某气田平台的紧固件完整性管理策略探讨

陈宇海* 童远涛 郭明乐 杨 阳 魏 伟 孙睿璇

（1.中海石油（中国）有限公司海南分公司 2.中海油（天津）管道工程技术有限公司 3.中海华洋（天津）企业管理服务有限公司）

0 引言

紧固件是海上油气开发设备设施中常用的机械连接部件，其可靠性与平台、系统或设备的安全性直接关联，更会影响整个平台的安全生产，一直受到设计者和作业者的高度重视与关注[1]。

近年来，某气田平台紧固件曾发生多起失效事故，造成了较严重的后果。经统计，其失效形式大多为断裂：一方面受到腐蚀环境的影响，在海洋大气环境中，腐蚀介质与紧固件接触，当局部腐蚀加剧时，在拉应力的作用下，微裂纹迅速扩展，直至整体发生应力腐蚀开裂；另一方面由于工艺系统振动工况的作用，在法兰连接处紧固件的螺纹根部等应力集中部位首先萌生疲劳裂纹，在交变载荷的影响下，疲劳裂纹逐渐扩展，直至发生紧固件整体开裂失效。经失效分析研究后发现，紧固件存在诸如材质质量问题[2]、腐蚀性环境作用[2]、振动载荷超标[3]等多种造成早期失效的影响因素。基于上述问题，亟需针对紧固件的风险管控，制定一套有效的完整性管理策略。

本文对该气田平台的紧固件完整性管理提出了针对性的系统方针策略，从而对海上油气田生产设施上的紧固件实施动态、连续的风险管理；及时识别并发现生产设施中存在的紧固件高风险部位，预防因紧固件失效导致的油气泄漏事故，进而提高安全管理水平，保证海上油气田的生产安全，同时为后续类似平台上紧固件的风险管控提供技术管理参考。

1 紧固件完整性管理的特点与原则

紧固件的完整性管理定义为：企业根据认识到的紧固件风险及时做出控制和处理，以保证紧固件结构、性能完备，服役安全可控而开展的系统化管理工作。具体来说，即经过对紧固件产品的选型设计和验收质量检验工作的严格把关，运用专业风险辨识方法对平台上服役的紧固件存在的相关风险和故障加以鉴别，并通过日常保养、定期检测、数据记录与统计分析等措施，确定风险等级，并制定具有针对性的管理措施，从而使紧固件服役过程始终处于可控制范围以内。通过在线检测、失效分析等手段，对紧固件信息实施长期监测，并以此为基础形成数据库台账，通过对数据库中的信息进行安全性评估、风险分析，从而实现不断改进、预防故障、减少事故、安全运行的目的。

紧固件完整性管理策略具备特点如下：

（1）过程标准化

紧固件的完整性管理标准要反映出紧固件在该气田平台上的完整服役流程，涵盖平台上所有工艺管线设备所用紧固件，作用于紧固件的全部寿命期限和过程。

（2）贯彻风险观

紧固件的安全管理是以风险评估为基础的，并在风险分析与评估结果的基础上，不断优化管理措施。

（3）管理系统化

紧固件的完整性管理策略既是面向于基础零部件，又是对整个平台体系实现的规范化管理，在管理策略制订时要能体现出各设备间的相互影响与相互作用，从而建立统一的管理体系。

紧固件完整性管理策略的原则包括以下几点：

（1）将紧固件完整性管理的理念和方法运用到整个平台上紧固件系统化的选型、验收、安装、储存、检测与运维的各阶段；

（2）根据海上平台多种作业区域处紧固件的服役环境，日常巡检与在役风险排查；

（3）建立管理机构，制定管理程序，采取必要措施实施紧固件完整性管理；

（4）全面收集紧固件完整性信息，并进行系统和综合分析；

（5）保证管理流程不断循环,不断更新；

（6）进一步探索前沿技术方法，将适用性较好的运用到海上平台紧固件的管理之中。

2 紧固件完整性管理流程

近年来，国内外一些能源公司相继提出了基于“风险管理”的 “五步循环”完整性管理理念。实施以“风险控制”为核心内容的设备设施管理策略，利用数据采集、风险评价、完整性评价、风险消减与维修维护以及效能评价等五步管理工作循环，进行装置设施的完整性管理工作[4-6]。

基于上述管理理念，结合海上平台服役紧固件产品的实际情况，建立系统的适用于紧固件的管理流程模式，如图1 所示。管理工作主要按照五个阶段环节循环展开。因此，以此为基础开展后续海上气田平台上紧固件完整性管理策略研究。

图1 紧固件完整性管理流程图

（1）数据采集与分析阶段

该阶段需对低强度紧固件适用范围、高温/高压/临氢关键部位等不同规格、种类、服役工况条件要求紧固件的设计和选型，按照相应的适用标准与规定，进行分类整理；紧固件必需配备产品质量证明文件，具体内容应当包含产品名称(包含品种、类别)、规格、尺寸、数量、材质牌号及检测、实验结论、国际标准编码、批号(或产品出厂时间)、质量检验机构的标志等信息，验收合格的紧固件应登记注册，同时要对紧固件全套验收资料进行整合、存储与分析。

（2）风险评价与防范阶段

该阶段要对平台上已出现过的紧固件失效案例进行归纳总结，通过风险评估收集和记录各类失效因素，由此形成风险指数，根据结果确定哪些紧固件必须优先考虑，哪些失效情况必须重点防预。

此外，紧固件的安装与拆卸工作应严格按照专业操作规程与作业指导书的规范要求来进行：安装前与拆卸后均要仔细检查法兰、螺栓、螺母及垫片的质量和接口处等安装情况，有无偏口、错口、张口、错孔等缺陷；对于易燃、易爆介质的压力容器和管道，换装时应使用安全工具，避免因工具与螺栓相碰产生火花，导致火灾或爆炸事故；法兰螺栓紧固安装与拆卸应由手动扳手紧固逐步向使用定力矩专业紧固工具方式过渡。通过上述详细过程控制，实现风险措施的全面控制与防范评价。

（3）在役风险检测评价阶段

在紧固件技术与现场管理等各个环节所给予的技术类评判环节，主要包括：日常巡检工作、周期性检测的项目、性能监测与故障诊断、安全性评估和检测完整性评价应用等。

其中，日常巡检范围包括但不限于各系统设备设施、管系法兰紧固件；目视检查紧固件防腐层有无破损、脱落现象；本体有无锈蚀现象，尤其要关注法兰之间空隙处部位的腐蚀情况；检查基础是否牢固，连接部位的螺栓有无松动，尤其要关注高振动管系的紧固件情况。

主要针对紧固件损伤程度、扭矩参数定期开展紧固件的在役风险排查检测工作。按照法律法规、公司制度体系要求委托专业的第三方检测机构选取适合的无损检测技术进行紧固件的在役风险排查；紧固件在役风险排查时间和覆盖工作范围应依据各生产单元紧固件、风险管理计划来确定。

（4）维护保养与风险消减阶段

根据在上述工作中对紧固件开展的若干评估项目和成果，开展各类风险的针对性“消减”工程，主要包括紧固件日常维护保养、失效问题治理与储存防护等。

紧固件应进行日常例行防腐维护保养，按计划对腐蚀问题进行整改治理。主要内容包含但不限于保持防腐层完好，确保各种连接部位螺栓紧固、无松动。紧固件防腐涂层老化、脱落等缺失防腐性能，造成本体外部锈蚀的，应进行防腐涂装治理；对于腐蚀严重不满足相关标准规范要求的，应进行维修补强或更换。第三方检验或检查发现的其他腐蚀问题，均应维修治理。

紧固件相关的储存防护也需引起重视。法兰、垫片、螺栓均应按照标准做好标识，包括标准号、材质、等级/型式、规格、公称尺寸/压力、制造单位等。垫片要避免日光直射、雨淋及潮湿环境，远离冷热源以防老化；勿施压，应平整放置，保持密封件自然松弛，不施外力致其改变物理形状和或使上下密封端面受伤。

（5）效能评价阶段

效能评价的目的是针对实施的紧固件管理策略的结果给出系统化、科学化评价，形成评定结论并将结果反馈到以上四个阶段，以管理台账的形式建立并得到应用，最终搭建海上平台紧固件完整性管理的闭环模式。

值得注意的是，应从采购安装阶段就开始进行数据信息管理工作，包括紧固件规格、材质信息、强度等级、依据标准、生产单位等；后续服役后增加安装位置、服役时间、检测信息、维修更换信息、失效信息等，便于追溯管理，同时也为前端采购提供的产品性能检验提供可靠性支持。表1—表3 为某气田平台紧固件管理台账模版，其中包括紧固件生产基础信息、采购检验信息和现场使用维护信息等内容。

表1 紧固件的生产基础信息

表2 紧固件的采购检验信息

表3 紧固件的现场使用维护信息

3 结语

随着海油工业日益发展，压力容器和工艺管线数量日益增加，其可靠性和安全性也需要满足越来越高的要求，紧固件是其中最常用的机械连接部件，也是确保连接密封性和安全性的关键部件。紧固件完整性管理工作，是为减少失效事件的发生和事故造成的后果所实施的持续评估和减少风险的管理过程，是指对各种影响紧固件完整性的因素实施综合的、统一的管理工作，这是动态、持续的管理过程。在某气田平台上对紧固件完整性管理策略进行研究，不但涉及到完整性管理的关键技术问题，更是海上平台及设备设施系统化管理水平的一次飞跃。做好紧固件完整性管理策略，保证其在未来海上平台的服役过程中，能够充分发挥作用，具有重要的意义和深远的影响。