渤海钢制导管架结构RBI半定量分析方法研究_翟翔.pdf

现代制造技术与装备1182023 年第 3 期总第 316 期渤海钢制导管架结构 RBI 半定量分析方法研究翟翔（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）摘要：目前，海上平台结构基于风险的检验（Risk Based Inspection，RBI）方法已相对成熟，但因计算复杂、成本高等未能得到推广。文章依据渤海地区的钢制导管架特点，总结一种半定量 RBI 分析方法，有效识别导管架高风险点的同时可以简化工作量，制定检验策略，帮助作业者控制风险和降低成本，提高完整性管理水平。关键词：导管架结构；基于风险的检验（RBI）；定量；半定量Research on RBI Semi-Quantitative Analysis Method of Bohai Steel Jacket StructureZHAI Xiang(CNOOC Energy Development Equipment Technology Co.,Ltd.,Tianjin 300452)Abstract:At present,the Risk Based Inspection(RBI)method of offshore platform structure has been relatively mature,but it has not been popularized due to complex calculation and high cost.Based on the characteristics of steel jackets in Bohai Sea,a semi-quantitative RBI analysis method is proposed,which can effectively identify high risk points of jackets,simplify workload,formulate inspection strategies,help operators control risks and reduce costs,and improve integrity management.Keywords:jacket structure;Risk Based Inspection（RBI）;quantitative;semiquantitative我国渤海地区有上百座固定平台，依据规范，至少每 5 年需对平台结构开展一次定期检验，常规检验策略缺乏针对性1。针对不同的平台制定不同的检验策略，能够优化检验效果，减少检验费用。1技术方法基 于 风 险 的 检 验（Risk-Based Inspection，RBI）可以对平台结构杆件和节点可能发生的失效结果进行风险评估2。识别 RBI 评估涉及导管架平台的劣化机理、频发性以及失效模式等多个环节。定量分析方法可以分析平台的失效概率和失效后果，使得界定风险等级结果更加精准，但分析方法难度大，风险接受标准不统一。半定量分析方法比较常规，易操作且数据易采集。渤海区域水深较浅，平台导管架结构形式简单，杆件和节点较少，倒塌分析中首先失效的杆件和失效后果严重的杆件高度一致，因此可以采用半定量分析方法。使用半定量方法进行评估，需要进行静力分析、地震分析、疲劳分析以及倒塌分析，提取节点强度、构件强度、疲劳寿命以及最先引起结构倒塌的节点和构件等信息3-5。2RBI 检验策略依据风险等级制订渤海平台导管架结构的检验计划，目前常用的导管架结构检验方式有详细目视检查（Close Vision Inspection，CVI）、交流电磁场无 损 检 测（Alternating Current Field Measurement，ACFM）、超声检测（Ultrasonic Testing，UT）、磁粉检测（Magnetic Particle Testing，MT）以及充水检测（Flooded Member Detection，FMD）等，检验策略见表1。第一个5年特检计划主要针对表1中的第1、2、4、6、8、10、11、12 项进行检验。一旦发现有问题的杆件，可作为第二个 5 年特检计划的检验对象，第 3、5、7、9 项是第二个 5 年计划的检验增加内容。3案例分析3.1平台概况和载荷目标平台位于河北省秦皇岛 32-6 油气田，导管架为 4 腿导管架结构。导管架底部标高为-19.9 m，顶部标高为+7.0 m，在此标高处通过 4 个工作点支撑平台甲板结构，导管架由 4 根桩固定于海床，外径 1.2 m，设计入泥深度 96.4 m。平台载荷包括结构自重、各专业设备载荷、修井作业载荷、吊装载荷、活载荷以及环境载荷等。环境条件见表 2。3.2静力分析使用结构有限元分析软件（Structural Research&Analysis Corporation，SACS）开展常规静力分析，结构杆件强度、关键节点冲剪及桩基分析结果见表 3。3.3地震分析计算平台在地震作用下的平台结构构件强度、桩基础强度以及管节点冲剪强度，分析结果见表 4。3.4疲劳分析使用简易疲劳分析方法开展疲劳分析，管节点疲劳校核中的热点应力是通过杆件名义应力计算和管节点应力集中系数得到的，分析结果见表 5。DOI:10.16107/ki.mmte.2023.0155119工 艺 与 装 备表 2环境条件参数作业条件极限条件风速/（ms-1）18.9226.08波浪周期/s6.8210.39最大波高/m3.667.77表层流速/（ms-1）1.712.15表 3杆件、节点、桩基静力分析结果分类位置评估结果判断依据杆件导管架腿最大UC值0.740小于 1.0水平杆件最大UC值0.790小于 1.0斜撑杆件最大UC值0.810小于 1.0节点导管架腿节点冲剪最大UC值0.306小于 1.0水平杆件节点冲剪最大UC值0.785小于 1.0斜撑杆件节点冲剪最大UC值0.790小于 1.0桩基桩基最大UC值0.725小于 1.0桩基承载力最小系数（极端）1.630大于 1.5桩基承载力最小系数（操作）2.200大于 2.0表 4杆件、节点、桩基地震分析结果分类位置评估结果判断依据杆件导管架腿最大UC值0.580小于 1.0水平杆件最大UC值0.520小于 1.0斜撑杆件最大UC值0.800小于 1.0节点导管架腿节点冲剪最大UC值0.858小于 1.0水平杆件节点冲剪最大UC值0.734小于 1.0斜撑杆件节点冲剪最大UC值0.652小于 1.0桩基桩基最大UC值0.918小于 1.0桩基承载力最小系数（强度）2.660大于 1.2桩基承载力最小系数（韧性）1.970大于 1.0表 5疲劳分析结果位置评估结果判断依据导管架腿节点冲剪最大UC值0.348小于 1.0水平杆件节点冲剪最大UC值0.439小于 1.0斜撑杆件节点冲剪最大UC值0.234小于 1.03.5极限强度分析极限强度分析采用非弹性的静力推倒分析方法对平台进行评估，对平台承载能力的评价比设计水平分析更为客观。API PR 2A 要求平台的能力储备系数（Ration of Reserve Strength，RSR）不小于 1.6，各个方向倒塌分析计算的能力储备系数见表 6。平台 RSR与平台位移关系图，如图 1 所示。经过倒塌分析，部分失效的杆件与节点汇总见表 7。表 6倒塌分析水平荷载部分分析 工况方向/（）能力储备系数结构失效情况103.40导管架 X 撑失效，进入塑性变形2413.50标高 5.0 m 水平层杆件失效，进入塑性变形3902.50标高 5.0 m 水平层杆件失效，进入塑性变形41392.20标高 5.0 m 水平层杆件失效，进入塑性变形51802.50标高 5.0 m 水平层杆件失效，进入塑性变形62213.10桩腿与标高 5.0 m 水平层杆件失效，进入塑性变形72703.00导管架 X 撑与标高-3.0 m 水平层杆件失效，进入塑性变形83193.50导管架腿失效，进入塑性变形表 1渤海平台导管架结构检验策略序号位置策略检验方法CVIACFMUTMTFMD1桩基及地貌A2节点-已知缺陷B350%抽检节点-已知缺陷的类似节点C4所有关键节点和构件-基于倒塌分析得到最先影响结构倒塌的节点和构件D*550%抽检关键节点和构件-基于倒塌分析得到最先影响结构倒塌的类似节点和构件E*6杆件和节点-应力与许用应力比值UC 0.9F*750%抽检杆件和节点-UC 0.9 的类似节点和构件G*8杆件和节点 0.7 UC 0.9H*950%抽检 0.7 UC 0.9 的类似杆件与节点I*10节点-疲劳UC 0.7J*11腐蚀杆件（尤其飞溅区内）K12阳极L注：代表需执行检验；*代表在发现裂纹时需执行此项检验。现代制造技术与装备1202023 年第 3 期总第 316 期 （a）0 （b）41 （c）90 （d）139 （e）180 （f）221 （g）270 （h）319图 1平台能力储备系数与平台位移关系图表 7失效杆件、节点汇总表分类荷载方向/（）失效杆件名称位置失效时能力储备系数杆件0299-130ROWB 面斜撑3.30199-130ROWB 面斜撑3.30281-130ROWB 面斜撑3.30219-129ROWA 面斜撑3.40119-129ROWA 面斜撑3.40201-129ROWA 面斜撑3.40节点270132ROW2 面斜撑交点3.00（下转第 125 页）125工 艺 与 装 备过程中，对轴承注油不充分，机匣内部的润滑油又不能在短时间流至轴承处，导致轴承产生干摩擦，致使轴承滚子滚动受阻，增大了轴承摩擦力，最终出现轴承抱死问题。通过细化装试工艺，延长注油摆放时间和输出轴旋转圈数要求和增加装配后转动灵活性检查等措施，有效解决了减速器轴承润滑不良的问题，可为其他传动系统轴承故障分析提供参考。参考文献1 翟建.滚动轴承的故障分析与检查维护 J.应用技术，2010（5）：107-109.2 李殿文，姜影.某型深沟球轴承抱死故障分析 J.哈尔滨轴承，2018（4）：30-35.3 高亮，王松涛，刘军和.某深沟球轴承的故障分析与改进 J.哈尔滨轴承，2014（3）：27-30.4 李辉，郑海起，杨通强.基于相关包络分析的轴承故障诊断研究 J.振动、测试与诊断，2004（24）：239-242.5 张俊，钟敏，张建群，等.集成 TEO 解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法 J.振动工程学报，2019（6）：1084-1093.3.6制订检验计划依据 RBI 检验策略，结合平台导管架有限元分析结果，制订未来 5 年特检的检验计划。以导管架ROW A 面为例，检验计划如图 2 所示。图 2ROW A 面检验计划4结语应用 RBI 半定量分析的方式对渤海钢制导管架进行结果风险分析，并制订检验计划。该方法在降低结构失效风险的同时，可以使结构检验更加精确和有针对性，减少检验量和检验费用，提高完整性管理水平。参考文献1 常向东，环文林，冯启民.海洋石油平台的地震危险性分析 J.海洋工程，1989（1）：8-14.2 李慧晶.基于 RBI 的导管架平台失效风险评估 J.船舶标准化工程师，2022（1）：75-80.3 金伟良，郑忠双，李海波.地震荷载作用下海洋平台结构物动力可靠度分析 J.浙江大学学报（工学版），2002（3）：3-8.4 王浚璞，艾志久，李旭志，等.基于 SACS 的海洋平台疲劳可靠性分析 J.石油矿场机械，2008（9）：24-27.5 唐友刚，朱龙欢，李焱，等.南海某导管架海洋平台倒塌分析 J.海洋工程，2016（2）：105-110.（上接第 120 页）