适合生活

（照片：海洋工程）

通过定量工程分析确保资产保持安全和可持续发展

随着世界对能源的不断需求，碳氢化合物生产商面临越来越大的压力，他们需要寻找新的储量并从现有资产中提取更多资源。近年来，该行业在恢复技术方面取得了显着进步，使用高效的技术来延长成熟领域的寿命。

由于这些设施的使用寿命已超出其原始设计寿命，并且完整性验证和保证的负担稳步增加，因此必须证明老化资产的持续安全性和完整性。

长期使用的任何基础设施，无论压力容器，管道还是机器组件，都有可能退化，直到不再满足原始设计要求。因此，审查老化领域的重建计划的第一步是评估现有基础设施的状况及其处理当前运营负荷的能力。如果状况评估表明存在问题，则需要进行进一步分析以确定适当的补救措施，以确保持续，安全的操作。

服务适合度-这是什么？
服务适用性（FFS）提供了定量的工程评估，以证明组件的完整性，以便在特定条件下（可能存在缺陷或退化机制）继续运行。它可以将检查结果转化为可量化的操作和安全风险，从而实现明智的完整性管理决策。

FFS为工程师提供了依据国际公认程序的原理来区分可接受和不可接受的缺陷与状况的基础。尽管许多行业标准都针对某种形式的服务评估进行了规定，但美国石油协会（API）将最佳做法汇编为一个单一的模块化评估标准（API 579-1），该标准已成为FFS的权威出版物。

清楚地了解风险
进行FFS评估的好处显而易见：减少停机时间，提高安全性，主动维护，保持持续运行所必需的所有要素，使其尽可能安全，合规和高效。但是，关于何时应且必须应用FFS的问题经常出现。

由于缺少详细的设计信息，操作环境的变化以及多种或复杂的加载情况，因此确定偏离设计意图的点通常比预期的要复杂。因此，一旦报告的任何缺陷超出设计规范限制，应立即进行FFS评估。例如，缺陷尺寸超过原始制造质量控制标准中规定的极限，金属损失超过设计腐蚀余量，材料性能下降到材料规格极限以下，或暴露在原始操作范围之外的压力和温度下。

在石油和天然气中，降解通常是由于腐蚀导致的金属损失。操作人员倾向于使用最小允许壁厚（MAWT）作为启动FFS的准则。对于管道组件，还极大地依赖于API 574准则来最小化结构壁厚；尽管这些未考虑材料等级，跨度，工作介质或支撑装置。

例如，一个6英寸Schedule 40管道系统的标称厚度为7.11毫米，包括在公差下的潜在12.5％的厚度。如果指定具有1.5毫米的腐蚀余量，则其最小设计壁厚为4.72毫米毫米。6英寸碳钢和低合金钢管的API 574默认最小结构厚度为2.8毫米。如果设计用于高达50 bar的内部压力，则用于保持压力的MAWT可能为1.21mm（取决于材料等级）。

如果使用MAWT进行FFS评估，则在这种假设情况下将不可能获得成功的结果，剩余的壁厚将无法满足API 579极限厚度标准。同样，如果使用API 574结构厚度进行FFS评估，并且管道系统在149°C以上的温度下运行，则可能会遇到局部热管应力水平，该应力水平要求大大超过结构厚度。对于压力容器，由于几何形状的局部变化，局部加固区域，主要的结构不连续性和载荷复杂性，它甚至更加复杂。

仅考虑基于厚度的组件来保压，可能会使操作员面临重大风险。一旦不再满足设计要求，则至少执行基本FFS可以降低风险，并提供有关运行边界和未来降级的宝贵见解，并突出显示高级FFS和潜在维修的未来要求。

解码质量下降
评估任何缺陷的第一步是识别损坏类型。评估程序是针对特定损害的，API 579-1标准提供了针对12种不同类型损害的评估方法。了解损坏对于预测进度并确定剩余的安全使用寿命也很重要。

对于每种损坏类型，都有一部分评估方法，每种评估方法都需要考虑特定的适用性和限制标准。评估的级别也有所不同，准确性逐步提高，保守性降低，而输入信息的准确性要求也随之提高：

• 1级-非常基础，旨在快速筛选简单组件中的缺陷，通常仅考虑压力保持
• 级别2-中级，对于具有额外负载的更复杂的组件，更高的精度可降低设计安全裕度
• 3级-使用详细的数学模型确定结构稳定性，对复杂组件或严重退化进行高级评估

组件分类
API 579-1使用基于组件复杂性和加载条件的字母数字分类系统来确定适当的最低评估级别：

• A型-是最基本的组件，具有简单的几何形状和将厚度与压力相关的方程式，以及简单的加载条件（以压力为主导）。 A型组件非常适合1级评估
• B类1类-具有与A类组件相似的基本几何形状和厚度公式，但由于物理尺寸和/或暴露温度而需要考虑其他加载条件。 B类1类组件至少需要2级评估
• B类2类-是具有厚度依赖关系的更复杂的组件，需要程序设计评估，而不是简单的厚度。 B类2类组件至少需要2级评估
• C型-具有最复杂的几何形状和载荷分布，通常会导致明显的局部结构或应力不连续性，需要通过3级评估进行高级数学分析

评估行动
确认了FFS的背景条件，运行参数，损坏机理和既定水平后，我们可以证明FFS在行动中的真实价值。

在例行检查期间，在大型垂直容器中的水平加劲环上方检测到绝缘层下的局部腐蚀（CUI）。从加强环向上局部覆盖大约200mm的局部金属损失，覆盖整个壳体的整个圆周。由于表面条件的原因，无法立即进行准确的厚度测量，但估计表明，在受影响最严重的地区，原始的16mm墙仅剩7mm。

联系了Oceaneering，以寻求有关如何准确评估设备安全性和持续可操作性的建议。生产设备有能力短期，部分关闭5天，以进行表面准备和检查受损容器。除此之外，如果需要更长的维修时间，则该设施将需要完全关闭，从而造成大量财务损失。主要的关注点是人员和设备的即时安全，其次是减少所需的停机时间。 FFS将提供有关继续操作是否安全和可实现的宝贵信息，同时对适当的维修策略进行了研究，设计和实施。

由于必须考虑其他装载条件，因此容器尺寸不符合A类部件分类的要求。缺陷的位置，紧邻加劲肋，也不满足2级适用性要求，表明需要进行有限元应力分析来评估局部应力和应变分布。因此，高级FFS（3级）是唯一合适的评估。

Oceaneering根据可用的初始信息迅速提供了初步（2级）评估，而操作员则进行了短期停机以进行表面准备和详细检查。尽管不适合证明完整性，但指示性评估提供了潜在故障风险和成功获得3级评估结果的可能性的初步指示，从而使操作员能够立即将精力集中在重新调试或维修上。海洋工程还启动了FEA的几何建模，以加快评估过程。

最初的容器设计考虑了内部压力和真空条件，并在部分真空下正常运行。 Oceaneering的指示性评估表明，原始设计受真空负荷而非内部压力支配。预计在最初报告的厚度水平下，容器将承受的内部压力远远超过最大设计压力以及全真空条件。但是，随后的详细检查显示，金属损失大大超过了最初规定的水平，在受影响最严重的区域仅剩2.5mm的厚度。这增加了进行3级评估的紧迫性，并降低了对成功结果的信心。

为了加快结果，采用了分阶段评估负载情况的方法。首先，评估了真空，重量和热负荷的总和，以证明继续正常运行的安全性。极限载荷和屈曲评估表明整体结构稳定，在完全真空下具有足够的抗屈曲性，在存在缺陷的情况下设计屈曲行为没有变化，并且没有过多的塑性应变。因此，该船被认为适合继续正常运行（部分真空），并且可以进行重新调试的准备工作，并采取适当的保护措施以防止发生不适状况。

其次，评估了在不正常状态下的内部压力，重量和热负荷。评估表明，在超过设计最大压力的70％的压力下，潜在的结构不稳定性和过大的塑性应变，需要针对潜在的不安定条件对容器进行降额。最后，对风荷载的评估表明，在设计风速下不会损害船舶的完整性。

海洋工程公司得出的结论是，由于最小剩余厚度低以及需要进行内部压力降额，该船将无法承受任何重大的进一步金属损失。如果将其降到其原始设计最大压力的70％，并通过临时防腐蚀措施抑制进一步的退化，并在合理的时间范围内设计和实施适当的维修，则可认为它适合短期继续使用。

应用FFS的行之有效的好处
由于与FFS相关的紧迫性和紧迫性，定期的进度反馈和初步结果对于实现准确的决策而无需等待最终的正式报告至关重要。对于上述示例，Oceaneering在三天内为客户提供了指示性结果和做出明智决定的能力，从而确保了设备可以安全地重新投入使用，同时寻求维修解决方案。

在大多数情况下，当由有能力的行业倡导者进行FFS评估时，对损坏，潜在风险，安全操作范围和维修可能性的更详细的了解将大大超过评估的成本。 FFS提供了与组件和缺陷组合相关的风险的宝贵见解，并支持有效的未来完整性管理。

将FFS技术和评估功能作为资产管理策略的一部分可以提高运营效率，减少计划外和昂贵维修的可能性。确保操作员完全了解FFS是什么以及为什么FFS作为维护计划预算的一部分，可以防止停机时间延长，提高恢复效率并延长资产安全时间。