RBI检验技术在在役FPSO船体结构上的应用

张 勇王 浩

（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，深圳 518067；2.必维（天津）安全技术有限公司，天津 300381）



RBI检验技术在在役FPSO船体结构上的应用

张 勇1王 浩2

（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，深圳 518067；2.必维（天津）安全技术有限公司，天津 300381）

摘 要：在役期FPSO船体结构的安全对整个油田的正常运转至关重要。本文简要分析基于风险的检验（RBI）技术应用于FPSO等船舶结构的研究与应用现状，系统阐述RBI检验技术在FPSO船体结构上的一般应用流程。

关键词：风险 检验 完整性 FPSO船体结构

1 基于风险的检验

海洋工程结构物复杂，体积庞大，造价昂贵。特别是与陆地结构相比，它所处的海洋环境十分复杂和恶劣。在如此环境条件下，环境腐蚀、材料老化、构件缺陷、机械损伤以及疲劳和裂纹扩展的损伤积累等不利因素，都将导致结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久度。FPSO作为油田主要生产设施，承担生产及储藏任务，其纳入结构完整性管理的范畴是完整性管理团队的一个重要课题。将运营期FPSO船体结构纳入到完整性管理流程中，对降低风险、节省全生命周期内的成本以及为优化未来的设计都具有十分重要的意义。

对于运营期船体结构，其结构完整性管理策略与新建船体结构管理做法和流程基本类似。由于运营期船体结构不能做出大量设计变更来缓解各种退化和事件带来的危害，所以策略上又有所不同。风险管理和风险缓解都要落实到检测计划、监测和缓解措施上，在制定和执行时应充分考虑各种制约因素。

2 RBI技术在FPSO上的应用现状

目前，基于风险的检验技术（Risk-Based Inspecti on）已经在海洋工程领域得到较为广泛的应用，各大船级社也陆续出台了关于RBI检验技术的技术指南［1-3］。与此同时，各船东、船级社、研究机构等也陆续尝试将RBI检验技术应用于海洋工程结构领域。例如，ABS船级社2004年应用于西非某1973年由油轮改装的FPSO［4］；BV船级社曾尝试将RBI检验与完整性管理理念应用于Girassol FPSO中［5］。国内方面，RBI检验技术在海洋工程结构领域也得到了广泛研究与初步应用。理论方面，唐文勇等人较为系统地提出构建RBI检验技术应用于船体结构等领域的一般流程与需解决的关键问题［6］。另外，DNV船级社将基于风险的资产完成下管理（AIM）技术应用于中海油FPSO111上。随后，BV船级社也在南海发现号FPSO上成功运用RBI检验技术。

3 在役FPSO船体结构RBI分析的基本流程

3.1 结构层级划分与命名

为便于分析结构失效自最低结构等级发生，到中间结构等级扩展，再到最高结构等级失效的全过程，需建立合适的FPSO船体结构分级模型。FPSO船体结构节点命名应符合准确性、一致性、先进性的要求。

对于大型的船舶，关键在于区分参与总纵强度的主要结构与易引起疲劳热点损伤的关键区域。前者的风险在于，由于服役年限较长极易导致过度的壁厚减薄，引起总纵强度不足；后者的风险在于，局部累积疲劳损伤引发不易检测到的疲劳裂纹，导致局部结构强度不足。因此，一般情况下，可根据上述观点对其进行FPSO船体结构的分层划分。

船体结构的层级划分，各大船级社相关规范中已有明确规定。但为更好地进行RBI分析，本文采用BV船级社规范（Rules for the classification of steel ships Part A， Chapter 2， Appendix 3）与ABS船级社规范（ABS FPI 5A-3-4）相结合的方式进行。

根据舱室类型，分为：Wing Tank/Center Tank；

对每一肋位，分为：Deck Zone/Neutral Axis Zone/ Bottom Zone，并以纵向强度结构和横向强度结构区分，见图1。

图1 船体结构的一般层级划分

图2 SCIPs一般定义

同时，考虑到船体结构各疲劳关键点分析、分级的需要，除上述必要分区外，增加SCIPs（Structural Critical Inspection Points）分区，分区内包含图示的各类结构疲劳及检验关键点。SCIPs的选择根据ABS FPI 5A-3-4相关规定进行，见图2。

在中国石油集团公司物资装备部和专业分公司的大力支持下，渤海装备按照物资采购建立区域集中储备中心的工作要求，在国内最大烟气轮机制造企业兰州石油化工机械厂建立了中石油烟气轮机集中备件储备库，集中储备了中石油集团所属各大炼厂的烟气轮机轮盘、动叶片、主轴等十大类近700件/套的关键备件。

因此，按照上述船体结构层级划分原则，对于大型的FPSO船体结构，一般可划分为如表1所示的层级。

表1 大型FPSO船体结构层级划分（船中舱）

3.2 风险筛选

风险筛选矩阵包括所评估风险的概率和后果。通常，风险需要考虑安全、环境、经济等方面的影响。风险筛选的目的是将低风险的结构件快速识别出来，针对中高风险的结构件进行详细分析，从而使检验规划能够有效降低风险并具有成本效益。

风险筛选最终要定性确定所要分析的FPSO各主要舱室的风险等级。

FPSO船体结构数量繁多，较好的系统层级划分策略可利于将各舱室不同的构件状态以相同的评价标准进行风险排序。

一般情况下，由于FPSO特殊的储油、抗台风、系泊等用途，FPSO船体结构状态评价指标应至少包括以下6个方面：舱内涂层情况；结构腐蚀状况；点蚀状况；结构变形；裂纹、结构破损；舱底沉积物状况。

3.3 详细的RBI分析

对于已经投入长时间运营的FPSO船体结构，由于服役期间产生的壁厚腐蚀减薄、裂纹扩展、结构变形、涂层脱落等因素，单单依据本文的舱室状态评分进行风险判定是不够的，还需要根据历年的检测记录，具体分析敏感区域的壁厚减薄情况、热点的累计疲劳损伤情况以及最为影响FPSO结构安全的极限强度情况。

3.3.1 船体结构疲劳分析

图3 疲劳热点分析FEM建模示例

失效概率的接受标准与所分析的节点的设计疲劳因子（DFF）的取值、所选定的S-N曲线、节点几何尺寸等因素有关。在给定S-N曲线、节点几何尺寸等参数的条件下，可以确定疲劳失效概率和DFF之间的关系曲线。

图4 疲劳失效概率和设计疲劳因子DFF的关系曲线

3.3.2 船体结构腐蚀现状分析

船体结构腐蚀现状分析，需归纳汇总在役FPSO船体结构历年腐蚀数据，借此分析每种舱室、总纵强度构件、横向强度构件当前的壁厚减薄情况，并对壁厚减薄严重区域在日后的检维修过程中给予额外的关注。以南海发现号FPSO船体结构为例，通过对比分析历年检测获得的数万个检测点，可以得出如下壁厚分布情况（以纵舱壁板为例），见图5。

图5 纵舱壁腐蚀数据散点图

4 制定RBI检验计划

RBI检验策略覆盖范围必须满足相关船级社规范要求，以制定RBI最低检验要求，见表2。不同的舱室风险水平对应不同的检验要求，并基于该建议要求制定检验区域。

表2 FPSO船体结构RBI检验计划最低检验要求

RBI检验计划制定过程中，对船体结构检验剖面的选取主要考虑以下几方面。

（1）合规：满足ABS船级社相关规范要求；（2）结构敏感区域：充分考虑各有限元计算、风险识别结果，确保检验剖面覆盖结构薄弱区域；（3）缺陷复检及扩大检验：覆盖第8次特检的各类检验发现，增加相似位置的检验，并尽可能在下次检验过程中进行复检，确保监测结果持续性；（4）避免重复：避免第8次特检中检验

未发现异常的剖面，选取检验剖面以与第八次特检互补；（5）MPI探伤：第8次特检过程中，裂纹探测基于目视检验，难以发现潜在的微小裂纹。因此，对RBI检验计划增加对疲劳热点的抽检要求：对SCIPs的首次探伤检验，RBI检验计划推荐首次抽检部分肋位，并根据检验结果决定扩大或缩减检验范围。建议选取3处横剖面进行全面NDT探伤，对各横舱壁与甲板、船底板连接处以及船中0.5L范围内的横桁热点进行探伤检验；（6）UT测厚范围调整：对结构涂层保护良好的结构，适当减小UT测厚覆盖范围；确保纵向受力结构特别是船底板、纵舱壁、甲板板等部位的测厚覆盖率；满足规范要求的基础上，适当降低横向构件的测厚覆盖率（横舱壁及横舱壁横桁除外）。

在制定RBI检验计划时，还应考虑RBI技术的通用技术规范，通过目标可靠性准则与计算得到的失效概率，综合计算目标舱段的首次检验日期与检验间隔。一般流程如图6所示。

图6 RBI检验计划计算流程

5 总结

在役期FPSO船体结构的安全对整个油田的正常运转至关重要。本文简要分析基于风险的检验（RBI）技术应用于FPSO等船舶结构的研究与应用现状，系统阐述RBI检验技术在FPSO船体结构上的一般应用流程。事实上，RBI检验技术的应用情况还需根据FPSO实际生产过程中的经验逐步完善。

参考文献

［1］ABS.Guide for Surveys Using Risk-based Inspection for the Offshore Industry［S］.New York：American Bureau of Shipping，2003.

［2］ABS.Guide for Risk Evaluations for the Classification of Marine-related Facilities［S］.New York：American Bureau of Shipping，2003.

［3］ABS.Guidance Notes on Risk Assessment Applications for the Marine and Offshore Oil and Gas Industries［S］.New York：American Bureau of Shipping，2010.

［4］A Ku，C Serratella，R Spong.Structural Reliability Applications in Developing Risk-based Inspection Plans for a Floating Production Installation［J］.OMAE，2004，（1）：119-121.

［5］SA Blt，J Goyet，J Veritas. OTC-18563：Implementing Risk Based Inspection on Our F（P）SOs：From a Practical Approach to the Edge of R&D［J］.Offshore Technology Conference，2007，（1）：43-56.

［6］唐文勇，李典庆，张圣坤.基于风险的船体结构检测及维护研究综述［J］.船舶力学，2005，（5）：143-154.

Application of RBI Technology on the Hull Structure of In-service FPSO

ZHANG Yong1，WANG Hao2
（1.CNOOC （China） Co.， L td. Shenzhen Branch， Shenzhen 518067；2.BV （Tianjin） Security Technology Co.， Ltd.， Tianjin 300381）

Abstract:It is critical to the normal operation of whole oilfield that the hull s tructure safety of the in s ervice FPSO. This paper analyses the research and current s tatus of RBI technology applied to FPSO hull structure， and systematically elaborated the general application flow of RBI technology in the FPSO inspection technology on the hull structure.

Key words:risk-based inspection， integrity， FPSO hull structure