某氣田平臺的緊固件完整性管理策略探討

陳宇海* 童遠濤 郭明樂 楊 陽 魏 偉 孫睿璇

（1.中海石油（中國）有限公司海南分公司 2.中海油（天津）管道工程技術有限公司 3.中海華洋（天津）企業管理服務有限公司）

0 引言

緊固件是海上油氣開發設備設施中常用的機械連接部件，其可靠性與平臺、系統或設備的安全性直接關聯，更會影響整個平臺的安全生產，一直受到設計者和作業者的高度重視與關注[1]。

近年來，某氣田平臺緊固件曾發生多起失效事故，造成了較嚴重的后果。經統計，其失效形式大多為斷裂：一方面受到腐蝕環境的影響，在海洋大氣環境中，腐蝕介質與緊固件接觸，當局部腐蝕加劇時，在拉應力的作用下，微裂紋迅速擴展，直至整體發生應力腐蝕開裂；另一方面由于工藝系統振動工況的作用，在法蘭連接處緊固件的螺紋根部等應力集中部位首先萌生疲勞裂紋，在交變載荷的影響下，疲勞裂紋逐漸擴展，直至發生緊固件整體開裂失效。經失效分析研究后發現，緊固件存在諸如材質質量問題[2]、腐蝕性環境作用[2]、振動載荷超標[3]等多種造成早期失效的影響因素。基于上述問題，亟需針對緊固件的風險管控，制定一套有效的完整性管理策略。

本文對該氣田平臺的緊固件完整性管理提出了針對性的系統方針策略，從而對海上油氣田生產設施上的緊固件實施動態、連續的風險管理；及時識別并發現生產設施中存在的緊固件高風險部位，預防因緊固件失效導致的油氣泄漏事故，進而提高安全管理水平，保證海上油氣田的生產安全，同時為后續類似平臺上緊固件的風險管控提供技術管理參考。

1 緊固件完整性管理的特點與原則

緊固件的完整性管理定義為：企業根據認識到的緊固件風險及時做出控制和處理，以保證緊固件結構、性能完備，服役安全可控而開展的系統化管理工作。具體來說，即經過對緊固件產品的選型設計和驗收質量檢驗工作的嚴格把關，運用專業風險辨識方法對平臺上服役的緊固件存在的相關風險和故障加以鑒別，并通過日常保養、定期檢測、數據記錄與統計分析等措施，確定風險等級，并制定具有針對性的管理措施，從而使緊固件服役過程始終處于可控制范圍以內。通過在線檢測、失效分析等手段，對緊固件信息實施長期監測，并以此為基礎形成數據庫臺賬，通過對數據庫中的信息進行安全性評估、風險分析，從而實現不斷改進、預防故障、減少事故、安全運行的目的。

緊固件完整性管理策略具備特點如下：

（1）過程標準化

緊固件的完整性管理標準要反映出緊固件在該氣田平臺上的完整服役流程，涵蓋平臺上所有工藝管線設備所用緊固件，作用于緊固件的全部壽命期限和過程。

（2）貫徹風險觀

緊固件的安全管理是以風險評估為基礎的，并在風險分析與評估結果的基礎上，不斷優化管理措施。

（3）管理系統化

緊固件的完整性管理策略既是面向于基礎零部件，又是對整個平臺體系實現的規范化管理，在管理策略制訂時要能體現出各設備間的相互影響與相互作用，從而建立統一的管理體系。

緊固件完整性管理策略的原則包括以下幾點：

（1）將緊固件完整性管理的理念和方法運用到整個平臺上緊固件系統化的選型、驗收、安裝、儲存、檢測與運維的各階段；

（2）根據海上平臺多種作業區域處緊固件的服役環境，日常巡檢與在役風險排查；

（3）建立管理機構，制定管理程序，采取必要措施實施緊固件完整性管理；

（4）全面收集緊固件完整性信息，并進行系統和綜合分析；

（5）保證管理流程不斷循環,不斷更新；

（6）進一步探索前沿技術方法，將適用性較好的運用到海上平臺緊固件的管理之中。

2 緊固件完整性管理流程

近年來，國內外一些能源公司相繼提出了基于“風險管理”的 “五步循環”完整性管理理念。實施以“風險控制”為核心內容的設備設施管理策略，利用數據采集、風險評價、完整性評價、風險消減與維修維護以及效能評價等五步管理工作循環，進行裝置設施的完整性管理工作[4-6]。

基于上述管理理念，結合海上平臺服役緊固件產品的實際情況，建立系統的適用于緊固件的管理流程模式，如圖1 所示。管理工作主要按照五個階段環節循環展開。因此，以此為基礎開展后續海上氣田平臺上緊固件完整性管理策略研究。

圖1 緊固件完整性管理流程圖

（1）數據采集與分析階段

該階段需對低強度緊固件適用范圍、高溫/高壓/臨氫關鍵部位等不同規格、種類、服役工況條件要求緊固件的設計和選型，按照相應的適用標準與規定，進行分類整理；緊固件必需配備產品質量證明文件，具體內容應當包含產品名稱(包含品種、類別)、規格、尺寸、數量、材質牌號及檢測、實驗結論、國際標準編碼、批號(或產品出廠時間)、質量檢驗機構的標志等信息，驗收合格的緊固件應登記注冊，同時要對緊固件全套驗收資料進行整合、存儲與分析。

（2）風險評價與防范階段

該階段要對平臺上已出現過的緊固件失效案例進行歸納總結，通過風險評估收集和記錄各類失效因素，由此形成風險指數，根據結果確定哪些緊固件必須優先考慮，哪些失效情況必須重點防預。

此外，緊固件的安裝與拆卸工作應嚴格按照專業操作規程與作業指導書的規范要求來進行：安裝前與拆卸后均要仔細檢查法蘭、螺栓、螺母及墊片的質量和接口處等安裝情況，有無偏口、錯口、張口、錯孔等缺陷；對于易燃、易爆介質的壓力容器和管道，換裝時應使用安全工具，避免因工具與螺栓相碰產生火花，導致火災或爆炸事故；法蘭螺栓緊固安裝與拆卸應由手動扳手緊固逐步向使用定力矩專業緊固工具方式過渡。通過上述詳細過程控制，實現風險措施的全面控制與防范評價。

（3）在役風險檢測評價階段

在緊固件技術與現場管理等各個環節所給予的技術類評判環節，主要包括：日常巡檢工作、周期性檢測的項目、性能監測與故障診斷、安全性評估和檢測完整性評價應用等。

其中，日常巡檢范圍包括但不限于各系統設備設施、管系法蘭緊固件；目視檢查緊固件防腐層有無破損、脫落現象；本體有無銹蝕現象，尤其要關注法蘭之間空隙處部位的腐蝕情況；檢查基礎是否牢固，連接部位的螺栓有無松動，尤其要關注高振動管系的緊固件情況。

主要針對緊固件損傷程度、扭矩參數定期開展緊固件的在役風險排查檢測工作。按照法律法規、公司制度體系要求委托專業的第三方檢測機構選取適合的無損檢測技術進行緊固件的在役風險排查；緊固件在役風險排查時間和覆蓋工作范圍應依據各生產單元緊固件、風險管理計劃來確定。

（4）維護保養與風險消減階段

根據在上述工作中對緊固件開展的若干評估項目和成果，開展各類風險的針對性“消減”工程，主要包括緊固件日常維護保養、失效問題治理與儲存防護等。

緊固件應進行日常例行防腐維護保養，按計劃對腐蝕問題進行整改治理。主要內容包含但不限于保持防腐層完好，確保各種連接部位螺栓緊固、無松動。緊固件防腐涂層老化、脫落等缺失防腐性能，造成本體外部銹蝕的，應進行防腐涂裝治理；對于腐蝕嚴重不滿足相關標準規范要求的，應進行維修補強或更換。第三方檢驗或檢查發現的其他腐蝕問題，均應維修治理。

緊固件相關的儲存防護也需引起重視。法蘭、墊片、螺栓均應按照標準做好標識，包括標準號、材質、等級/型式、規格、公稱尺寸/壓力、制造單位等。墊片要避免日光直射、雨淋及潮濕環境，遠離冷熱源以防老化；勿施壓，應平整放置，保持密封件自然松弛，不施外力致其改變物理形狀和或使上下密封端面受傷。

（5）效能評價階段

效能評價的目的是針對實施的緊固件管理策略的結果給出系統化、科學化評價，形成評定結論并將結果反饋到以上四個階段，以管理臺賬的形式建立并得到應用，最終搭建海上平臺緊固件完整性管理的閉環模式。

值得注意的是，應從采購安裝階段就開始進行數據信息管理工作，包括緊固件規格、材質信息、強度等級、依據標準、生產單位等；后續服役后增加安裝位置、服役時間、檢測信息、維修更換信息、失效信息等，便于追溯管理，同時也為前端采購提供的產品性能檢驗提供可靠性支持。表1—表3 為某氣田平臺緊固件管理臺賬模版，其中包括緊固件生產基礎信息、采購檢驗信息和現場使用維護信息等內容。

表1 緊固件的生產基礎信息

表2 緊固件的采購檢驗信息

表3 緊固件的現場使用維護信息

3 結語

隨著海油工業日益發展，壓力容器和工藝管線數量日益增加，其可靠性和安全性也需要滿足越來越高的要求，緊固件是其中最常用的機械連接部件，也是確保連接密封性和安全性的關鍵部件。緊固件完整性管理工作，是為減少失效事件的發生和事故造成的后果所實施的持續評估和減少風險的管理過程，是指對各種影響緊固件完整性的因素實施綜合的、統一的管理工作，這是動態、持續的管理過程。在某氣田平臺上對緊固件完整性管理策略進行研究，不但涉及到完整性管理的關鍵技術問題，更是海上平臺及設備設施系統化管理水平的一次飛躍。做好緊固件完整性管理策略，保證其在未來海上平臺的服役過程中，能夠充分發揮作用，具有重要的意義和深遠的影響。