海洋平臺結構與設備的可靠度與風險評估

劉平

摘 要：海洋平臺在海洋油氣田開采中起著決定性的作用，海洋平臺結構的穩定以及設備的可靠性影響著海洋油氣田開采的效率。海洋平臺結構受到外部因素而發生損壞時，不僅會使工作人員的生命安全和財產安全受到損失，而且會給環境造成巨大的污染，還會使企業受到較大的經濟損失和設備損壞。為了保障海洋平臺結構與設備的可靠性，相關部門要針對其中存在的問題提出相應的解決方案。

關鍵詞：海洋平臺；結構分析；設備的可靠性；風險評估

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.065

1 前言

海洋平臺的結構與設備的穩定性評估成為海洋油氣能源開發的前提，進行良好的評估為長期的油氣開采工作提供了良好的保障。本文主要從導管架平臺極限承載力時變可靠性評估、爆炸條件下海洋結構平臺所發出的結構響應分析、海洋平臺爆炸風險評估等三個方面進行了較為詳細的闡述。同時對于評估過程和評估方法進行了一系列研究與改進，旨在提高海洋平臺結構與設備評估的準確性和有效性。

2 導管架平臺極限承載力時變可靠度評估

在油氣開采過程中，導管架平臺得到了非常廣泛的應用，但是在具體應用過程中由于多方面因素的影響，誘發了多起海洋平臺失效事故，造成了巨大的經濟損失，此時就需要相關部門做好海洋平臺的安全評估工作。海洋環境條件比較復雜，在腐蝕等因素的作用下，將會嚴重減弱海洋平臺的抵抗能力，因此隨時間變化來對海洋平臺的可靠性進行評估尤為重要。如今，時變可靠度評估離實際工程中的應用還存在一定的距離，尤其是與海洋平臺相關的變可靠度分析更是少之又少。通常情況下，對于不同部位的導管架平臺其腐蝕速率存在一定的差異，比較常見的導管架平臺腐蝕區域包括潮差區、大氣區和浸沒區三大部分。這些部位的腐蝕速率從大到小依次為大氣區、浸沒區、潮差區。其中大氣區主要是對結構的上部構建產生一定的影響，而浸沒區和潮差區一般會對導管架構件產生影響，且對平臺的安全性提出了非常高的要求。對于海洋平臺而言，當導管架平臺建立在潮海海域時，需要對其冰荷載給予考慮，反之如果建立在中國南海區域時，不需要對其冰荷載給予考慮。實際上，冰的破壞類型比較多，常見的有屈曲破壞、擠壓破壞和彎曲破壞，其中擠壓破壞過程中所產生的力最大。在極值冰的影響下下，在對海洋平臺的安全性進行評估時，需要對冰的靜力作用給予考慮，此時的冰荷載概率模型需要借助統計學方法進行分析，具體從以下幾個環節進行：首先需要按照冰荷載模型來對平臺整體冰荷載函數進行求解，其次，構建極值冰厚的概率模型，其一般需要借助蒙將卡法來產生所需要的極值冰厚隨機數，再次將所獲得的極值冰厚數據錄入到整體冰荷載模型中，就可以得到整體冰荷載數據，隨后就可以借助統計學方法來對整體冰荷載數據進行分析，隨后就可以獲得冰荷載的概率模型。

3 海洋平臺火災爆炸風險評估

對于海洋平臺而言，在進行火災爆炸風險評估時，要采用風險評估方法的操作流程，由于海洋平臺上具有復雜的結構分布、數量繁多的油氣設備，無形之中增加了火災爆炸發生的可能性，此時如果借助連續型概率函數來對火災或爆炸發生的數量進行對策，則會得到多個不同的結果，而且需要消耗大量的時間，但是最終的結果不一定理想。如果選擇抽樣的方法來查明泄漏場景后，就能夠在此基礎上推測后續的爆炸或火災場景。通常情況下，火災一般是在發生泄漏后立即點燃引發的，其與起火時間、起火位置之間沒有必然的聯系，所以泄漏場景的參數就可以看做是火災場景的參數。對于火災爆炸而言，其通常是指氣體發生泄漏后，會慢慢的擴散的空氣中，然后與空氣進行混合后被點燃導致的，其爆炸效果與起爆位置、起爆時間等有關系。通常情況下，一個區域的混合氣體是否可以起爆，與該區域氣體燃料的濃度保持著密切的相關性，只有燃料濃度達到一定要求后，才可以被點燃起爆。因此，為了提高海洋平臺結構和設備運行的安全性和可靠性，就需要選擇與之相匹配的有限數量分析方法，來開展火災與爆炸的風險評估工作，以提高評估的整體效果。國際上，在火災爆炸風險評估過程中，基本上會選擇定性風險分析方法，在對相關規范、標準和文獻進行研究的基礎上，制定一套與火災爆炸風險評估相匹配的分析方案，以確保評估和分析工作的順利進行。需要指出的是上述方法一般是針對氣體泄漏引發的火災與爆炸場景，并不適用于其他方式所引發的火災爆炸場景。在進行某海洋平臺風險評估過程中，通常可以確保可能泄漏的燃料和幾何結構，但是其他參數屬于變量，其會引發泄漏場景的不確定性，從而增加了海洋平臺火災爆炸風險評估的整體效果。

4 火災作用下海洋平臺結構響應分析

在進行海詳平臺風險評估過程中，要對特定火災場景下所進行的海洋平臺結構響應分析工作給予高度的重視。通常情況下，在對特定火災場景結構物響應分析階段，要準確了解和掌握結構物的溫度分布情況，其一般涉及到所有的熱傳遞過程，下面將會以噴射火條件下的鋼管結構溫度為例進行分析，由于燃燒反應過程中，會釋放出大量的熱量，從而導致周圍溫度不斷升高，同時在氣體流動的過程中會與周圍氣體出現熱傳導現象，即所謂的氣體熱傳導方式；此外，氣體熱傳導會導致鋼管周圍氣體溫度出現不同程度的升高，并引發氣體與結構熱對流的變化，誘發結構表面溫度升高。實際上，鋼管結構內部從表面向其他部位傳熱主要是以固體熱傳導方式進行的。然而，與氣體內部的熱傳導進行對比可以發現，氣體和固體的對流與輻射速率、固體的熱傳導速率比較慢，此時可以忽略氣體的傳熱作用。對于鋼結構而言，如果遇到比較嚴重的火災爆炸時，將會導致結構超過400度，誘發結構塑性變形。

5 總結

良好的評估方法對于海洋平臺的結構與設備分析來說非常重要。本文針對海洋平臺穩定性的一些評估方法進行闡述，簡述了其中的不足，并提出了更加高效準確的評估方案，促進了海洋平臺結構與設備的評估的進行。相關部門要做好海洋平臺結構穩定性的分析，使得平臺結構能夠適應許用載荷的需要，具備一定的抗災能力，保障油氣開采的安全性。

參考文獻：

[1]邵帥，周國豐，王帥霖等.基于離散元-有限元模型的冰激錐體海洋平臺結構振動分析[J].計算力學學報，2015（05）：662-667.

[2]莊力健，陳學東，陳煒等.在役海洋石油平臺風險分析與安全運行關鍵技術探討[J].壓力容器，2014（06）：51-57 .