退役平臺舊設備、設施評估及處置流程

牛勇12岳學12王釬宇12陶杰13宋長智

(1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300461； 2.海工國際工程有限責任公司， 天津 300461； 3.海洋石油工程股份有限公司 海洋工程技術服務分公司， 天津 300461； 4.必維船級社(中國)有限公司, 上海 200011)

0 引 言

海上油氣開采發展了幾十年，越來越多的海上平臺服役達到或超出設計壽命，近年來退役平臺愈來愈多[1]。根據麥肯錫公司2017年的分析，亞太地區未來十年預計將有380個海上油田停止運營，800多座平臺面臨拆除，其中中國、馬來西亞、泰國等面臨退役的平臺是最多的。目前，退役平臺的拆除技術相對成熟，但是關于拆解下來的舊設備、設施的評估及處理方式，目前國內相關規范尚屬空白，相關研究也相對較少。本文根據某實際拆除平臺的料單、設備清單等資料，結合國外相關規范、資料以及拆解場地處理工廠的相關流程，對海上退役平臺舊設備、設施評估方法及處置流程進行研究，希望對海上退役平臺舊設施、設備的后處理提供一定參考。

1 退役平臺舊設備、設施分類

退役平臺的后處理主要關注的是減小對環境的影響以及保持經濟性。平臺退役的主要成本是海上平臺及相關舊設備、設施的海上拆除、運輸以及清洗等費用。針對拆解下來的舊設備、設施采用合理、科學的處理方式，可保證其經濟價值，使業主盡可能地降低平臺退役的總費用[2-3]。針對不同的廢舊設備、設施，首先需分類，然后提出不同的后處理方式。根據某拆除平臺的料單和設備清單，歸納如下：結構、機械設備、電氣設備、管道設備、暖通設備、儀表設備、安全設備、有害工藝設備等。詳細分類如表1所示。

表1 退役平臺舊設施、設備分類表

2 舊設備、設施評估方法及評估流程

對于不同種類的舊設備、設施，需采用不同的處理方式，可歸納為：重新使用、循環使用、回收、處理或填埋[4]。根據經濟性，優先考慮重新使用，同時為保證舊設備、設施的可重復使用，需滿足完整性和適用性[5-6]評估要求。

設備在使用一段時間后，可能會發生腐蝕、磨損或其他損壞，并可能影響設備的完整性，尤其是退役平臺的舊設備、設施。對舊設備、設施的現狀進行判斷、評估的最常見方法是無損檢測技術(NonDestructive Examination， NDE)。該技術用于評估設施的完整性時，不會對設備造成任何損壞。主要的檢測方法有：目視檢查試驗、超聲波測試、磁粉探傷、液體滲透測試、水壓試驗/壓力測試等。在NDE方法不能保證設備完整性的情況下，需選取樣本進行破壞檢驗(Destructive Examination， DE)來確定現有的材料強度。DE方法比NDE測試更可靠，但需破壞檢驗對象，一般不建議使用。

在獲得檢測數據后，進行適用性評估計算，主要包括：應力分析、屈曲分析、斷裂力學分析、疲勞分析等，以及根據剩余壽命理論推算的剩余壽命。針對不同設備和缺陷形式應選取不同的剩余壽命理論[7-9]，對于壓力容器及管道：低周期疲勞裂紋擴展的壽命評估主要根據Mason-Coffin(曼森-柯芬)方程，尋找應變與壽命之間的關系；含缺陷壓力管道主要用Paris公式找出缺陷尺寸與壽命的關系；高溫管道主要確定管道的使用溫度與壽命之間的關系；腐蝕管道壽命研究的是腐蝕速率問題，對于一些不確定因素應采用灰色壽命預測方法。對于重新使用的平臺結構，疲勞壽命L應遵循式(1)[10]：

L=SF1L1+SF2L2

(1)

式中：L1為初始服務年限；L2為在新位置計劃服役年限；SF1、SF2為安全因數。

安全因數SF1和SF2應考慮故障臨界值的較高值。其中，SF1如果滿足規范的最低檢驗要求則取2.0，如果管節點采用本規范的檢驗要求，使用100%NDE檢測，并對有缺陷的部位進行修復，則SF1依據理性經驗取值范圍為0～2.0，SF2取2.0。

在適用性評估后結合一定的經濟性分析，做下一步決策，如直接重新使用、維修翻新、回收等。舊設備、設施的整體評估流程如圖1所示。在通過該評估流程后，可重復使用的舊設備、設施須通過翻新、修理或更換來完成。如果未通過評估，則應考慮其他回收方式。可重新使用的不同種類的舊設備、設施檢測及評估方法總結如表2所示。

圖1 舊設備、設施的整體評估流程

順序結構靜態設備 鉆井及電器、儀表等其他設備 檢驗方式 目視檢測腐蝕;超聲、射線檢測確定剩余厚度;破壞試驗確定材料強度 目視檢測磨損/撕裂及腐蝕;超聲、射線檢測確定罐壁剩余厚度;對于最大允許工作壓力、泄漏試驗的水/氣壓力試驗 目視檢測磨損/撕裂、腐蝕和退化;水泵、發電機等性能試驗;針對閥門泄漏試驗的水/氣壓力試驗預期結果 結構承載能力、疲勞壽命 基于一定腐蝕速度的剩余壽命;根據壁厚確定最大允許工作壓力 當前的設備狀態;設備最大輸送能力技術評估過程 復核結構的現有承載能力以及對比原結構的設計承載能力;復核材料應對預期外部因素的能力;估算剩余疲勞壽命 復核剩余壽命以及對比原設計壽命;復核現有狀態的最大允許工作壓力以及對比設計壓力;復核在設計流量、壓力和溫度下的設備能力;復核材料對設計流體和雜質的抵抗能力 根據原始設計的流量、壓力和溫度復核現在的設備能力;復核材料對設計流體和雜質的抵抗能力維修、翻新和更換方法替換腐蝕結構 腐蝕罐壁的磨砂打磨;更換腐蝕管線;修理或更換設備內部的進氣裝置、葉片等 更換泵的轉子、閥門的閥座和密封件、壓縮機的氣缸驅動等

3 處置方式、方法

通過以上評估方法，確定舊設備、設施是否可以重新使用，如果不可以則進入處置流程[11-12]。首先對舊設備進行清洗、沖洗，對于含有害物質的舊設備、設施應采用相應的化學、物理方法清洗。其次在清洗后進行拆解，拆解后的廢舊設備、設施的主要處置方式、方法如下：

(1) 循環利用。無污染的鋼材應報廢處理，切割成塊并冶煉回收。管道、導管、套管和其他類型管線內部的鋼制管，可增加回收鋼材的數量。對于附著在平臺導管架上的海洋生物，海洋生物堆肥是比較好的處理方法，有助于廢物轉化為肥料。油性廢物可能會進入燃料混合計劃，以取代通常需要的燃料。

(2) 回收。經濟價值高的廢物應考慮回收，比如液態汞，管線、機電和電氣接線中的銅等。

(3) 處理及負責任地填埋。對拆解過程中排出的廢氣，通過擴口系統進行燃燒是首選的處理方案。其他危險廢物焚燒可能會產生破壞健康以及對環境造成高風險的污染物，但只要對焚燒產生的飛灰進一步處理，如垃圾填埋或摻入水泥基體中，就不會產生較明顯的環境影響。金屬污染物及處理過程中產生的廢水需在填埋處置前提前處理好，一般選用物理及化學方法。在滿足環境法律、法規[13-15]的前提下，廢物處理的方式、方法總結如表3和表4所示。

表3 可回收材料處置表

表4 不可回收材料處置表

4 舊設備、設施處理流程

廢棄的海上平臺及舊設備運輸至碼頭后，按照平臺料單、設備清單等資料先進行分類，再通過評估后確定舊設備、設施的具體處置方式。詳細的場地、工廠處置流程如圖2所示。

圖2 舊設備、設施詳細處理流程

5 結 論

(1) 結合國外相關規范、資料采用適用性評估方法，對分類后的舊設備、設施提供了一套可行的評估方法及評估流程，并總結了幾大類舊設備、設施的檢驗方法，評估計算方法，以及維修、翻新和更換方法。

(2) 對舊設備、設施的評估流程可歸結為：首先對設備、設施進行分類，接著對評估流程及維修措施進行經濟性評估；然后在經濟性可行的基礎上，再針對有重新使用可能的不同設備、設施進行完整性、適用性評估，確定其是否可以重新使用；最后對于不可以重新使用的舊設備、設施進行回收利用、填埋等處置。

(3) 結合場地及拆解工廠的實際操作，總結舊設備、設施的詳細處置流程，可以更好地指導實際工程應用。