在役海上固定平臺結(jié)構(gòu)預(yù)評估在定期檢驗中的應(yīng)用

陳大江，施 佳，包玉銀

（1. 中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2. 美鉆能源科技（上海）有限公司，上海 200943）

0 引言

海上固定平臺在惡劣的海洋環(huán)境中時常受到波浪抨擊、風(fēng)載荷、海流沖刷、腐蝕等不利影響。隨著服役年限的不斷增加，平臺結(jié)構(gòu)強(qiáng)度衰減和疲勞損傷加速。海上固定平臺定期檢驗必須滿足主管當(dāng)局的法規(guī)要求，其結(jié)構(gòu)檢驗應(yīng)符合《海上固定平臺安全規(guī)則》的要求，對于按照不同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計建造的平臺，還需要滿足相應(yīng)規(guī)范的檢驗要求，才能取得船級社簽發(fā)的《海上設(shè)施符合證書》。業(yè)主可在定期檢驗中利用有效的檢驗手段反映在役平臺的真實(shí)狀況，以作為資產(chǎn)管理的科學(xué)依據(jù)，從而保障海上油田的安全生產(chǎn)、減少風(fēng)險、避免損失、不污染環(huán)境，進(jìn)而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會影響力。

定期檢驗計劃的制定，除了使檢驗工作合理（涵蓋主要風(fēng)險點(diǎn)、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的檢測）、可行（現(xiàn)有檢測手段可以做到），同時也要避免檢驗內(nèi)容過多而帶來的高額水下檢驗費(fèi)用。

據(jù)了解，目前固定平臺定期檢驗的計劃多是由檢測總包方憑借以往經(jīng)驗來確定的。憑經(jīng)驗選取檢測點(diǎn)，可能會造成真正風(fēng)險點(diǎn)的遺漏。海生物清理作業(yè)一般也會安排在定期檢驗期間進(jìn)行，科學(xué)地制定海生物清理范圍可以節(jié)約大量的水下工程費(fèi)用。

1 檢驗要求

1.1 定期檢驗要求

根據(jù)法規(guī)的要求，固定平臺每5年應(yīng)進(jìn)行定期檢驗[1]。定期檢驗是固定平臺保持船級的需要，同時也是安全的需要。基于API規(guī)范設(shè)計和建造的平臺結(jié)構(gòu)檢驗范圍應(yīng)根據(jù)暴露等級和平臺年齡來確定，等級檢查周期要求見表1。

表1 I/II/III/IV等級檢驗周期[2]

海上平臺定期檢驗的內(nèi)容主要有水上結(jié)構(gòu)的檢驗和水下結(jié)構(gòu)的檢驗。水上結(jié)構(gòu)檢驗分為整體外觀檢查、磁粉探傷和結(jié)構(gòu)測厚[3]。檢驗工作應(yīng)由有能力的人員去執(zhí)行，檢驗工作也可由熟悉現(xiàn)場情況的平臺操作和管理人員執(zhí)行。

1）外觀檢查是最直接有效的結(jié)構(gòu)檢測方式，平臺結(jié)構(gòu)可見的缺陷大部分可通過外觀檢查發(fā)現(xiàn)。外觀檢查分為總體外觀檢查和近觀檢查。總體外觀檢查是檢查平臺結(jié)構(gòu)大體外觀，從而了解結(jié)構(gòu)是否存在變形、損壞、腐蝕等。近觀檢查是指檢查時，人手可觸摸到檢查位置的檢驗方式。通常對可疑區(qū)域、高應(yīng)力區(qū)域應(yīng)實(shí)施近觀檢查，因為可以詳細(xì)了解到結(jié)構(gòu)開裂、腐蝕、損壞變形程度。近觀檢查有時候需要利用腳手架、梯子或高空繩索技術(shù)等才能實(shí)現(xiàn)。

2）磁粉探傷適用于檢驗構(gòu)件或焊縫的表面和近表面缺陷。通常在進(jìn)行外觀檢查時，如發(fā)現(xiàn)有可疑之處，可考慮采用磁粉探傷，以檢測肉眼檢查不到的缺陷（特別是裂紋）。磁粉探傷經(jīng)常使用于高應(yīng)力區(qū)、長期處于交變載荷區(qū)域、過量腐蝕等可疑區(qū)域。

3）超聲波測厚主要用于檢查構(gòu)件的厚度。通常情況下，如在檢驗中發(fā)現(xiàn)平臺油漆普遍脫落或有明顯腐蝕情況，應(yīng)要求進(jìn)行測厚檢查，以確認(rèn)構(gòu)件的腐蝕情況。平臺在進(jìn)行結(jié)構(gòu)評估時，如需要獲得構(gòu)件厚度，也應(yīng)進(jìn)行測厚檢查。

水下結(jié)構(gòu)檢驗分為水下外觀檢查、海生物厚度測量、犧牲陽極檢測、結(jié)構(gòu)電位測量、陽極電位測量、水下結(jié)構(gòu)測厚、水下磁粉探傷、交流電場檢測、構(gòu)件充水測量和海底沖刷檢測。以上檢查應(yīng)由有專業(yè)知識并受過訓(xùn)練的人員進(jìn)行。

1）水下外觀檢查主要依靠潛水員或遙控潛水器（Remote Operated Vehicle，ROV）進(jìn)行水下攝像和水下照相進(jìn)行，分為一般性外觀檢查和詳盡外觀檢查。詳盡外觀檢查需要先對平臺待測部位進(jìn)行預(yù)清理，然后由潛水員來檢查構(gòu)件隱藏的損傷。

2）海生物厚度測量是為了確定海生物厚度是否超過平臺硬質(zhì)海生物的允許量。一般海生物測量方法為各構(gòu)件每隔3 m測量一剖面，每一剖面測量4點(diǎn)或2點(diǎn)海生物厚度。

3）犧牲陽極檢測用于確認(rèn)平臺陽極的損耗情況，測量時要求測陽極的3個周長（取平均值）及犧牲陽極總長度。如果耗蝕超過2/3（與原先尺寸比較），應(yīng)進(jìn)行更換。

4）結(jié)構(gòu)電位測量和陽極電位測量要求，在海水中，經(jīng)保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)電位必須低于?0.8 V，理想的鋼結(jié)構(gòu)電位應(yīng)處于?0.9 V和?1.0 V之間（相對Ag/AgCl）。如果電位到?1.1 V或更低，檢測時應(yīng)確認(rèn)是否形成釋氫裂紋。對平臺水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)抽查，外觀檢查到陽極耗蝕嚴(yán)重的位置或陽極不起作用位置，應(yīng)重點(diǎn)檢查。測量電位時，應(yīng)選取10%的陽極和每一水平層的鋼結(jié)構(gòu)。被選擇的陽極應(yīng)平均分布在導(dǎo)管架的不同側(cè)面和不同水平層上。對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行電位測量時，測量位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離犧牲陽極。

5）水下結(jié)構(gòu)測厚要求方法以及腐蝕判別和水面上的測厚及腐蝕判別方法相同。

6）在進(jìn)行水下外觀檢查時，如對構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)有懷疑，或平臺定期檢查有要求時，應(yīng)對平臺構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)進(jìn)行水下磁粉探傷，以檢查構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)的表面或近表面缺陷。

7）交流場檢測應(yīng)有專門的檢測計劃，計劃包括被檢對象所處海域的環(huán)境資料、被檢測對象的背景材料、檢測的范圍和位置、檢測設(shè)備和人員等。檢測前，先進(jìn)行外觀檢查，檢測項目包括裂紋、過度的打磨，飛濺物，以及會影響探頭移動的其他缺陷。

1.2 結(jié)構(gòu)預(yù)評評估方法

本文討論的預(yù)評估方法主要分為以下幾點(diǎn)：

1）整理平臺原始資料，對比環(huán)境條件、平臺結(jié)構(gòu)參數(shù)、海生物等記錄，并且將檢驗檢測到的記錄與原始資料進(jìn)行對比；

2）從安裝完工后的檢驗和歷年平臺檢驗、維護(hù)和保養(yǎng)記錄中，選取已發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行復(fù)查；

3）在設(shè)計階段和進(jìn)行重大改造后的評估中選取顯示應(yīng)力值偏大的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)作為海上平臺服役期間的風(fēng)險點(diǎn)，在定期檢驗中需要重點(diǎn)關(guān)注；

4）如有必要，需對平臺進(jìn)行設(shè)計水平評估和極限強(qiáng)度評估，以確定在新的環(huán)境條件下平臺結(jié)構(gòu)（特別是導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)）的風(fēng)險點(diǎn)的變化。

1.3 檢測方式

海上平臺檢測通常分為水上檢測和水下檢測。水上檢測由有資質(zhì)的檢測人員進(jìn)行，環(huán)境要求簡單，可以通過一般檢測手段到達(dá)，必要時需要搭設(shè)腳手架，或采用高空繩索技術(shù)進(jìn)行。水下檢測由于環(huán)境所限，目前主要通過潛水員和ROV來完成。

ROV在超過空氣潛水范圍的水深處檢查具有明顯的安全、效率和成本優(yōu)勢，但多用于一般目視檢查和部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)測厚。同時，ROV在平臺導(dǎo)管架內(nèi)作業(yè)時，可能會發(fā)生作業(yè)過程中ROV失去動力、臍帶纜纏繞在導(dǎo)管架樁腿或其他構(gòu)件上、臍帶纜受導(dǎo)管架上海生物掛斷造成跳閘等事故，造成ROV無法收回[4-5]。

潛水作業(yè)方式一般又分為空氣潛水、混合氣潛水和飽和潛水。3種不同的潛水方式的主要區(qū)別如表2所示。根據(jù)不同的作業(yè)水深和作業(yè)要求，需要選取不同的作業(yè)方式[6]。綜合考慮成本和效率，平臺水下結(jié)構(gòu)物的檢驗通常采用空氣潛水方式。

表2 不同潛水方式對比

2 平臺定期檢驗制定實(shí)例

2.1 平臺簡介

某海上平臺（圖1）為4腿8主樁鋼制導(dǎo)管架平臺，整個平臺主要分為導(dǎo)管架和上部組塊 2部分，其中導(dǎo)管架有8層水平標(biāo)高，最底層為EL.(?)154.1 m，上部組塊有5層標(biāo)高，包括4層甲板和1層飛行甲板。平臺已服役時間已近10年，將進(jìn)行第二次定期檢驗。

2.2 平臺結(jié)構(gòu)預(yù)評估

因為平臺服役已近10年，期間沒有進(jìn)行過大的改造，且環(huán)境條件與設(shè)計環(huán)境條件相同，所以只對設(shè)計文件和第一次定期檢驗報告進(jìn)行了審核。

1）對原設(shè)計文件進(jìn)行審核，關(guān)注應(yīng)力比值大和疲勞壽命短的節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件；

2）第一次定期檢驗中沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的問題，但水下EL(?)50 m以下的犧牲陽極消耗較快，應(yīng)對其進(jìn)行重點(diǎn)檢測；

3）對第一次定期檢驗中發(fā)現(xiàn)的海生物生長情況進(jìn)行分析，以確定本次海生物清理范圍。

圖1 某平臺實(shí)景

2.3 檢測方案

經(jīng)過對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)評估分析，制定的2017年定期檢驗計劃主要內(nèi)容如下：

1）按照定期檢驗的要求，對水上結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行整體外觀檢查、磁粉探傷和結(jié)構(gòu)測厚。本平臺已服役近10年，選取上部組塊結(jié)構(gòu)UC值大于0.95的節(jié)點(diǎn)、典型節(jié)點(diǎn)和規(guī)范要求必須檢驗的節(jié)點(diǎn)焊縫進(jìn)行無損探傷檢測。對導(dǎo)管架水面以上部分，主甲板及其主工字梁，樁腿及其支撐，吊機(jī)基座立柱及斜撐等進(jìn)行超聲波測厚。整體外觀檢查時若發(fā)現(xiàn)平臺油漆普遍脫落或有明顯腐蝕情況，也要進(jìn)行測厚檢查，以確認(rèn)構(gòu)件的腐蝕情況。

2）水下結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)評估選取高風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行無損探傷，其中預(yù)評估選取的節(jié)點(diǎn)不足 20%，選取部分典型節(jié)點(diǎn)。本次定期檢驗時，水下部分EL(?)50 m以上采用空氣潛水法進(jìn)行檢驗，EL(?)50 m以下由ROV進(jìn)行檢驗。無損探傷節(jié)點(diǎn)如表3所示。

表3 水下無損探傷檢測點(diǎn)（節(jié)選）

3）測厚點(diǎn)的選取除了規(guī)范要求的典型位置外，還需要對第一次定期檢驗發(fā)現(xiàn)的 A1/A2/B1/B2樁腿?50 m～?12 m未加厚部分、L1/L2裙樁腿?50 m以淺實(shí)際厚度小于圖紙設(shè)計厚度的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測厚。

犧牲陽極檢驗由潛水員檢驗EL(?)50 m以淺區(qū)域的所有犧牲陽極，并選取 20%的犧牲陽極進(jìn)行測量；EL(?)50 m以深區(qū)域由ROV進(jìn)行詳細(xì)檢查，并對第一次定期檢驗中發(fā)現(xiàn)消耗明顯的陽極進(jìn)行對比分析。

4）海生物測量選取導(dǎo)管架ROW A面和ROW B面的腿A1和B4為海生物厚度測量的對象，分別選擇?6 m、?16 m、?29 m、?45 m、?63 m、?83 m、?106 m和?128 m水深進(jìn)行測量，詳細(xì)記錄硬質(zhì)海生物和軟質(zhì)海生物的厚度。

5）海底沖刷由ROV進(jìn)行，檢查包括海底沖刷和堆積情況、結(jié)構(gòu)沉降情況、海管懸空情況，并調(diào)查導(dǎo)管架的海床周圍是否有殘骸和雜物等。

6）海生物清理范圍從第一次定期檢驗的EL(?)50 m以淺調(diào)整為水下第二水平層EL(?)34 m以淺的所有導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)。

3 檢驗結(jié)果

2017年根據(jù)定期檢驗方案進(jìn)行的檢驗結(jié)果表明：平臺整體結(jié)構(gòu)除了指定桿件B-05（LegA1 MB166）有壁厚減薄現(xiàn)象外，無其他可記錄缺陷；EL(?)50 m以深結(jié)構(gòu)犧牲陽極損耗較嚴(yán)重，大部分評級為 C級；EL(?)110 m以深部分結(jié)構(gòu)上的陽極消耗等級為D級，需要進(jìn)一步分析陰極保護(hù)系統(tǒng)的狀況。本文提到的定期檢驗方案和最后的檢驗報告都得到了船級社的認(rèn)可，平臺順利獲得《海上設(shè)施符合證書》。

與第一次定期檢驗相比，各檢驗點(diǎn)的選取更具有科學(xué)性和代表性，其檢驗結(jié)果也更能反映出該平臺結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況。另外，海生物清理范圍的重新選取節(jié)約了大約四分之一的水下作業(yè)時間，使本次定期檢驗費(fèi)用減少了20%以上。

4 結(jié)論

實(shí)踐證明：海上固定平臺結(jié)構(gòu)預(yù)評估結(jié)果對在役海上平臺的定期檢驗起到重要的作用，它綜合考慮了平臺取證、風(fēng)險點(diǎn)檢驗和經(jīng)濟(jì)性，從而制定出最優(yōu)的檢驗方案，具有很好的管理意義和推廣價值。