船级社指南 固定式导管架平台结构基于风险的检验指南 GD 23-2019

1 1 1 3 3 3 4 4 4 4 5 6 6 7 7 8 8 8 8 12 12 15 15 16 17 20 20 23 24 25 26 27 27 28 29 34 34 35 36 37 37 41 41 42 44 46 47 47 48固定式导管架平台结构基于风险的检验指南1第一章总则施等内容，适用于海上固定式导管架结构，其它类似结构型式可1.1.3本指南提供的固定式导管架平台风险分析方1.1.4长期和准确的海洋环境条件是进行环境载分布来自于对南海海域自1972年至2011年连续40年的海况参数的统计分析，这些海洋环境数1.1.5使用者应注意到多种不确定性因素会导致1.1.6使用者还应考虑到平台海域沿岸国主管当lAPIRP580,Risk-BasedInsplAPIRP581,Risk-BasedInlAPIRP2AMMS,Reliabilityvs.ConsequenceofFailureforAPIRP2AFixedPlatformsUsinglAPIRP2A-WSD,RecommendedPracticeforPlanning,DesignlAPI-RP-2SIM,StructuralIntegrityManagementofFix固定式导管架平台结构基于风险的检验指南2(5)累积疲劳失效概率：导管架节点在累积疲劳损伤的情况下发生失效的概率。(7)年度风险概率：导管架平台评估当前年份的风险概(8)设计疲劳系数：节点计算疲劳寿命与设计寿命的比(1)RBI：基于风险的检验(RiskBasedInspection)(2)RSR：储备强度系数(ReserveStrengthRa(3)RCR：剩余储备强度系数(ResidualCapacityRatio)(4)RIF：剩余能力影响系数(ResidualInfluenceFactor)(5)Pf：失效概率(ProbabilityofFailure)(6)Pf-accumulated：疲劳累积失效概率(AccumulatedProbabilityofFatigueFailure)(7)Pf-coll|Fatigue：基于疲劳的倒塌失效概率(CollapseProbabilityBasedFatigueFailure)(8)Pf-annual(RISK)：年度风险概率(AnnualProbabilityofRisk)(9)DFF：设计疲劳系数(DesignFatigueFactor)固定式导管架平台结构基于风险的检验指南3第二章RBI的基本内容措施的制定，例如维修、装备更新；预期风险水平的确(5)估算评估所需资源和时间。并为组织内其他人提供风险管理的框架，使风险评估人员的职责是收集所有的数据，执行RBI分析。他固定式导管架平台结构基于风险的检验指南4础冲刷、腐蚀、牺牲阳极消耗和保护电位等识别失效模式涉及导管架平台的弱化机理、频发分析每种失效模式（疲劳损伤、应力腐蚀开裂等）发生的5合适的评价方法进行失效后果的分级。对于定性的分析方法，失一旦确定了失效概率和失效后果，就可以计算风险，即：风险=概率×后果。如果概率和后(2)风险管理决策和可接受风险等级分析每一变量及其对风险的影响敏感性，并确定6(4)评价检验结果，确定整改措施(5)使用RBI管理费用，实现运行周期的成本最小化(a)发生重大变化之后。很多原因会引起风险的重大变化。有资质的人员要评估每一个重7(b)规定时间之后。尽管没有发生重大变化，长时间会发生很多细小的变化。用户应确定(c)实施风险消减策略之后。一旦实施了风险消减策略，要注意消减风险策略是如何将风险降低到可接受水平。同时，用风险再评估和(d)维护检修之前和之后。在维护检修之前进行评估，使检修作为计划的一部分，有益于实施RBI再评估。由于大量的检验，维修和修改2.11RBI文件和记录的保存充分获取对RBI评估有效的文件资料十分重要。通常文(4)用于进行风险计算的输入和来源；(6)风险评价的结果（包括概率和结果的资料(8)缓解措施后的风险水平（如实施风险削减后的残余风险(9)确定检验范围和频率所参考的规范或标准。RBI实施流程如图2.3所示。固定式导管架平台结构基于风险的检验指南8第三章导管架平台结构的疲劳失效概率海洋平台结构的疲劳极限状态方程可以使用下M(t)=R(t)-S(t)(3.1)Pf(t)=P(M(t)≤0）(3.2)Pf=Φ(-β)(3.3)式中，Φ()为标准正态分布函数。值范围一般为0.8~1.0；q是Weibull分布的尺度参数，单位为MPa，计算式为：q(3.5)在详细计算疲劳失效概率时，极限状态方程由下式固定式导管架平台结构基于风险的检验指南9σ=σln+σla+m2σlq(3.10)CoVCoV式中，Fatigueloading和An表3.1疲劳荷载的CoVFatigueloading值CoVFatigueloadingCoVAnalysispf=pf(g≤0)=Φ(-β)（3.12）上面的计算是基于n、q和a三个变量进行的，通过以上的参数可以计算得到评估热点的累积疲劳失效概率。对于海洋平台导管架结构构件，累积疲劳概率与疲固定式导管架平台结构基于风险的检验指南会有裂纹发现，由于这些裂纹会对结构的完整表3.3设计疲劳系数与失效概率的关系（载荷效应的CoV=0.20）1235x年）的年度失效概率为：固定式导管架平台结构基于风险的检验指南率。根据NORSOKN-001和APIRP2A中关于对疲劳安全系数的相关要求，该失效概率可以作为具有严重失效后果构件的目标失效概率，记为Pac。通过累积疲劳失效概率其中，PSYS为假定分析热点已发生疲劳裂纹断裂的剩余结构的失效概率，也可叫倒塌失效概率，S-N曲线数据直接从实验得来，而基于断裂力学方法计算时需要输入额外的参数，然而，由于线模型对应的结果，以达到校准目的。本指南将校准过程minf(x)=Σ1[βCG(x,i)-βSN(i)]2(3.15)s.t.xj≤xj≤xj,j=1,2,…n式中，Td为平台设计服役寿命，xj为待校准参数型中所有变量组成的向量；xj为待校准变量，是x的一个子集；xj、xj分别表示xj的下限和上限；固定式导管架平台结构基于风险的检验指南Pf=P(M|H)(3.16)式中，M为校准后的概率断裂力学模型的状态方程，H为检验及维修事件。Pf(t)=P(M(t)≤0)(3.17)在t1时进行了第一次检验，而且没有检测到裂纹。在t时（介于第一次检验t1到第二次检验Pf(t)=P(M(t)≤0|H(t1)>0)(3.18)经过N次检验（t1、t2、t3……tN分别是N次检验的时间）且N次都没有发现裂纹的情况下，Pf(t)=P(M(t)≤0|H(t1)>0∩H(t2)>0∩⋯∩Pf(t)=P(M(t)≤0|H(t1)≤0)（3.20）假设结构在服役Ti年后进行了一次疲劳检验，检验结果通常包括四种情况：检验未发现裂a(Ti)<ad(3.21)式中，a0为初始裂纹尺寸，ad为最小可测裂纹尺寸，最小可测尺寸可以直接从检测设备的PoD曲线得到，ad是一个随机变量，因为发现一个可测大小的裂纹也是一个概率事件。a(Ti)定义为ad≤a(Ti)(3.23)a(Ti)=am式中，am为测得的裂纹尺寸，由于可能的测量误差或已测裂纹尺寸的不确定性，所以am也是一固定式导管架平台结构基于风险的检验指南式中，a0,new，mnew，cnew为裂纹修复后的新值。固定式导管架平台结构基于风险的检验指南第四章导管架平台结构的倒塌失效概率效。通过导管架平台的极限强度分析，可以得到海洋平台的RSR值；针对海洋环架平台构件发生损伤失效后，重新确定删除损伤构件后平台的RSR值，即RCR值，平台极限水平荷载设计水平荷载平台极限水平荷载设计水平荷载其次定义无量纲的环境载荷E的年超越概率环境载荷长期分布存在差异，对于南海海域，推荐A=0.272，B=0.158。图4.2给出了南海海域固定式导管架平台结构基于风险的检验指南RSR的均值Rm可按下式计算：Rm(4.5)式中，Lm为结构倒塌时的基底剪力均值；L100为100年重现期的环境载荷引起的基底剪力。∞式中，φ()为标准正态分布函数；这里定义RCR为：受损平台极限水平荷载设计水平荷载RCR=受损平台极限水平荷载设计水平荷载衡量结构可靠度的另一个常用参数是“可靠度指标β”,其与失效概率Pf之间的关系为：β=-φ-1(Pf)图4.5显示了南海海域的导管架RSR与倒塌失效概率之间的关系，其中VC=10%。RCR表述的是构件失效后导管架的承受能力，也就是当前的结构抗力。在导管架平台风险RIF(4.11)固定式导管架平台结构RBI指南第五章风险矩阵的半第五章风险矩阵的半定量及定量分析后对环境的污染情况，对平台失效后果进行分级和定量分级的分级标准，并给出了其分级的标固定式导管架平台结构RBI指南第五章风险矩阵的半5>10-24高-3～10-22．记录或经验显示在本行业内每季度都会3-4～10-32低-5～10-41<10-5失注伤害可以危险物质泄无固定式导管架平台结构RBI指南第五章风险矩阵的半有限影响:一些当地公众表些媒体有报道和一些政治需要一些现场受控制￥1~很大影响:引起整个区域公国家媒体或当地/国家政策的可能限制措施或许可证损失工时应报告的最低量的失控场有长期影外区域无长￥10~国内影响:引起国内公众的单人死亡类及危险物或严重受6小时~￥100~地区/国家政策的可能限制伤场以外某些区域有长期国际影响:引起国际影响和面报道或国际政策上的关对进入新的地区得到许可承包方或业主在其他国家类及危险物质泄漏现场以外地方长固定式导管架平台结构RBI指南第五章风险矩阵的半构件累积的疲劳失效概率和在疲劳构件失效情况下的导管架倒塌失率，即通过构件疲劳破坏后导管架结构的RSPf-accumulatedRSRdamagePf-coll|FatiguePf-annual(RISK)表5.6中Pf-coll|Fatigue基于RSRdamage进行计算，Pf-coll|Fatigue和Pf-accumulated分别对应了图5.1中的横纵坐标，Pfannual(RISK)计算式如下：Pf-annual(RISK)=Pf-accumulated×Pf-coll|Fatigue(5.1)固定式导管架平台结构RBI指南第五章风险矩阵的半员根据具体平台与业主综合风险后果、费用花销、检验计划等通过定性风险评估可以得到评估项的风险可能性等级和风险后果等级。这里风险定义为：结果的展示，方便指导后续检验维护工作的计划制定，见图5.2。M，L，VL)来表述导管架平台的风险。这样的风险矩阵可以更加直观的表述出导管架平台的风固定式导管架平台结构RBI指南第五章风险矩阵的半风险可能性等级5风险风险等级Ⅱ风险等级Ⅲ风险等级Ⅲ风险等级Ⅲ4风险风险等级Ⅱ风险等级Ⅱ风险等级Ⅲ风险等级Ⅲ3风险风险风险等级Ⅱ风险等级Ⅱ风险等级2风险风险风险风险等级Ⅱ风险等级Ⅱ1风险风险风险风险风险ABCDE风险后果等级率目标值时，即认为需要检验，此时对应的时间为节点下一次进行检验的时间，如图5.4所示。固定式导管架平台结构RBI指南第五章风险矩阵的半基于SACS软件的RBI技术实现流程如图5.6所示。固定式导管架平台结构RBI指南第六章检验周第六章检验周期和检验范围是RBI方案需要在满足目前国家及业界规范的基式中，di是时间间隔ΔTi内的计算疲劳损伤率，dN是当前疲劳损伤率。L图6.1所示的是实际年限和等效年限，可以用6.2节的计算方法进行计算。图6.2所示的是固定式导管架平台结构RBI指南第六章检验周P1，此时节点的失效概率为P1；劳损伤率，计算等效时间T1eq~T，根据T1eq~T计算节点的失效概率PN，此时节点的失效概率为PN；(4)结构服役到第TN+1年时，统计TN~TN+1内节点的疲劳损伤率，计算等效节点的失效概率PN+1，即为下一周期内节点的失效概率P1。验、以及预先选择的检验区域并由熟悉平台结构完整性方面的有资格的工程师批准。构架等比较关键部位的情况。如果发现水面以固定式导管架平台结构RBI指南第六章检验周(2)意外原因或环境条件造成的超载；这种检验包括潜水员或遥控潜水器（ROV）对预选危险区的阴极电位进行测量。在Ⅱ级检构损坏的区域，或者需要重复检验以便在整个事件内检验其完整性的区域工程评估。构件充水监测（FMD）是一种对预先选取的区域进行密闭检验(Ⅲ级）的替代方法。应通势必导致进行Ⅳ级检验。如果必要，应在条件允许情况下尽Ⅳ级检验包括对预选区和根据Ⅲ级检验的结果、已知或怀疑损坏的区域进行水下无损测试坏。监视疲劳敏感节点和/或发现裂纹迹象可作为分析验证替检验频度取决于平台的暴露等级，根据生命安全和失效后果考虑有如下L-1=有人居住——不撤离，发生失效引发严重后L-2=有人居住——撤离，发生失效引发中等ⅠⅡⅢⅣ1*1*固定式导管架平台结构RBI指南第六章检验周1**在此情况下考虑如下因素将使检验的时间间隔延长或缩(3)平台使用历史（如防腐蚀系统状态、以前的检验结果、设计作业或荷载条件的改变、(5)平台对其他操作的关键性；(6)平台位置（如周边水域、水深等高中低案况高PS高P定ACFMACPD高P固定式导管架平台结构RBI指南第六章检验周PP序SP低PPP1121N///A3145678施948A48A48A48ANFRM，应变或甲板高度注上标A：如果腐蚀和疲劳退化在预计范围之内，时间间隔可加长，但应满足相关规范规定固定式导管架平台结构RBI指南第七章缓解第七章缓解措施起，在实施加强、改造及修理（SMR）措施之前，应对平台结构进行充分的评估，以确认平台(1)指定结构构件定期检验，比如：对特定缺陷定期观察其发展情况；(4)改变操作程序，比如：加减人员、改变靠船方向等。(1)缺陷修复（比如：打磨裂纹或拆除弯曲损坏构件(2)局部结构加强、改造和修理（定义为不改变结构受力分布的结构局部修理，比如对损(3)总体结构加强、改造和修理（GlobalSMR，定义为因改变局部结构造成受力分布改变固定式导管架平台结构RBI指南第七章缓解固定式导管架平台结构RBI指南第七章缓解是业经证实比较快速消除疲劳裂纹是业经证实适用性强、可用来增加是业经证实有相当的适用性、可用是业经证实比较快速的工艺。对改固定式导管架平台结构RBI指南第七章缓解固定式导管架平台结构RBI指南第七章缓解于缺陷引起结构应力重新分布，导致其他位置应力过高而出施是权宜的，效果如何尚需时间证实，且随着时间变化，这些措施自身有失效可能。(4)某些部分缓解措施：如海生物清理、冲刷处理等，在经过一段时间后可能需要再次处理。固定式导管架平台结构RBI指南参考参考文献[4]中国船级社,《固定式导管架结构可靠性分析指南》[5]ABS,SurveysUsingRisk-BasedInspectionforTheOffshoreIndustry,[6]APIRP580,Risk-BasedInspection.APIRecommendedPractice580.3rdEdition,Febr[7]APIRP2AMMS,Reliabilityvs.ConsequAPIBulletin2INT-MET,March,2009.[8]APIRP2SIM,RecommendedPracticeforStructuralIn[9]APIRP581,Risk-BasedInspectionMethodology.APIRecoApril2016.[10]APIRPWSD,RecommendedPracticeforPlanning,DesigningandCoPlatforms—WorkingStressDesign,2007.[11]DNVGL-RP-C210,Probabilisticmethodsforplanningofinspectionforfatiguecracksinoffshore[12]DNVGL-RP-C203,Fatiguedesignofoffshoresteelstructures,2016.[13]DNV-RP-G101,Riskbasedinspectionofoffshoretopsidesstaticmechanicalequipment,2010.[14]RameshJ.RiskBasedInspection.Bahrain,Manama,200[15]FaberMH,EngelundS,OMAE2000/S&R-6143,NewOrleans,LA[16]ColeGK,RonaldsF,Fakreliabilityforshallowwaterplatforms.OMAE2001/S&R-2134,RiodeJaneiro,Brazil,2001.approximatereasoningandevidentialreasoningapproaches.OMAE2001/S&R-2149,RiodeJaneiro,Brazil,20[18]StraubD,FaberMH.OMAE2002-28426,Oslo,Norway,[19]FranckS,MustaphaR.Riskbasedinspectionofjacketssubmittedtothrough-wallcracks.OMAE2003-37330,Cancun,Mexico,[20]LiD,ZhangS,TangW.Riskbasedinspectionandrepairoptimizationofshipstructconsideringcorrosioneffects.OMAE2004-51016,Vancouver,BritishColumbia,Canada,[21]StraubD,GoyetJ,etal.Benefitsofrisk-basedinspectionplanningforoffshorestruOMAE2006-92089,Hamburg,German[22]DalsgaardJ,ErsdalG.Riskbasedinspectionplanningofageingstructures.OMAE2008-57404,[23]SandersonD,NelsonA,StaceyA.Theeffectofmultiplememberfailureonthepredictedreliabilityoffixedjacketstructures.OMAE2008-57504,Estoril,Portugal，2008.[24]EfthymiouM.Reliabilityandassessmentoffixedsteelstructures.OMAE2011-50253,Rotterdam,[25]MohamedA.CasestudyfoNetherlands,2011.[26]GuptaS,SandersonD,StaOMAE2011-49091,Rotterdam,TheNetherlands,[27]Ortega-EstradaC,TrejoR,etal.Optimalplanforinspectioncomponentsbycorrosion.OMAE2013-11142，Nantes,F[28]LotsbergI,SigurdssonG.Anewrecommendedpracticeforinspectionplanningoffatiguecracksinoffshorestructuresbasedo[29]LotsbergI,SigurdssonG,FjeldstadA,MoanT.Probabilisticmeforfatiguecracksinoffshore[30]SESAM.Usermanualf