論平臺疲勞裂紋檢測技術

戚文陽

【摘 要】本文從海洋石油生產的角度對海洋石油平臺結構件進行了分類，并根據現場實際情況對在投運過程中產生的裂紋進行了分析，最終歸納了平臺裂紋的檢測技術。

【關鍵詞】平臺;裂紋檢測;殘余應力;檢測

1 引言

生產設施與作業設施是海上石油設施的兩種分類。海洋石油的生產設施包括用海洋采油平臺，單點系泊結構，浮式生產和儲存裝置，海底和陸上結構，如海底管道，近海石油碼頭，海灘和海岸，人工島嶼和陸地終端;而海洋石油平臺多數采用導管架式，作為海洋石油油田生產的重要承載設施，在海洋石油生產過程中起著不可缺少的作用，本文主要對導管架平臺在生產過程中產生的裂紋進行分析，并提出檢測技術。

2 平臺結構件分類

海上設施的結構部件類型根據其應力條件和損壞后果分為三類：特殊構件、主要構件和次要構件。特殊組件是整個結構中最重要的組件。這些構件可能發生在應力高度集中的位置或傾向于在厚度方向上引起層狀撕裂的位置。主要包括：夾套的連接管部分、夾套樁的連接、腿柱、夾套樁和甲板柱的連接、甲板框架與甲板柱的連接、重要主梁、起重機基座的交叉連接;主要組件是對整體結構和對操作安全至關重要的其他組件重要的組件，包括樁柱、主支撐、甲板主梁、甲板主框架、立管支撐結構、直升機甲板骨架;

3疲勞裂紋產生

作為海上石油鉆探及開采的重要設施，海上平臺長期服役在惡劣的海洋環境中，承受著波浪等交變載荷的作用，疲勞破壞是其主要的失效形式。導管架型式結構是海洋平臺的主要結構型式，并且由于初始焊接缺陷，管接頭時其結構的重要部分，特別是，高應力集中位置易于疲勞損壞和結構裂紋。另外，由于平臺設施設備本身的震動，也容易在應力集中部位造成結構裂紋的產生。

影響工程疲勞裂紋的因素包括：殘余應力、過載、加載頻率、腐蝕環境、溫度等，當小于材料屈服強度的交變應力作用于設備時，疲勞問題便會產生 [1]，裂紋隨著應力的作用之間擴展。建造期間保證工件表面光滑能夠有效減少應力集中[2]。對于材料的內部，材料性能應被使用或檢驗者關注，減少夾雜、松孔。熱處理也可用來減小材料的內部應力或改善局部硬度。

疲勞強度在一定程度上受載荷形式的影響[3]。在應力的幅度相同情況下，彎曲疲勞更大;高應力低周期的疲勞情況下更加明顯。

4裂紋檢測技術

結構檢驗的類型分為一類、二類、三類三種檢驗;一般性外觀檢驗為一類檢驗，以發現明顯表面的損傷為目的。主要檢驗內容包括：支柱上的凹坑及其變形，涂層損壞等;表面重大缺陷或裂紋等。近觀檢驗為二類檢驗，以發現表面損傷為目的，即為在一類檢驗基礎上進行近距離外觀檢查，主要檢驗的內容包括：損壞部位檢查及損壞尺寸測量，腐蝕部位面積測量、海生物測厚;飛濺區內涂層腐蝕和裂紋檢查等。三類檢驗指近觀檢驗加無損探傷方法，其目的是發現較為隱蔽的表面損傷和內部缺陷。該類檢驗是從關鍵部位、構件中確定某些部分或為進一步確定缺陷的性質而進行的檢驗。對于一些承受高應力以及疲勞效應較大的或受外力損傷的部位，要進行全面的無損探傷。

目前，磁粉檢測、殘余應力檢測、ACFM檢測等方法為導管架的疲勞裂紋檢測方法。鐵磁性材料的表面裂紋檢查首選是磁粉檢測，其檢測方法的靈敏度高且操作方便，

海洋石油平臺運用磁粉檢測導管架結構裂紋已經取得了很好的效果，為海洋石油平臺的安全服役排除隱患，但是海洋結構使用磁粉檢測技術對裂紋進行檢測之前需要將結構件檢測部位的表面涂層打磨去除，檢驗完成后還需要將表面涂層恢復;殘余應力檢測主要是對結構應力集中部位進行檢測，確定懷疑應力集中部位的應力值，為后期結構檢測監測提供依據;ACFM檢測方法可用于檢測金屬材料焊縫表面或近表面的裂紋和其他線性不連續，其靈敏度對于表面不連續為最大，并隨著不連續距離表面深度的增大而迅速減小，本技術的原理是通過手持探頭中的磁軛向金屬表面導入一個交流磁場，并在金屬中產生均勻的交流電流。這電流的透入深度隨金屬類型和磁場頻率不同而變化。表面、近表面的不連續對這電流流動的妨礙或干擾使得由探頭中線圈檢測到的表面磁場產生變化。此種檢驗方法在海洋石油平臺結構上的應用優勢就是不需要將結構件表面的涂層打磨恢復。

5總結

隨著海洋石油的不斷開發，海洋石油平臺越來越多，及時發現裂紋等缺陷對海洋石油平臺的安全服役及工作人員安全尤為重要。海洋石油平臺的檢測是一種手段，更為重要的是應該加強平臺安全評估技術研究，借助先進的大數據、云計算等技術進行評估預測，在缺陷萌生階段發現并采取有效措施進行維修改進，保障平臺安全服役。

參考文獻：

[1] 李樹棋，謝錫善.GH169合金顯微組織對合金裂紋擴展速率的影響[J]。《材料工程》，1 9 8 5（5）：2 6 一 2 7

[2] Xue Hong jun（薛紅軍），Lu gouzh i（呂國志）.隨機因素對疲勞裂紋擴展分散性影響的探討[J].《 機械強度）》，2001，2 3（1）：35 -37;

[3]H a r d t S，Ma i e r H J，C h r i s t H J.I n t e ra t i o n a l J o u r n a l o f F a t i g u e [ J ]，1 9 9 9，2 1：7 7 9

（作者單位：中海石油技術檢測有限公司）