海洋平臺設備設施完整性管理體系建立

唐 洋

（西南石油大學機電工程學院，四川成都 610500）

1 海洋平臺設備設施應用現狀分析

海洋平臺作為海上油氣鉆采的載體，所分布的設備設施種類繁多，大致可分為靜設備、動設備和儀器儀表3大類。海洋平臺設備設施的載體、工況及環境與陸地不同，同時其在應用方面也有一定區別，主要包括5點。

（1）環境工況惡劣。海洋平臺設備設施要經受寒冷、炎熱、雨雪等惡劣天氣的影響，同時海洋環境有別于陸相環境，存在海水、潮氣和鹽霧等惡劣環境工況。海洋平臺設備設施長期處于上述環境及工況下，會出現嚴重的電化學腐蝕，存在許多的安全隱患。

（2）維修基礎數據收集及處理難度大。由于作業過程中設備設施會根據工藝的要求頻繁開停機，且多數關鍵設備設施具有備用設備，則會出現設備設施存在運行不均衡、使用不連續、使用頻率不一的現象（作業時，滿負荷甚至超負荷運行；不作業時可能長時間閑置），導致故障數據、狀態數據和維修數據收集難度增高，進而影響設備設施維修管理決策。

（3）風險管控要求高。海洋平臺是海上油氣生產的載體，特點是空間狹小、設備密集、人員集中等，一旦發生事故將會造成多方面的影響（安全影響、環境影響、經濟性影響等），因此對于海洋平臺設備設施的應用和管理規范等都有更高的要求。

（4）維護難度大且成本高。海洋平臺上設備設施的維修方式與陸地存在較大的差異，如固定式平臺，由于物資運輸困難，設備不能實施定期返廠大修；而對于可移動平臺，整體回港檢修周期很長，經濟成本高，所以絕大多數設備檢修工作依然在平臺上進行。若平臺設備設施發生較嚴重的功能性故障，自修無法恢復，則需按照公司的 HSE（Health，Safety，Environment，健康、安全、環境）規范，向上級機務部門申報是否進行錨修或廠修。

（5）維修技術和管理體系落后。我國海洋平臺設備已歷經了事后維修、定期維修和狀態維修等發展階段，引入了MAXIMO和SAP（System Applications and Products，系統應用和生產軟件）等國外先進設備資產管理系統，在降低設備故障、控制事故風險和減少維護成本等方面取得了一定成效。但是對于設備設施維修決策、維修優化、風險評價和風險管控等，缺乏系統、針對性強的技術和體系作指導。

2 海洋平臺設備設施管理現有問題分析

由于作業環境的特殊性和平臺結構及工作狀態不同，平臺上設備設施的維修方式和管理需求與陸地石油裝備存在較大的差異。通過調研發現，我國海洋平臺設備維修與管理過程中存在5方面問題。

（1）在海洋平臺設備設施維修管理中，尚未找到或形成一套系統、成熟的體系，且海洋平臺設備設施維修管理的認可度低、重視度低、投入量少和基礎數據薄弱，導致國外先進技術無法使用，國內相關技術及理論發展緩慢。

（2）在維修實施過程中，未根據產品的不同重要度來進行分類，導致維修資源分配不合理，對于非關鍵性設備維修過度，致使維修資源浪費，而對關鍵設備卻出現維修不足，造成安全隱患。

（3）對設備故障模式、故障原因及影響缺乏認識，尤其是對隱蔽性故障及多重故障模式缺乏認識，從而對設備設施在生產過程的風險識別及分析不準確，從而不能及時地對重大事故風險進行預防。

（4）在設備設施運行過程中，部分子系統、設備或單元僅采用了單一監測手段，并未從多個狀態特征量考慮和分析，導致設備設施運行狀態評價不準甚至誤判，造成對健康設備進行拆修，不僅增加了維修費用，還會降低設備本身的可靠性。

（5）設備設施維修決策過程中，多是根據經驗進行判斷，缺乏科學的決策理論與方法，尤其是對于設備維修間隔期的確定，僅參考同類設備的技術要求和標準，未根據其歷史故障分布規律、故障模式及影響分析等，建立數學模型來優化設備維修間隔期。

3 海洋平臺設備設施的資產完整性管理體系核心技術分析

海洋平臺設備，尤其是設備設施，與管道、站場設備和井筒等存在較大區別，主要表現為平臺設備設施數目眾多、結構復雜、技術指標高、故障模式多樣和維修難度高等特點，現有的完整性管理技術不能直接應用于海洋平臺設備設施。因此，為實現設備設施分級管理，優化維修策略，提高設備管理水平及工作效率；在保證生產安全的前提下，減少停機時間，節省維修費用，最大程度地提高效益；基于風險的分析與評價，降低高風險事故發生的概率，在參照現有的AIM技術體系，建立了基于RCM（Reliability Centered Maintenance，以可靠性為中心的維修）的海洋平臺設備設施完整性管理體系。分析流程見圖1。

基于RCM的海洋平臺設備設施完整性管理體系，主要包括7步內容及關鍵技術。

（1）數據收集與信息管理。在海洋平臺設備設施的整個生命周期中，需要收集和保存各種數據，包括設計圖紙、制造文件、安裝記錄、維修保養記錄、事故記錄、法定檢驗報告、評估報告等。同時，規范設備設施完整性管理相關的信息記錄和數據管理，從而確保完整性管理有關人員能夠獲得分析所需相關數據，滿足設備設施發證、檢驗機構的相應要求，為設備設施全生命周期的管理和持續改進提供基礎數據信息。

圖1 海洋平臺設備設施完整性管理流程

（2）重要功能產品識別。設備分類及重要功能產品識別是維修決策、風險評價及完整性評價的基礎。由于系統或設備的復雜結構層次，所包含的產品種類繁多，為了合理分配有限的維修資源，更大程度地保證系統或設備的可靠性，因此，需根據風險及重要度，對系統或設備進行劃分；再結合產品不同的風險等級及重要度級別，對其制定出合理的維修策略。同時，科學、準確地確定重要功能產品，將有助于對設備故障風險識別與評價，以及系統及設備的運行狀態評價及預測，且在一定程度可降低分析成本和分析冗余。

（3）制定維修大綱。維修大綱是根據設備設施可靠性、任務性和經濟性的要求做出的維修工作安排，是設備全生命周期管理中的重要內容。維修大綱包括維修工作的對象、工作類型、間隔期及維修級別等。基于RCM分析，可確定產品的工作類型，并引入數學模型對間隔期進行優化，同時結合設備設施現有的維修體制及方法，綜合分析制定出維修大綱。科學的維修大綱將有助于合理分配維修資源，降低設備生命周期內的維護成本，即時實施維修措施，從而保證設備設施持續安全、經濟地運行。

（4）風險分析。設備故障風險分析是指識別出對設備安全運行有不利影響的故障模式，評價故障模式發生的可能性和后果大小，量化故障模式的風險水平，并提出風險管控措施的整個過程。設備風險評價的主要對象是重要功能產品，這樣可以保證分析的效率和成本。風險評價工作是開展設備完整性管理的核心環節，可以確定出高風險的故障模式，從而明確出高風險的零部件、子系統及系統或設備，從而有利于實現對風險有針對性的管控，并為后續設備運行狀態的評價及預測提供支持。

（5）完整性評價。完整性評價是海洋平臺設備設施完整性管理的核心步驟，它是通過現有的數據采集、數據挖據、數據分析等手段獲取設備歷史信息、運行狀態信息等，從而對設備設施完整性進行評估，即明確設備設施當前的健康狀態和將來健康運行的能力。因此，海洋平臺設備設施完整性評價分為兩部分內容，一是設備運行狀態的識別與評價；二是設備運行狀態預測或剩余壽命估計。完整性評價結果可為高風險設備設施的狀態維修提供理論依據，以降低設備設施運行風險和提高可靠性，并控制設備設施的維護成本。

（6）維修策略優化。檢測與維修是設備設施全生命周期內保證其持續安全運行的直接手段。基于RCM的維修策略制定主要是針對不同的故障模式及故障影響（隱蔽性故障，安全性、任務性和經濟性影響等），確定出相應的維檢修方法和維檢修執行時機。然而，設備設施的維修策略及維修大綱不是固定不變的，為了保證期可靠性和經濟性的運行，需要根據設備設施高風險故障模式的變化和完整性評價結果的不同而不斷調整，即維修策略或維修大綱的動態優化。

（7）效能評估。海洋石油企業對海洋平臺設備設施完整性管理的績效評測，即為效能評估，包括完整性管理目標的完成程度、維修計劃完成情況、設備效率的提升比例、設備投入產出比、完整性管理有效性等。通過對績效的綜合評價，發現完整性管理過程中的短板，明確改進方向，從而促進各級單位、人員按照完整性管理的要求開展各項活動，不斷提高設備設施完整性管理的有效性和時效性，最終實現設備設施的性能、維修成本、運行風險達到最佳的平衡。

4 海洋平臺設備設施AIM體系框架建立

結合現有的AIM體系和設備設施管理需求，構建了海洋平臺設備設施完整性管理體系框架，包括文件體系、標準體系、數據庫和管理平臺，如圖2所示。設備設施文件體系及標準體系的編制使作業程序規范化、標準化、對同一作業即使不同的人實施也會得到同樣的結果，減少人為因素的影響。數據庫的建立將為完整性管理關鍵技術的實施提供數據，并對數據不斷更新。基于風險的設備設施完整性管理平臺，采用定量分析的模型及方法，將提升設備設施資產管理水平，以達到世界先進的完整性管理水平的目標。

利用成熟的計算機網絡技術，實現了設備設施完整性管理體系的文件體系、標準體系、數據庫和管理平臺程序化、模塊化，將有助于設備設施完整性管理各項技術的實施，從而實現真正意義上設備設施全生命周期的管理。同時，海洋平臺設備設施完整性管理體系，將有效管理設備設施的維修計劃、工作流程及工作程序文件；掌握設備設施及部件的故障模式、故障原因及影響；識別設備設施工作運行中的風險，并制定管控措施，將設備設施風險控制在標準范圍內；運用科學的檢測、監控技術對設備設施的完整性進行評估，判別設備設施的工作狀況，并做出處理、決策和反饋，預防重大事故發生，降低維檢修成本。實施海洋平臺設備設施完整性管理，可以使設備管理者對設備設施各部件實現分級管理，優化維修策略，提高設備設施的可靠性；減少安全事故的發生，實現設備設施的本質安全；節省維修費用，提高設備設施管理水平及工作效率。

圖2 海洋平臺設備設施AIM體系

5 結論

隨著AIM相關法規、標準的頒布，實施AIM技術是全球高風險生產企業的設備資產管理發展的趨勢，對于石油、化工等高風險行業來說更是勢在必行，這將是保證安全生產和保護資源與環境、保障可持續發展的戰略實施，也將帶來明顯的經濟效益和社會效益。雖然國內只是結合國外現有AIM技術RBI（Risk-Based Inspection，基于風險的檢測），RCM，SIL（Safety Integrity Level，安全完整性等級）和商業軟件等，提出一些實施和應用設備完整性管理的構想和建議，且主要是針對管道、海管、儲罐等靜設備，但并未開展相關的理論和技術研究，未掌握核心關鍵技術。同時，我國對于海洋平臺設備設施完整性管理的理論研究和工程應用還處于萌芽狀態，當前應用和管理存在較多問題，相關的標準和法規等還比較缺乏。因此，在現有設備管理體系及技術不能完全適應企業生產發展需求的情況下，建立了針對具有高技術、高風險、高成本的海洋平臺設備設施完整性管理體系，形成了一種閉環、系統性的管理模式，具有4個特點。

（1）系統性。設備設施完整性管理方法的7步循環內容相互依存又具有獨立性，形成一個有機整體。

（2）全面性。從數據采集到風險評價，從完整性評價到效能評價，完整性管理工作涵蓋保障設備設施安全平穩運行的各個方面，風險管理貫穿始終。

（3）預防性。事前預防、持續改進，有計劃地進行檢測、維護、維修與評價工作，對平臺設備設施風險和運行狀態預先掌控。

（4）先進性。重要度評價、維修決策、風險評價和狀態評價等模型及方法建立，提高了海洋平臺設備設施完整性管理方法的科學性及實用性。

海洋平臺設備設施AIM體系可與企業現行的HSE，ISO 9001，ISO 14000和ISO 55000等管理標準相融合，更加完善企業設備資產的管理，全面提高企業整體管理水平。實施海洋平臺設備設施AIM體系將實現安全生產管理由經驗型向科學型轉變，把企業安全生產和增強競爭力的手段，建立在科學理論基礎之上，并制定出科學有效的方法使設備設施維修的工作總量減少、維修費用降低，杜絕重大事故，降低一般事故的發生概率，從而確保設備設施運行時的安全、環保、節能、降耗、高效。