مناسب للحياة

(الصورة: علم المحيطات)

ضمان بقاء الأصول آمنة ومستدامة من خلال التحليل الهندسي الكمي

مع استمرار الطلب العالمي على مصادر الطاقة ، هناك ضغوط متزايدة على منتجي الهيدروكربون لإيجاد احتياطيات جديدة واستخراج المزيد من الأصول الموجودة. في السنوات الأخيرة ، حققت الصناعة تطورات ملحوظة في تقنيات الاسترداد ، باستخدام تقنية فعالة لإطالة عمر الحقول الناضجة.

نظرًا لأن هذه التسهيلات تمتد إلى ما بعد عمر التصميم الأصلي ويزداد باطراد عبء التحقق من النزاهة والتأكيد ، فمن الضروري إثبات استمرار سلامة وسلامة الأصول القديمة.

أي بنية تحتية تعمل في الخدمة لفترة طويلة ، سواء كانت أوعية الضغط أو أنابيب أو مكونات الماكينة ، يمكن أن تتحلل إلى أن لم تعد تفي بمتطلبات التصميم الأصلية. لذلك ، تتمثل الخطوة الأولى في مراجعة برامج إعادة التطوير في حقول الشيخوخة في تقييم حالة البنية التحتية الحالية وقدرتها على التعامل مع الأحمال التشغيلية الحالية. إذا كان تقييم الحالة يشير إلى المخاوف ، فسيلزم إجراء المزيد من التحليل لتحديد الإجراء العلاجي المناسب لضمان استمرار العمليات الآمنة.

اللياقة للخدمة - ما هو؟
توفر Fitness for Service (FFS) تقييمًا هندسيًا كميًا لإثبات تكامل أحد المكونات لمواصلة العمل في ظل مجموعة محددة من الشروط ، يحتمل وجود آلية عيب أو تدهور. إنه يترجم نتائج التفتيش إلى مخاطر التشغيل والسلامة قابلة للقياس ، مما يتيح قرارات إدارة النزاهة المستنيرة.

يوفر FFS أساسًا للمهندسين للتمييز بين العيوب والظروف المقبولة وغير المقبولة ، مع مبادئ تستند إلى إجراءات معترف بها دوليًا. على الرغم من أن العديد من معايير الصناعة تتناول شكلاً من أشكال اللياقة لتقييم الخدمة ، قام المعهد الأمريكي للبترول (API) بتجميع أفضل الممارسات في معيار تقييم معياري واحد (API 579-1) ، والذي أصبح المنشور الموثوق به حول FFS.

فهم واضح للمخاطر
فوائد إجراء تقييمات FFS واضحة: تقليل وقت التوقف عن العمل ، وتحسين السلامة ، والصيانة الاستباقية ، وجميع العناصر اللازمة للحفاظ على العمليات المستمرة ، بأمان ، ومتوافقة وفعالة قدر الإمكان. ومع ذلك ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه غالبًا هو متى يجب ويجب تطبيق FFS.

غالبًا ما يكون تحديد نقطة الانحراف عن هدف التصميم أكثر تعقيدًا مما كان متوقعًا بسبب عدم وجود معلومات مفصلة عن التصميم والتغيرات في بيئات التشغيل وسيناريوهات التحميل المتعددة أو المعقدة. لذلك ينبغي النظر في تقييم FFS بمجرد أن تتجاوز أي عيوب تم الإبلاغ عنها حدود كود التصميم. على سبيل المثال ، يتجاوز حجم العيب الحد المنصوص عليه في معيار مراقبة جودة التصنيع الأصلي ، وفقدان المعدن الذي يتجاوز بدل تآكل التصميم ، وتدهور خصائص المواد إلى ما دون حدود مواصفات المواد ، أو يتعرض للضغوط ودرجات الحرارة خارج حدود التشغيل الأصلية.

في مجال النفط والغاز ، غالبًا ما يهيمن على التدهور فقدان المعادن نتيجة للتآكل. يميل المشغلون إلى استخدام الحد الأدنى لسماكة الجدار المسموح به (MAWT) كدليل لبدء FFS. بالنسبة لمكونات الأنابيب ، هناك أيضًا اعتماد كبير على إرشادات API 574 للحد الأدنى لسماكة الجدار الهيكلي ؛ على الرغم من أن هذه لا تأخذ بعين الاعتبار درجة المواد أو طول الفترة أو وسيط التشغيل أو ترتيبات الدعم.

على سبيل المثال ، يحتوي نظام الأنابيب 40 "بجدول 40" على سماكة اسمية تبلغ 7.11 ملم ، بما في ذلك سمك محتمل بنسبة 12.5 ٪ تحت التسامح. إذا تم تحديد ذلك لتوفر بدل تآكل قدره 1.5 مم ، فسيؤدي ذلك إلى سمك جدار تصميم أدنى يبلغ 4.72 يبلغ سمك الهيكل الأدنى الافتراضي API 574 لأنابيب الصلب الكربوني المنخفض السبائك 6 بوصة 2.8 مم. إذا تم تصميمه للضغط الداخلي الذي يصل إلى 50 بار ، فإن MAWT للاحتفاظ بالضغط يمكن أن يكون 1.21 مم (حسب درجة المواد).

إذا تم استخدام MAWT لبدء تقييم FFS ، فلن تكون هناك إمكانية لتحقيق نتيجة ناجحة لهذا السيناريو الافتراضي ، فإن سمك الجدار المتبقي لن يفي بمعايير API 579 للحد من السماكة. وبالمثل ، إذا تم استخدام سمك API 574 الهيكلي لبدء تقييم FFS وكان نظام الأنابيب يعمل عند درجات حرارة أعلى من 149 درجة مئوية ، فإنه قد يواجه مستويات إجهاد الأنابيب الحرارية المحلية التي تتطلب مستويات تفوق السماكة الهيكلية. بالنسبة لأوعية الضغط ، فهي أكثر تعقيدًا بسبب التغيرات المحلية في الهندسة ، ومناطق التعزيز المحلية ، والإيقاف الهيكلي الرئيسي وتعقيدات التحميل.

مجرد النظر في المكونات القائمة على سمك للاحتفاظ بالضغط يمكن أن يترك المشغلين عرضة لمخاطر كبيرة. أداء ما لا يقل عن FFS الأساسية بمجرد عدم تلبية متطلبات التصميم يمكن أن تقلل من المخاطر وتوفر نظرة قيمة في حدود التشغيل والتدهور في المستقبل ، وكذلك تسليط الضوء على المتطلبات المستقبلية لل FFS المتقدمة وإصلاح المحتملة.

فك تردي التدهور
الخطوة الأولى لتقييم أي عيب هي تحديد نوع الضرر. إجراءات التقييم خاصة بالأضرار ، حيث يوفر معيار API 579-1 طرق تقييم لـ 12 نوعًا مختلفًا من الضرر. فهم الضرر مهم أيضًا للتنبؤ بالتقدم وتحديد عمر التشغيل الآمن.

لكل نوع ضرر توجد مجموعة فرعية من طرق التقييم ، ولكل منها معايير قابلية للتطبيق وحدود معينة تحتاج إلى النظر فيها. هناك أيضًا مستويات مختلفة من التقييم ، مع زيادة تدريجية في الدقة وتقليل المحافظة ، مصحوبة بزيادة في الدقة المطلوبة لمعلومات الإدخال:

• المستوى 1 - أساسي للغاية ويهدف إلى الفحص السريع للعيوب في مكونات بسيطة ، مع الأخذ في الاعتبار عادة الاحتفاظ بالضغط فقط
• المستوى 2 - متوسط ، للمكونات الأكثر تعقيدًا مع أحمال إضافية ، تتيح زيادة الدقة تقليل هوامش أمان التصميم
• المستوى 3 - التقييم المتقدم للمكونات المعقدة أو التدهور الحاد باستخدام النمذجة الرياضية التفصيلية لتحديد الاستقرار الهيكلي

تصنيف المكونات
يستخدم API 579-1 نظام تصنيف أبجديًا يعتمد على تعقيد المكونات وشروط التحميل ، لتحديد الحد الأدنى المناسب من التقييم:

• النوع A - هو المكون الأساسي ، مع هندسة بسيطة ومعادلة تربط السماكة بالضغط ، وظروف تحميل بسيطة يسيطر عليها الضغط. مكونات الفئة A مناسبة تمامًا لتقييم المستوى الأول
• الفئة B من الفئة 1 - لها أشكال هندسية أساسية مماثلة ومعادلات سمك للمكونات من النوع A ولكنها تتطلب النظر في ظروف تحميل إضافية بسبب الحجم الفعلي و / أو درجة حرارة التعرض. تتطلب مكونات الفئة B 1 تقييم المستوى 2 كحد أدنى
• النوع B - الفئة 2 - هي مكونات أكثر تعقيدًا مع ترابط سمك يتطلب تقييم التصميم الإجرائي بدلاً من سمك بسيط. تتطلب مكونات الفئة B 2 تقييم المستوى 2 كحد أدنى
• النوع C - يحتوي على أكثر الأشكال الهندسية تعقيدًا وتوزيع الأحمال عادةً ما يتسبب في توقف كبير للهيكل المحلي أو الإجهاد يتطلب تحليلًا رياضيًا متقدمًا عن طريق تقييم المستوى 3

التقييم في العمل
مع حالة الخلفية ، تأكيد معلمات التشغيل وآليات الضرر والمستوى الثابت من FFS ، يمكننا إظهار القيمة الحقيقية لل FFS في العمل.

أثناء الفحص الروتيني ، تم اكتشاف التآكل الموضعي تحت العزل (CUI) فوق حلقة التقوية الأفقية في وعاء عمودي كبير. امتدت خسارة المعادن المحلية إلى ارتفاع 200 ملم تقريبًا من حلقة التقوية التي تغطي محليًا كامل محيط القشرة. لم تكن قياسات السماكة الدقيقة ممكنة على الفور بسبب حالة السطح ، لكن التقديرات تشير إلى بقاء 7 مم فقط من الجدار الأصلي مقاس 16 مم في المنطقة الأكثر تضرراً.

تم الاتصال بـ Oceaneering للحصول على المشورة بشأن كيفية إجراء تقييم دقيق لسلامة الجهاز وتشغيله المستمر. كان لدى منشأة الإنتاج القدرة على إيقاف جزئي جزئي لمدة 5 أيام لإعداد السطح والتفتيش على السفينة التالفة. علاوة على ذلك ، إذا كان وقت الإصلاح الطويل ضروريًا ، فسيتطلب المرفق إيقاف تشغيل كامل ، مما يؤدي إلى خسارة مالية كبيرة. تتمحور المخاوف الأساسية حول السلامة المباشرة للأفراد والمعدات ، تليها تخفيف أي وقت توقف مطلوب. توفر FFS معلومات قيمة حول ما إذا كانت العملية المستمرة آمنة ويمكن تحقيقها ، في حين تم التحقيق في استراتيجية إصلاح مناسبة وتصميمها وتنفيذها.

لم تف أبعاد الوعاء بمتطلبات تصنيف مكون النوع A ، حيث يجب مراعاة شروط تحميل إضافية. كما أن موقع الخلل ، المتاخم مباشرة لمصلب ، لا يفي بمتطلبات قابلية التطبيق من المستوى 2 ، مما يشير إلى أن تحليل إجهاد العناصر المحدودة سيكون مطلوبًا لتقييم الإجهاد المحلي وتوزيع السلالة. لذلك كان FFS المتقدم (المستوى 3) هو التقييم المناسب الوحيد.

قدمت Oceaneering بسرعة تقييمًا أوليًا (المستوى 2) استنادًا إلى المعلومات الأولية المتاحة ، في حين واصل المشغل إيقاف التشغيل على المدى القصير لإعداد السطح والتفتيش المفصل. على الرغم من أن التقييم الإشاري غير مناسب للتوثيق ، فقد قدم مؤشراً أوليًا لمخاطر الفشل المحتملة واحتمال نجاح نتيجة التقييم من المستوى 3 ، مما مكن المشغل من تركيز الجهود الفورية على إعادة التشغيل أو الإصلاح. بدأت Oceaneering أيضًا نمذجة هندسية لـ FEA لتسريع عملية التقييم.

تضمن تصميم الوعاء الأصلي النظر في كل من الضغط الداخلي وظروف الفراغ ، مع التشغيل العادي تحت فراغ جزئي. أظهر التقييم الإرشادي لـ Oceaneering أن التصميم الأصلي كان محكومًا بالأحمال الفراغية وليس الضغط الداخلي. من المتوقع أن تتحمل الوعاء الضغوط الداخلية جيدًا بما يتجاوز الحد الأقصى لضغط التصميم ، وكذلك ظروف الفراغ الكاملة ، عند مستويات السماكة التي تم الإبلاغ عنها في البداية. ومع ذلك ، كشف الفحص التفصيلي اللاحق أن فقدان المعادن كان أكبر بكثير مما هو منصوص عليه في الأصل ، مع سمك متبقي يبلغ 2.5 ملم فقط في المنطقة الأكثر تضرراً. زاد هذا من الحاجة الملحة لتقييم المستوى 3 ، وقلل من الثقة في النتيجة الناجحة.

لتسريع النتائج ، تم اتباع نهج تدريجي لتقييم حالات الحمل. أولاً ، تم تقييم الفراغ المشترك والوزن والأحمال الحرارية لإثبات سلامة التشغيل الطبيعي المستمر. أشار تقييم الحد الأقصى للحمل والبطانة إلى الاستقرار الهيكلي الشامل والمقاومة الكافية للبطانة في ظل فراغ كامل ، مع عدم وجود تغيير في سلوك مشبك التصميم في وجود العيب ، وعدم وجود سلالات بلاستيكية مفرطة. وبالتالي ، اعتبرت السفينة صالحة للخدمة المستمرة للتشغيل العادي (الفراغ الجزئي) ويمكن أن تبدأ الاستعدادات لإعادة التوصية ، مع توفير الحماية المناسبة لتجنب حدوث اضطرابات.

ثانيا تم تقييم الضغط الداخلي والوزن والأحمال الحرارية خلال ظروف اضطراب. أشار التقييم إلى عدم الاستقرار الهيكلي المحتمل والسلالات البلاستيكية المفرطة عند ضغوط تفوق 70٪ من أقصى ضغط تصميمي ، مما يتطلب تشتيت الوعاء بسبب اضطرابات محتملة. أخيرًا ، أشار تقييم أحمال الرياح إلى أن سلامة السفينة لن تتعرض للخطر عند سرعات الرياح التصميمية.

وخلصت شركة Oceaneering إلى أنه نظرًا لانخفاض الحد الأدنى للسمك المتبقي والانحطاط المطلوب للضغط الداخلي ، فلن تتمكن السفينة من تحمل أي خسارة معدنية إضافية كبيرة. تم اعتباره مناسبًا للخدمة المستمرة على المدى القصير ، شريطة أن يتم تخفيضه إلى 70٪ من أقصى ضغط تصميمي أصلي ، وأن تمنع المزيد من التدهور عن طريق الحماية المؤقتة من التآكل ، وتم تصميم الإصلاح المناسب وتنفيذه في إطار زمني معقول.

ثبت فوائد تطبيق FFS
نظرًا لما تتسم به FFS من أهمية وإلحاح ، فإن التعليقات المرحلية المنتظمة والنتائج الأولية تعتبر ضرورية لتمكين اتخاذ قرار دقيق دون الحاجة إلى انتظار تقرير رسمي نهائي. على سبيل المثال أعلاه ، قدمت Oceaneering للعميل نتائج إرشادية والقدرة على اتخاذ قرار مستنير في غضون ثلاثة أيام ، مما يضمن إمكانية إعادة تشغيل الجهاز بأمان ، جنبًا إلى جنب مع البحث عن حلول إصلاح.

في معظم الحالات ، عندما يتم إجراء FFS من قبل دعاة الصناعة الأكفاء ، فإن تكلفة التقييم تفوقها إلى حد كبير فوائد الحصول على فهم أكثر تفصيلاً للضرر والمخاطر المحتملة وحدود التشغيل الآمنة واحتمال الإصلاح. يوفر FFS رؤية قيمة للمخاطر المرتبطة بتركيبات المكونات والعيوب ويدعم الإدارة الفعالة للنزاهة في المستقبل.

إن تضمين تكنولوجيا FFS وقدرات التقييم كجزء من استراتيجية إدارة الأصول يمكن أن يخلق كفاءات تشغيلية كبيرة ، ويقلل من احتمال إجراء إصلاحات غير مخطط لها ومكلفة. إن التأكد من إدراك المشغلين تمامًا لماهية FFS ولماذا يوجد كجزء من ميزانية برنامج الصيانة ، يمكن أن يمنع عمليات الإيقاف الممتدة ، ويعزز الاسترداد ويحافظ على سلامة الأصول لفترة أطول.