海洋平臺結(jié)構(gòu)與設(shè)備的可靠度與風(fēng)險(xiǎn)評估

劉平

摘 要：海洋平臺在海洋油氣田開采中起著決定性的作用，海洋平臺結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及設(shè)備的可靠性影響著海洋油氣田開采的效率。海洋平臺結(jié)構(gòu)受到外部因素而發(fā)生損壞時，不僅會使工作人員的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全受到損失，而且會給環(huán)境造成巨大的污染，還會使企業(yè)受到較大的經(jīng)濟(jì)損失和設(shè)備損壞。為了保障海洋平臺結(jié)構(gòu)與設(shè)備的可靠性，相關(guān)部門要針對其中存在的問題提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：海洋平臺；結(jié)構(gòu)分析；設(shè)備的可靠性；風(fēng)險(xiǎn)評估

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.065

1 前言

海洋平臺的結(jié)構(gòu)與設(shè)備的穩(wěn)定性評估成為海洋油氣能源開發(fā)的前提，進(jìn)行良好的評估為長期的油氣開采工作提供了良好的保障。本文主要從導(dǎo)管架平臺極限承載力時變可靠性評估、爆炸條件下海洋結(jié)構(gòu)平臺所發(fā)出的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析、海洋平臺爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估等三個方面進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述。同時對于評估過程和評估方法進(jìn)行了一系列研究與改進(jìn)，旨在提高海洋平臺結(jié)構(gòu)與設(shè)備評估的準(zhǔn)確性和有效性。

2 導(dǎo)管架平臺極限承載力時變可靠度評估

在油氣開采過程中，導(dǎo)管架平臺得到了非常廣泛的應(yīng)用，但是在具體應(yīng)用過程中由于多方面因素的影響，誘發(fā)了多起海洋平臺失效事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，此時就需要相關(guān)部門做好海洋平臺的安全評估工作。海洋環(huán)境條件比較復(fù)雜，在腐蝕等因素的作用下，將會嚴(yán)重減弱海洋平臺的抵抗能力，因此隨時間變化來對海洋平臺的可靠性進(jìn)行評估尤為重要。如今，時變可靠度評估離實(shí)際工程中的應(yīng)用還存在一定的距離，尤其是與海洋平臺相關(guān)的變可靠度分析更是少之又少。通常情況下，對于不同部位的導(dǎo)管架平臺其腐蝕速率存在一定的差異，比較常見的導(dǎo)管架平臺腐蝕區(qū)域包括潮差區(qū)、大氣區(qū)和浸沒區(qū)三大部分。這些部位的腐蝕速率從大到小依次為大氣區(qū)、浸沒區(qū)、潮差區(qū)。其中大氣區(qū)主要是對結(jié)構(gòu)的上部構(gòu)建產(chǎn)生一定的影響，而浸沒區(qū)和潮差區(qū)一般會對導(dǎo)管架構(gòu)件產(chǎn)生影響，且對平臺的安全性提出了非常高的要求。對于海洋平臺而言，當(dāng)導(dǎo)管架平臺建立在潮海海域時，需要對其冰荷載給予考慮，反之如果建立在中國南海區(qū)域時，不需要對其冰荷載給予考慮。實(shí)際上，冰的破壞類型比較多，常見的有屈曲破壞、擠壓破壞和彎曲破壞，其中擠壓破壞過程中所產(chǎn)生的力最大。在極值冰的影響下下，在對海洋平臺的安全性進(jìn)行評估時，需要對冰的靜力作用給予考慮，此時的冰荷載概率模型需要借助統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行分析，具體從以下幾個環(huán)節(jié)進(jìn)行：首先需要按照冰荷載模型來對平臺整體冰荷載函數(shù)進(jìn)行求解，其次，構(gòu)建極值冰厚的概率模型，其一般需要借助蒙將卡法來產(chǎn)生所需要的極值冰厚隨機(jī)數(shù)，再次將所獲得的極值冰厚數(shù)據(jù)錄入到整體冰荷載模型中，就可以得到整體冰荷載數(shù)據(jù)，隨后就可以借助統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來對整體冰荷載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，隨后就可以獲得冰荷載的概率模型。

3 海洋平臺火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估

對于海洋平臺而言，在進(jìn)行火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估時，要采用風(fēng)險(xiǎn)評估方法的操作流程，由于海洋平臺上具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分布、數(shù)量繁多的油氣設(shè)備，無形之中增加了火災(zāi)爆炸發(fā)生的可能性，此時如果借助連續(xù)型概率函數(shù)來對火災(zāi)或爆炸發(fā)生的數(shù)量進(jìn)行對策，則會得到多個不同的結(jié)果，而且需要消耗大量的時間，但是最終的結(jié)果不一定理想。如果選擇抽樣的方法來查明泄漏場景后，就能夠在此基礎(chǔ)上推測后續(xù)的爆炸或火災(zāi)場景。通常情況下，火災(zāi)一般是在發(fā)生泄漏后立即點(diǎn)燃引發(fā)的，其與起火時間、起火位置之間沒有必然的聯(lián)系，所以泄漏場景的參數(shù)就可以看做是火災(zāi)場景的參數(shù)。對于火災(zāi)爆炸而言，其通常是指氣體發(fā)生泄漏后，會慢慢的擴(kuò)散的空氣中，然后與空氣進(jìn)行混合后被點(diǎn)燃導(dǎo)致的，其爆炸效果與起爆位置、起爆時間等有關(guān)系。通常情況下，一個區(qū)域的混合氣體是否可以起爆，與該區(qū)域氣體燃料的濃度保持著密切的相關(guān)性，只有燃料濃度達(dá)到一定要求后，才可以被點(diǎn)燃起爆。因此，為了提高海洋平臺結(jié)構(gòu)和設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，就需要選擇與之相匹配的有限數(shù)量分析方法，來開展火災(zāi)與爆炸的風(fēng)險(xiǎn)評估工作，以提高評估的整體效果。國際上，在火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估過程中，基本上會選擇定性風(fēng)險(xiǎn)分析方法，在對相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，制定一套與火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估相匹配的分析方案，以確保評估和分析工作的順利進(jìn)行。需要指出的是上述方法一般是針對氣體泄漏引發(fā)的火災(zāi)與爆炸場景，并不適用于其他方式所引發(fā)的火災(zāi)爆炸場景。在進(jìn)行某海洋平臺風(fēng)險(xiǎn)評估過程中，通?？梢源_保可能泄漏的燃料和幾何結(jié)構(gòu)，但是其他參數(shù)屬于變量，其會引發(fā)泄漏場景的不確定性，從而增加了海洋平臺火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評估的整體效果。

4 火災(zāi)作用下海洋平臺結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析

在進(jìn)行海詳平臺風(fēng)險(xiǎn)評估過程中，要對特定火災(zāi)場景下所進(jìn)行的海洋平臺結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析工作給予高度的重視。通常情況下，在對特定火災(zāi)場景結(jié)構(gòu)物響應(yīng)分析階段，要準(zhǔn)確了解和掌握結(jié)構(gòu)物的溫度分布情況，其一般涉及到所有的熱傳遞過程，下面將會以噴射火條件下的鋼管結(jié)構(gòu)溫度為例進(jìn)行分析，由于燃燒反應(yīng)過程中，會釋放出大量的熱量，從而導(dǎo)致周圍溫度不斷升高，同時在氣體流動的過程中會與周圍氣體出現(xiàn)熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，即所謂的氣體熱傳導(dǎo)方式；此外，氣體熱傳導(dǎo)會導(dǎo)致鋼管周圍氣體溫度出現(xiàn)不同程度的升高，并引發(fā)氣體與結(jié)構(gòu)熱對流的變化，誘發(fā)結(jié)構(gòu)表面溫度升高。實(shí)際上，鋼管結(jié)構(gòu)內(nèi)部從表面向其他部位傳熱主要是以固體熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行的。然而，與氣體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，氣體和固體的對流與輻射速率、固體的熱傳導(dǎo)速率比較慢，此時可以忽略氣體的傳熱作用。對于鋼結(jié)構(gòu)而言，如果遇到比較嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸時，將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)超過400度，誘發(fā)結(jié)構(gòu)塑性變形。

5 總結(jié)

良好的評估方法對于海洋平臺的結(jié)構(gòu)與設(shè)備分析來說非常重要。本文針對海洋平臺穩(wěn)定性的一些評估方法進(jìn)行闡述，簡述了其中的不足，并提出了更加高效準(zhǔn)確的評估方案，促進(jìn)了海洋平臺結(jié)構(gòu)與設(shè)備的評估的進(jìn)行。相關(guān)部門要做好海洋平臺結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析，使得平臺結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)許用載荷的需要，具備一定的抗災(zāi)能力，保障油氣開采的安全性。

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