緊固件。對主要承載件進(jìn)行可靠性評估。吊機狀態(tài)評判，評判等級分為四級：Ⅰ級—很好的狀態(tài)，Ⅱ—良好狀態(tài)，Ⅲ-可接受狀態(tài)，Ⅳ-不可接受狀態(tài)。

3.5 對吊機主體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行RBI風(fēng)險評估

（1）對于主體結(jié)構(gòu)，考慮材料的損傷，科學(xué)定量地對結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行評估，提高評估可靠性。

（2）現(xiàn)場調(diào)研，測繪，對吊機表面狀態(tài)如裂紋、腐蝕等進(jìn)行表面技術(shù)狀態(tài)評估；

（3）收集吊機的圖紙、計算書、年檢記錄、探傷記錄、歷史維修數(shù)據(jù)以及載荷圖等相關(guān)資料；

（4）基于調(diào)研數(shù)據(jù)和測繪數(shù)據(jù)建立三維CAD建模，建立橋吊主體鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)值模擬，輸出整機應(yīng)力云圖，識別出吊機結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力點；

（5）對吊機不同極限工況載荷進(jìn)行強度仿真，基于虛擬仿真技術(shù)，綜合考慮吊機結(jié)構(gòu)狀態(tài)、損傷失效形式及損傷失效原因和測試數(shù)據(jù)的影響，對吊機整機建模、計算分析、薄弱環(huán)節(jié)識別評定各項技術(shù)指標(biāo)。

（6）對重要焊縫采用探傷的手段進(jìn)行風(fēng)險判別；關(guān)鍵受力部件采用應(yīng)力測試手段驗證強度。

4 結(jié)語

HYSY162平臺25噸吊車是2017年投產(chǎn)使用的吊車，設(shè)計壽命25年，至今已使用2年有余。根據(jù)對25噸吊機的現(xiàn)場調(diào)研，經(jīng)評估HYSY平臺25噸吊機等級為Ⅱ級，處于良好狀態(tài)，但也存在一定的風(fēng)險隱患：

（1）吊機本身功能上的風(fēng)險要求及時進(jìn)行整改，以降低吊機本身結(jié)構(gòu)及功能上所產(chǎn)生的風(fēng)險；

（2）零部件出現(xiàn)風(fēng)險，建議更換部分零部件，以降低零部件所產(chǎn)生的風(fēng)險；

（3）吊機鋼絲繩即將達(dá)到API2C規(guī)范中的使用年限，建議提前采購更換，保證吊機安全平穩(wěn)運行；

（4）目前，吊車資料不完善，圖紙與現(xiàn)場不符，變更的圖紙資料應(yīng)及時更新，各類證書應(yīng)分類整理。