何 杉， 徐俊辉， 李少华， 庞树民， 陈明华， 李 进

(1. 中海油能源发展股份有限公司油田建设工程分公司，天津300452；2.中海石油技术检测有限公司，天津 300452)

海洋石油平台延长使用期的动设备评估技术

何 杉1， 徐俊辉1， 李少华1， 庞树民2， 陈明华1， 李 进1

(1. 中海油能源发展股份有限公司油田建设工程分公司，天津300452；2.中海石油技术检测有限公司，天津 300452)

随着海洋石油事业的飞速发展，一些海洋石油平台已接近或达到设计使用年限，平台生产不可或缺的一些老旧动设备依然在使用，这些动设备对海上油气田的生产和安全仍然发挥着至关重要的作用，目前还没有成熟的针对海洋石油平台延长使用期的动设备评估技术。该文提出通过监测诊断和RCM分析相结合的综合分析和评估技术，根据在用动设备的不同技术状态给出不同评估结论和建议，保证海上平台延长使用期的动设备安全平稳运行，而且节约成本。

动设备；延长使用期；监测诊断；RCM分析

0 引言

随着海洋石油事业的飞速发展，一些海洋石油平台接近或达到设计使用年限，平台生产不可或缺的一些老旧动设备依然在用，如果按照设计期限进行报废更新，需要很大投入，增加生产成本。适当延长动设备使用期限，尽最大限度发挥动设备对海上油气田的生产和安全起到的重要作用，更好地体现动设备的使用价值。目前，还没有成熟的针对海洋石油平台延长使用期的动设备评估技术，因此，研究海洋石油平台在延长使用期的条件下，保证在用动设备能够安全平稳的运行具有重要意义。该文根据海洋石油平台动设备的特点，提出通过数据收集了解设备以前的运行状态、发展趋势等，通过状态监测与故障诊断来评价设备的当前状态，并与RCM分析等多种手段相结合，对设备可靠性进行综合分析和评估，制定海洋石油平台在满足安全平稳运行的条件下，在用动设备继续运行、维修、保养、更换、改造或重新设计等不同的方案和策略。

1 动设备分析和评估总体技术

图1 动设备分析评估技术流程图

海洋石油平台的动设备主要有燃气透平发电机组、天然气压缩机、空气压缩机、外输泵、注水泵、注水增压泵、生产水泵、热介质循环泵、开排泵、闭排泵、中央空调、各种风机和吊机等设备。这些设备大都有电机驱动，大部分都是旋转机械，只有天然气压缩是往复机械。燃气透平发电机组、天然气压缩机、注水泵、吊机等设备使用润滑油较多，润滑油对设备起着重要的作用和影响。

动设备分析和评估总体技术包括现场调研和数据收集、设备监测诊断和可靠性评估三部分(如图1所示)。

1.1 现场调研和数据收集

现场调研和数据收集主要是了解平台所有动设备的基本情况以及历史背景，以便针对设备状态,为可靠性分析和评估提供数据支持。

主要收集设备的以下数据：设备基本信息，如设备位置、设备的类型、设备冗余度、工作模式、技术参数等；设备的现场使用数据，如现场运行数据、运行时间、工况数据以及现场检查和保养数据等相关记录；设备的监测数据，设备的状态和发展变化；设备的故障数据，如设备的故障开始时间、故障的发展变化、故障部位、故障模式、故障原因、故障率、故障影响(安全影响、环境影响、经济影响、维修成本等)、生产中断时间、P-F间隔期(潜在故障发展到功能故障的时间)、故障的监测方法等；设备的维修数据，如维修设备、工具、备件、工种、工时和成本等。

1.2 动设备监测和诊断

动设备监测和诊断技术通过采集设备的振动、温度、润滑油等数据，通过频谱分析、红外热成像分析、润滑油磨损颗粒分析等手段，分析设备的目前状态，设备故障，故障的严重程度，如何维修[1]。同时结合设备的生产日期、设备状态发展变化趋势、设备的故障数据、维修数据和故障率等基本信息和历史数据，综合分析设备延长使用期的可能性和延长使用期需要满足的条件。

1.3 动设备可靠性分析和评估

动设备可靠性评估采用以可靠性为中心的维修策略分析方法，对平台的所有动设备在收集数据的基础上进行关键性分析和筛选，筛选出故障率高，对安全、环境、生产影响大，并且维修成本高的关键性设备，然后对筛选出的关键性设备按照失效模式及其影响分析、失效原因分析、逻辑决断分析和维修策略整理等步骤制定出预防性维修，来保证动设备的可靠性。

2 动设备监测和诊断

2.1 动设备监测诊断方案和流程

动设备的监测和诊断方案和流程如图2所示，首先根据不同设备和故障特点，分别采用振动监测、往复机械专项监测、润滑油监测、热成像监测和电机静态监测，监测设备的不同故障，再结合设备的状态发展变化趋势、故障维修情况等历史数据进行综合分析，最后给出是继续运行、还是进行维修保养或更换、或者是进行结构改造或重新选型，才能满足延长使用期时安全、平稳运行的需要。

2.2 动设备监测诊断技术

不同的设备有不同的故障，不同的故障有不同的特征和表现形式，针对不同的设备和故障采用有针对性的监测和诊断技术，才能保障设备的故障能被有效的监测到。根据平台设备和故障特点，目前常用的监测手段主要有旋转机械振动监测(简称振动监测)、往复机械监测、润滑油监测、红外热成像监测和电机静态监测。

2.2.1 振动监测

振动监测是平台传统的监测项目，也是平台动设备一直采用的监测手段。这种监测对旋转机械的不平衡、不对中、松动、轴弯曲、转子碰磨、油膜涡动、气蚀、轴承故障和齿轮故障等旋转机械故障比较有效。燃气透平发电机组、注水泵和外输泵等离心泵、空压机、吊机等旋转机械均采用振动监测技术。

目前的振动监测有离线监测和在线监测两种形式，平台上一些关键动设备安装了在线监测系统，在线监测系统实时记录了设备的运行状态，为设备状态分析和评估提供了有利条件，对于安装在线的动设备，可以充分利用在线监测数据进行分析(如图2所示)。

图2 动设备监测诊断综合分析

2.2.2 往复机械监测

平台上有天然气压缩机和发动机两种往复式机械，对于这两种设备如果采用传统的旋转机械监测手段，虽然可以监测振动发展变化趋势，但是当往复机出现气阀泄漏、阀片断裂、活塞环和支撑环磨损、气缸磨损、活塞杆断裂、拉缸、撞缸、大小头瓦磨损、填料磨损等故障时，就不能进行有效地监测。因此，天然气压缩机和发动机等采用这种往复机械监测技术。

2.2.3 润滑油监测

任何机械设备都是由若干零部件组合而成的，在机械设备运转过程中，运动零部件会按规定的接触表面作相对运动，有接触表面的相对运动就有摩擦，就会消耗能量并造成零部件的磨损，从而产生磨粒和磨屑。通过润滑油监测和分析就会发现设备是否磨损、磨损的严重程度以及润滑油是否乳化变质等，这对于动设备的分析和评估是十分重要的。因此，对于燃气透平发电机组、天然气压缩机、空压机、注水泵和吊机等润滑油对设备影响比较大的设备，需进行润滑油监测和分析。

2.3 设备历史数据整理

不但要收集设备的数据而且要整理好这些数据。设备数据整理包括基本信息的整理、设备状态的整理、设备故障数据的整理、设备维修数据的整理、设备保养数据的整理等。通过整理统计设备的状态发展变化趋势，找出设备的故障类型、故障率，从而判断设备处于生命周期的阶段，设备故障的原因和影响等，整理出这些数据为设备的综合分析和评估做准备。

2.4 设备监测诊断综合分析

根据设备不同的故障和严重程度，结合设备以前使用时出现的故障等历史数据，对设备的状态进行综合分析和评估。对于运行历史和目前状况都比较良好的设备，可以继续运行。对于监测到存在故障的设备通过补充或更换润滑油等可以解决的进行保养，对于磨损的轴承和齿轮等需要更换的进行更换，对于需要做对中、动平衡的进行维修。对于高故障率的设备经常出现的问题进行根本原因分析，比如撬块基础强度不足的对撬块进行改造，增加支撑强度，对于选型不当造成的设备进行重新设计或选型。

3 动设备可靠性分析和评估

动设备的可靠性分析和评估采用以可靠性为中心的维修即RCM技术。

RCM的分析过程主要有关键性分析、失效模式及其影响分析、失效原因分析、逻辑决断分析、综合形成维修策略[2-3]。

3.1 关键性分析

关键性分析包括两个层次，第一个层次是设备的关键性筛选，通过对平台所有动设备进行关键性筛选，筛选出关键性中和高的动设备；第二个层次是对筛选出的中高关键性的设备的部件再进行关键性筛选，筛选出关键性中和高的关键性部件。

3.2 失效模式及其影响分析

通过关键性筛选后非关键性部件不需要进行后面的分析了，但是对于关键性部件需要进行失效模式及其影响分析。失效模式的影响是指某一种具体的失效模式在该设备的某一具体部件上发生的频率以及该失效模式发生后对安全、环境、经济和维修成本等方面的影响程度。

3.3 失效原因分析

每一种失效模式的背后都隐含着各种失效原因，只有找到失效原因才能从根本上避免失效的发生。

失效原因的描述直接影响维修策略的选择，在进行失效原因的描述时遵循以下原则：(1)失效原因的描述至少由“一个名词+一个动词”组成；(2)动词要描述清楚具体的原因；(3)失效原因的层次不可太高也不可太低，将失效原因描述到足以能够选择相应的维修策略即可；(4)失效原因的分析应当分析到维护人员有能力解决的层面，而并非一味的追求根本原因。

3.4 逻辑决断分析

逻辑决断分析是RCM分析的核心。RCM逻辑决断分析的流程始于决断图的顶部，通过对问题回答“是”或“否”确定分析流程的方向。通过对重要功能产品的每一个失效原因进行逻辑决断分析，寻找出相应的有效的维修策略、维修工作内容、所需要的工种和维修间隔期等。

通过逻辑决断分析，可以找到对应于某一失效模式下的某一失效原因的维修策略和相应的维修工作内容及其所需要的工种和间隔期。

4 总结

通过数据收集和整理了解设备历史情况和发展变化趋势，通过监测和诊断技术分析设备目前的状态，通过RCM分析评估设备的可靠性，最后对动设备综合分析和评估，给出不同的维修策略和建议。运用这种综合分析和评估技术，可以确保海洋石油平台在用动设备安全平稳运行。

[1] 杨国安.机械设备故障诊断实用技术[M].北京：中国石化出版社，2007：88-137.

[2] 何杉，张少锋，陈明华．基于RCM的海洋采油设备维修策略研究[J]．设备管理与维修，2010(11)：11-13．

[3] 贾希胜．以可靠性为中心的维修决策模型[M]．北京：国防工业出版社，2007：1-39．

The Evaluation Technology for Rotating Equipments of OffshoreOil Platforms Extending Used Life

HE Shan1, XU Jun-hui1, LI Shao-hua1, PANG Shu-min2,CHEN Ming-hua1, LI Jin1

(1.CNOOC Energy Technology & Services-oilfield Construction Engineering Co, Tianjin 300452， China;2.CNOOC Inspection Technology Co. Ltd, Tianjin 300452， China)

With the rapid development of offshore oil industry, some offshore oil platforms have got close to or achieved the design life. Some of the old rotating equipments being indispensable to platforms producing are still in use. The rotating equipments play a vital role in the safety and production of the offshore oil and gas fields. But at present, there is not mature evaluation technology for rotating equipments of offshore platforms extending used life. The comprehensive analysis and evaluation technique combining monitoring and diagnosis and RCM analysis is proposed in this paper, giving different evaluation conclusions and recommendations according to the different status of rotating equipments. This method not only ensures safe and stable operation for the rotating equipments of offshore platforms extending used life, but also saves costs.

rotating equipments; extend used life; monitoring and diagnosis; RCM analysis

2013-07-15

何 杉(1980-)，男，工程师。

1001-4500(2014)03-0027-04

TH17，TE952

A