錨鏈系泊系統完整性管理研究與運用

胡國后

（中海石油（中國）有限公司，北京 100010）

0 引言

中海油現役單點系泊式FPSO共有16艘，這16座單點與FPSO的連接方式有兩類：內轉塔錨鏈式、水下軟鋼臂式。本文主要探討內轉塔錨鏈式系泊系統，內轉塔式系泊系統指的是以內轉塔連接形式的所有系泊單元的集合體，包括如下部件 （作為獨立系統）：錨鏈、纖維纜、鋼絲繩、卸扣、配重塊、浮體、止鏈器和喇叭口、錨鏈孔、錨鏈導管、導纜孔、絞車、應力和船位監測、其他同系泊系統相關聯的部件。隨著近幾年系泊系統事故的頻發，系泊系統完整性管理逐漸得到重視。通過對事故的原因分析發現，事故發生的最主要原因是天氣，不過通過我們自身不斷提高管理水平和技術水平，很多事故是可以避免的。系泊系統完整性管理到底如何進行，我們須先從系泊系統完整性管理的目的入手，系泊系統完整管理的目的是：提升針對系泊系統的認知度，以便使其功能完好并持續良好工作。通過提高系泊系統的完整性管理水平，可導致其他方面比如上部生產模塊和安全規定等級的提升，即通過系泊系統的完整性管理改善整個油田運行狀態。

細化系泊系統的完整性管理的目的有如下幾點：

（1）不斷提升浮式系泊系統的管理效率。

（2）找出管理要點，把設計、安裝、運維、廢棄各階段的管理要點梳理清楚，督促各階段的管理人員和技術人員把握要點，避免錯誤的重復。

（3）針對浮式設施尋求持續提升安全操作的所有要點，提供風險源及應對措施。

（4）可以通過對一個系泊系統完整性的評估，同時與設計階段的數據進行對比，更加優化系泊系統，也可同時提高我們對在役系泊系統進行風險預控的能力。

（5）通過提供完整性管理列表，便于使用者能夠在以后的使用中有針對性地用在設施管理上。

1 系泊系統管理應遵循的管理環及技術環

任何事物都有其內在規律，把握規律、精細跟蹤才能避免事故的發生，從單點及FPSO的整個生命周期來看，所有設施的問題大都發生在運行階段，在長期的工作中我們總結出了兩個環：一個是管理環，一個是技術環 （見圖1）。通過運用與完善這兩個環，希望能形成一種全生命周期的系泊系統完整性管理。

系泊系統在運維階段涉及的管理工作主要包括監測、檢測、評估、維護維修、評估、應急管理、改造直至廢棄 （外環）。我們也試圖通過提高在運行階段的管理和技術水平來盡快地發現在運行前期階段存在的問題，運行前期階段的主要工作包括：設計、制造、安裝、調試等 （內環）。

圖1 系泊系統管理應遵循的管理環及技術環

如圖1所示，這是任何一個設施都會涉及到的工作環。運行前期階段的工作設計、制造、安裝、調試在環的最里面 （內環），由于內環的存在才有了原始狀態的設施，內環中各階段存在著許多要點，簡單介紹如下。

1.1 系泊系統選型設計階段的要點

必須考慮更高的設計基礎及設計冗余；系統受力考慮必須周全；必須對系泊系統進行潛在失效模式的評估；必須關注微粒進入后對系泊系統造成的損壞，它們可能造成內部磨損從而減少使用壽命；必須充分考慮 “喇叭口” （軟管與轉塔連接處）的影響，最近幾年在 “喇叭口”處系泊鏈環磨損的問題非常凸顯，造成這樣結果的原因還在調查研究中，同時 “喇叭口”處的其他問題也應該引起注意，通常設計中在 “喇叭口”處都會安裝止鏈器，保證這部分的其他構件完好；設計公司必須提供全生命周期足夠充分的最佳操作建議及實用的檢驗指南；必須設計安裝合理的系統失效自動防故障裝置；必須考慮船體遇到惡劣天氣搖擺劇烈的情況下對FPSO艏向控制的其他影響；必須充分注意設計環境條件下的參數選取，我們現在都是按照百年一遇的氣候條件進行計算，僅選用單一的設計環境條件并期望天氣會比想象好是不切實際的，最好是考慮周邊最惡劣的環境條件，建議將設計環境條件的設計周期適當延長，應充分考慮有檔鏈環與無檔鏈環的不同受力模式，無檔鏈環可造成高拉力并產生位移，這可能由使用過程中的張力造成的，也可能由安裝過程中的不當操作造成的。

1.2 制造安裝系泊系統時的要點

以下要點應當予以考慮：對于海上施工人員要進行充分的培訓，對設備的使用要有具體的、專業的操作指導和檢查；對纖維纜和鋼纜的不同材料特性必須有清楚的了解，在安裝操作中要充分考慮安裝的要求，例如：聚酯化纖的繩纜若未經過充分的預先拉伸，就會由于載荷的突然增大且隨著時間的推移而發生外皮開裂脫落，這一點經常被安裝人員忽視，這種適應性調整的操作時常造成軸向韌性的巨大變化，而且制造商所提供的韌性值也只是在他們所推薦的標準工況下才能達到的，這點應該在安裝施工階段予以充分考慮，而且應采取措施防止海上施工中聚酯纜因未經調試而造成的壽命縮短現象的發生；必須考慮系泊系統安裝時正常情況允許的公差——這些公差在設計分析中被認為是可接受的；應該對所有組件在在役狀態下的參數有詳盡的了解，它對未來完整性的評估有至關重要的影響；在建造階段必須充分考慮避免以下情況的發生：在建造階段幾乎不可能測量很長組件的長度，組件的長度問題相當復雜，尤其是當錨鏈需要在極短的時間內系泊于海床上時，所以要在安裝前對錨鏈進行全面的測量，如果已經安裝好則要通過水下3D技術及漏磁技術對錨鏈重新進行測量和建模計算；必須充分收集施工中的各種記錄，一般情況下在安裝過程中由于價格壓力，尤其是在施工計劃滯后的情況下，記錄各種施工的任務常常被擱置一邊，所有組件如果沒有全套資料，那么對于后續系泊完整性的決策有致命的影響，應督促安裝工程承包商維持完整的記錄。

1.3 運維期間系泊系統需考慮的要點

轉塔在設計時通常只考慮在有限的空間內安裝所有必需的設備，很少考慮在后期運維期間對設備的維修、維護以及日常巡檢難度，也很少考慮維修成本和停產風險；操作者應注意設計分析報告的完整性，部件的設計及系統的完整性分析是否經過船級社詳細、充分的認證，且符合國家的法律法規，船級社有較強的專業知識，但并不會進行單獨的系泊分析，作業者應該意識到船級社確定船級的目的僅是為了滿足規范，以保證系泊系統保持良好狀態，從而可順利通過下一次檢驗，而不會深度介入，協助我們處理問題；在選擇系泊設備時應盡早考慮項目的供貨周期，它可能會影響到未來船體的維護維修；通常疲勞壽命是我們關注的重點，不同形式的部件具有不同的性能，例如聚酯纖維纜的疲勞壽命通常是普通鋼纜的50倍，一份研究報告指出，錨鏈的疲勞壽命會因5種以上的因素降低，因

此應進行足夠多的載荷實驗，這對延長系泊系統完整期限非常重要；必須注意改造后的檢測評估工作，對比改造對系泊系統造成的影響和產生的效果，否則不良的改造對系泊系統是致命的。對于廢棄前后的工作在本文中就不加贅述了。

2 完整性分析在內轉塔系泊系統中的運用 （見圖2、 表1）

圖2 內轉塔式系泊系統示意

表1 完整性管理要點及其與故障的對應關系 （待續）

續表1 完整性管理要點及其與故障的對應關系

從圖2、表1可以看出，內轉塔式系泊系統主要存在以下問題：強度、磨損、疲勞、腐蝕、碰撞、漂移，而以上問題都對應著各個階段的管理和技術的不到位。比如：強度問題主要是由對安全因子考慮不周、海床抓力負荷計算不足、彎曲半徑不夠、固定方式不合適等因素引起的，而這些因素又對應著設計階段未考慮系泊系統懸鏈所處位置是否為最差，腐蝕裕量考慮是否充分，螺栓強度是否合適；安裝階段螺栓固定方式是否正確，系泊環板平面是否彎曲，安裝彎曲度是否低于最小彎曲半徑；運維階段是否檢查出裂紋、斷絲、偏移等早期問題。表1是我們經過摸索，對系泊系統在役階段的完整性管理要點及其與故障的對應關系進行梳理而得到的，可供管理者和操作者參考。

3 結束語

總的來說，系泊系統的故障問題就象一副多米諾骨牌，一旦一環被忽視，就會產生一系列后果。對于系泊系統的管理和研究是一個長期過程，只有本著科學系統認真的態度才能避免事故的不斷發生。