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ABS關于FPSO設備的數字化管理思路

ABS關于FPSO設備的數字化管理思路

在低油價的新常態下,海洋油氣開發商嚴格執行著降低成本這一作業原則。當前,處于運營狀態中的FPSO數量巨大,整個油氣行業在作業過程中境遇都基本相同,力求降低成本(OPEX),這也是實現收益最大化的有效手段。

編譯 | 驚蟄 影子

FPSO是一套復雜作業設備的集合,需要進行大量的檢查工作,確保及時發現部件功能退化等問題,并采取應對措施來保持設備結構和機械完整性。通常,這些檢查工作都要遵守國際或各地法規,包括檢查的周期性和設備完整性要求。目前,FPSO的機械結構、系泊和機械系統每1年進行一次檢查,每5年對其所有部件進行一次全面檢查。干船塢作業同樣也是每5年一次,以便對船體的水下部分進行檢查。隨著技術進步,現在很多開發商選擇其它技術來替代干船塢進行水下設備檢測,例如遠程檢測機器人或是潛水員作業。

要想安全地進行FPSO水下設備檢測,作業人員需要采取一系列的安全措施,難免會中斷設備的正常運行狀態,進而影響生產。同樣,FPSO某些機械部件或操作系統的運行檢查中,也要打斷其正常工作狀態,對油氣開采進程造成影響。

在意識到了數字技術、數據分析和先進檢測技術結合對當前和未來油氣作業的價值之后,ABS正加緊開發基于設備狀態的解決方案。ABS的解決方案主要通過優化操作與維護作業計劃,減少設備的“侵入式”檢測。其利用大數據和數字技術,對設備的運行狀況獲得深入理解,以優化設備檢測、支持生產決策分級制定。相比于傳統的周期性檢測方案,作業靈活性大幅提高。

ABS的解決方案與傳統基于風險檢測方案(RBI)的基本理念相同,經過多年的應用和發展,油氣行業已利用該概念解決了很多作業難題。RBI除了利用歷史數據外,還結合了FPSO部件的風險狀況,計算得到檢測周期和每次檢測作業覆蓋范圍?;跔顟B的分類方法結合了數字技術,并且還在考慮將其拓展至機械方面,以提供整體檢測解決方案。

作為基于條件分類方法的一部分,ABS全新定義了一個數字設備框架,這一框架支持設備與服務的端到端流程,包含從數據收集和預處理到數據維護和分析的數字孿生,實現了基于風險制定決策的可視化和輸出。在整個過程中,數字技術和數據科學促進了常規技術向清晰度更高、針對性更強分類模型的轉變。

數據科學推動知情決策

數字設備框架建立的第一階段是數據收集和預處理?;谠O備狀況的分類方法利用海上作業船等設備以及所處環境的各種數據,數據收集覆蓋FPSO的整個運營周期,包括早期的設計以及后期的運營等等。

數據收集實例:

①原始設計文檔:項目早期階段的圖紙、分析和計算提供了設備的設計基礎,這些文件提供了重要信息,如設備的功能、技術規格、操作要求、材料特性、設備規格、性能要求以及強度、疲勞信息等主要結構特征;

②組件的修改、添加和拆除記錄:眾所周知,海上設備在整個使用壽命期間經常會歷經多次改造、維保等作業,這可能會改變原始設計特征;

③檢查記錄:包括檢查報告、分類調查報告、測量數據、板規信息以及從歷史作業中收集的其他信息;

④環境數據:包括從海上浮標、天氣系統和其他行業等來源獲得的數據,例如風、電流、波浪、氣溫和氣壓、水溫以及其他相關信息;

⑤運營數據:包括影響設備整體性能的不同運營階段信息,例如載荷狀況、裝載和卸載模式、卸載頻率、卸載量、生產模式以及其他更常見的數據(如溫度/壓力/流量/水平等);

⑥傳感器數據:包括從安裝在設備上的機械和船體傳感器數據、來自OEM和其他服務商的系統健康監測報告以及來自儀器的其他信息。

ABS關于FPSO設備的數字化管理思路

以上收集的數據經過預處理,用于完整性分析,可以促進生產決策的制定。數據預處理則包括數據質量檢測、數據識別和確認等,以確保在數據分析進行前所有數據都排列有序,同時刪除無用、不準確的數據點。

結構數字孿生 深入認識設備生命周期

數字資產框架的核心是數字孿生技術,它是物理設備資產的虛擬表示,同時還代表了相流程、系統和信息。通過收集的數據,同時結合工程模型和數據分析,數字孿生在整個資產生命周期中不斷更新,提供最準確的認識??梢哉f,數字孿生為信息管理和協作提供了一個平臺,基于此,設備專家、運營經理和所有其他決策者都能夠對設備運營狀況有同步了解,促進有效決策的制定。

通過提高信息管理和協作水平,數字孿生具備如下功能:

1.在任何狀態下,所有可用的相關數據、分析和模型都基于單一事實(信息)來源,并在設備的整個生命周期中保持信息的及時性,結果更準確;
2.在所有作業人員以及責任人之間共享數據、模型和最新的設備信息;
3.通過提供近乎實時的設備狀況,結合模擬未來運營狀況的能力,為開發商提供運營決策支持;
4.根據設備實際狀態和風險狀況,幫助運營人員制定維護和檢查計劃。

預測分析實現基于設備狀態的檢測

在完成上述工作后,為設備建立了單一的信息來源,下一步就是更好地預測未來可能發生的風險以及演變。數據科學可以開發預測分析過程,幫助實現最終目標,即從時間性周期檢查機制轉變為基于數據、設備狀況的檢測。

預測分析過程側重于預測設備的未來狀況變化,以便根據檢查法規做出最有效的決策。該預測模型具有一系列的應用特征:

1.設備功能退化預測:利用從設備獲取的數據,可以進行設備功能(狀態)的退化模式預測與識別;
2.前瞻性決策:基于設備退化水平的預測分析模型結果,可以幫助運營商根據后續的作業活動制定決策,主動解決關鍵部件的退化問題;
3.運營調整:預測分析的結果提供了一個設備運行狀態改善框架,允許開發商調整生產狀態、物流和其他相關活動,以提高效率和產率。

ABS關于FPSO設備的數字化管理思路

數據分析實現靶向性檢測

該解決方案的最后階段是利用上述數據的分析,制定針對關鍵要素(設備/法規等)的檢查制度。設備功能退化和相關風險預測為檢查的范圍、頻率以及檢查順序提供了思路,使操作人員能夠實施新型設備檢測制度,消除了常規設備檢測計劃的弊端。從資產收集的數據流還具有觸發功能,能夠警告作業人員數據預測和分析的偏差,提示是否需要對檢查計劃或特定作業進行更改。

以上根據數據分析得到的檢查制度主要目標是:

1.提高設備可用性和檢測計劃靈活性:通過更好地將檢查活動與設備運營狀況相結合,達到保持設備安全性、提高資產可用性的目的;
2.通過使用數字功能,自動化部分工作流程,提高效率和生產力。

為了實現以上目標,開發商需要考慮以下幾方面:

??重點檢查:通過數據分析和風險評估得到關鍵部件信息,開發商可以降低設備檢測對生產的影響,并更靈活地進行生產;
? 替代驗證手段:目前,數字技術和先進檢測技術已逐漸作為設備狀態驗證的替代方法,相比于傳統方法,侵入性操作頻率更低;
? 作業人員管理:由于空間有限,FPSO可容納檢查作業人員的泊位數量首先,這是一項持續的挑戰。通過使用數據分析,可以更加合理的安排需要技術人員的維護活動(例如油漆和清潔),將有益于檢測制度的簡化和集中。
? 該框架中的數字功能還支持維護和檢查程序開發,主要針對特定的檢測等作業:
? 機械狀態監測程序:該程序主要用于機械設備,根據某些設備收集的數據,確定何時需要進行維護活動,而不是根據時間周期進行;
? 材料和物流管理系統:利用該系統,可以進一步提高FPSO的運營效率,以妥善管理備用器材、作業人員輪換、供應船物流、直升機交通和其他后勤活動。

所有這些工作將使設備的關停更加合理,不同階段或作業的協調性更好,減少其對油氣開采的影響,從而實現生產優化,提高生產率。

狀態分類法的應用

這一創新型的分類方法對于現有、改造和新型設備都可用。其效率不僅與設備使用年限、種類有關,還取決于上述討論的內容。對于新設備來說,為了使基于設備狀態的分析方法效率達到最高,油氣開發商還需做出一些改變。

設計數字化

為了最大化數字技術帶來的收益,新設備在設計階段就要與新型檢測技術接軌,主要包括以下幾方面:

1.使用先進的檢測技術:在船體設計中,充分考慮遠程檢測系統的要求和新型檢測技術,以適應新技術的要求,提高應用效率;
2.傳感器和監控系統:將傳感器和監控系統應用到船體設計中,以提供數字雙模型校準和驗證所需的數據流,增強對資產狀況的預測能力。
3.可檢測性和可視性考慮:通過改善/實施設計細節(例如淡顏色的涂層,某些構造陰影對關鍵部件的遮擋等),解決視覺檢查設備中可見性低的問題。

操作和運營文化轉移

連接:數據傳輸需要足夠的帶寬,對于當前技術這可能是一項挑戰;
網絡安全和數據保護:從設備到陸地的傳輸可能會發生數據泄漏問題,或者完整性遭到破壞,同時伴有數據干擾等風險。因此,網絡安全是數字互聯資產的基礎要素;
數據冗余和驗證:需要同時結合多個數據源,以確保沒有單點故障會影響數據質量,保證數據的可靠性;
透明度:開發商內部通常對某些數據進行特定保護,只有實現完全的數字透明,數據可用性才能達到最佳效果;
標準化:數字生態系統依賴不同來源的數據,數據定義、格式和映射的標準化對于實現高效的數據共享至關重要;
數據資產:一旦運營效率和生產力提高依賴于數據科學,開發商是否將數據視為有效資產,并進行有效處理是至關重要的。

數字環境狀態檢測方案效率更高

船級社是FPSO完整性保證流程的重要組成部分,自設計階段一直是FPSO生命周期的關鍵一環,因此它可以查看設備的健康狀況。

通過基于設備狀態的檢測,ABS提供了一個分類框架,可以在數字環境中合并數據,以提供非侵入性的分類檢測過程。由此可以帶來有效和優化的檢測程序,有益于設備的安全穩定運行,并且可以延長設備的正常運轉時間。

FPSO運營商可以依靠船級社的支持來開展數字化之旅,同時結合分類模型,開發商就可利用新型檢測方案替代效率更低的傳統方案,提高產能。

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