在役海上固定平臺結構預評估在定期檢驗中的應用

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境中時常受到波浪抨擊、風載荷、海流沖刷、腐蝕等不利影響。隨著服役年限的不斷增加，平臺結構強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局的法規要求，其結構檢驗應符合《海上固定平臺安全規則》的要求，對于按照不同標準設計建造的平臺，還需要滿足相應規范的檢驗要求，才能取得船級社簽發的《海上設施符合證書》。業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狀況，以作為資產管理的科學依據，從而保障海上油田的安全生產、減少風險、避免損失、不污染環境，進而產生良好的經濟效益和社會影響力。

定期檢驗計劃的制定，除了使檢驗工作合理（涵蓋主要風險點、關鍵結構的檢測）、可行（現有檢測手段可以做到），同時也要避免檢驗內容過多而帶來的高額水下檢驗費用。

據了解，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驗來確定的。憑經驗選取檢測點，可能會造成真正風險點的遺漏。海生物清理作業一般也會安排在定期檢驗期間進行，科學地制定海生物清理范圍可以節約大量的水下工程費用。

1 檢驗要求

1.1 定期檢驗要求

根據法規的要求，固定平臺每5年應進行定期檢驗[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?；贏PI規范設計和建造的平臺結構檢驗范圍應根據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容主要有水上結構的檢驗和水下結構的檢驗。水上結構檢驗分為整體外觀檢查、磁粉探傷和結構測厚[3]。檢驗工作應由有能力的人員去執行，檢驗工作也可由熟悉現場情況的平臺操作和管理人員執行。

1）外觀檢查是最直接有效的結構檢測方式，平臺結構可見的缺陷大部分可通過外觀檢查發現。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構大體外觀，從而了解結構是否存在變形、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。通常對可疑區域、高應力區域應實施近觀檢查，因為可以詳細了解到結構開裂、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等才能實現。

2）磁粉探傷適用于檢驗構件或焊縫的表面和近表面缺陷。通常在進行外觀檢查時，如發現有可疑之處，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）。磁粉探傷經常使用于高應力區、長期處于交變載荷區域、過量腐蝕等可疑區域。

3）超聲波測厚主要用于檢查構件的厚度。通常情況下，如在檢驗中發現平臺油漆普遍脫落或有明顯腐蝕情況，應要求進行測厚檢查，以確認構件的腐蝕情況。平臺在進行結構評估時，如需要獲得構件厚度，也應進行測厚檢查。

水下結構檢驗分為水下外觀檢查、海生物厚度測量、犧牲陽極檢測、結構電位測量、陽極電位測量、水下結構測厚、水下磁粉探傷、交流電場檢測、構件充水測量和海底沖刷檢測。以上檢查應由有專業知識并受過訓練的人員進行。

1）水下外觀檢查主要依靠潛水員或遙控潛水器（Remote Operated Vehicle，ROV）進行水下攝像和水下照相進行，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行預清理，然后由潛水員來檢查構件隱藏的損傷。

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海生物的允許量。一般海生物測量方法為各構件每隔3 m測量一剖面，每一剖面測量4點或2點海生物厚度。

3）犧牲陽極檢測用于確認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），應進行更換。

4）結構電位測量和陽極電位測量要求，在海水中，經保護的鋼結構電位必須低于?0.8 V，理想的鋼結構電位應處于?0.9 V和?1.0 V之間（相對Ag/AgCl）。如果電位到?1.1 V或更低，檢測時應確認是否形成釋氫裂紋。對平臺水下結構進行隨機抽查，外觀檢查到陽極耗蝕嚴重的位置或陽極不起作用位置，應重點檢查。測量電位時，應選取10%的陽極和每一水平層的鋼結構。被選擇的陽極應平均分布在導管架的不同側面和不同水平層上。對鋼結構進行電位測量時，測量位置應盡量遠離犧牲陽極。

5）水下結構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）在進行水下外觀檢查時，如對構件或節點有懷疑，或平臺定期檢查有要求時，應對平臺構件或節點進行水下磁粉探傷，以檢查構件或節點的表面或近表面缺陷。

7）交流場檢測應有專門的檢測計劃，計劃包括被檢對象所處海域的環境資料、被檢測對象的背景材料、檢測的范圍和位置、檢測設備和人員等。檢測前，先進行外觀檢查，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 結構預評評估方法

本文討論的預評估方法主要分為以下幾點：

1）整理平臺原始資料，對比環境條件、平臺結構參數、海生物等記錄，并且將檢驗檢測到的記錄與原始資料進行對比；

2）從安裝完工后的檢驗和歷年平臺檢驗、維護和保養記錄中，選取已發現的風險點進行復查；

3）在設計階段和進行重大改造后的評估中選取顯示應力值偏大的構件和節點作為海上平臺服役期間的風險點，在定期檢驗中需要重點關注；

4）如有必要，需對平臺進行設計水平評估和極限強度評估，以確定在新的環境條件下平臺結構（特別是導管架結構）的風險點的變化。

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。水上檢測由有資質的檢測人員進行，環境要求簡單，可以通過一般檢測手段到達，必要時需要搭設腳手架，或采用高空繩索技術進行。水下檢測由于環境所限，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、效率和成本優勢，但多用于一般目視檢查和部分區域的結構測厚。同時，ROV在平臺導管架內作業時，可能會發生作業過程中ROV失去動力、臍帶纜纏繞在導管架樁腿或其他構件上、臍帶纜受導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別如表2所示。根據不同的作業水深和作業要求，需要選取不同的作業方式[6]。綜合考慮成本和效率，平臺水下結構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例

2.1 平臺簡介

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

2.2 平臺結構預評估

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

1）對原設計文件進行審核，關注應力比值大和疲勞壽命短的節點和構件；

2）第一次定期檢驗中沒有發現結構上的問題，但水下EL(?)50 m以下的犧牲陽極消耗較快，應對其進行重點檢測；

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

圖1 某平臺實景

2.3 檢測方案

經過對平臺結構進行預評估分析，制定的2017年定期檢驗計劃主要內容如下：

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

2）水下結構根據結構預評估選取高風險點進行無損探傷，其中預評估選取的節點不足 20%，選取部分典型節點。本次定期檢驗時，水下部分EL(?)50 m以上采用空氣潛水法進行檢驗，EL(?)50 m以下由ROV進行檢驗。無損探傷節點如表3所示。

表3 水下無損探傷檢測點（節選）

3）測厚點的選取除了規范要求的典型位置外，還需要對第一次定期檢驗發現的 A1/A2/B1/B2樁腿?50 m～?12 m未加厚部分、L1/L2裙樁腿?50 m以淺實際厚度小于圖紙設計厚度的結構進行測厚。

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

4）海生物測量選取導管架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水深進行測量，詳細記錄硬質海生物和軟質海生物的厚度。

5）海底沖刷由ROV進行，檢查包括海底沖刷和堆積情況、結構沉降情況、海管懸空情況，并調查導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以淺調整為水下第二水平層EL(?)34 m以淺的所有導管架結構。

3 檢驗結果

2017年根據定期檢驗方案進行的檢驗結果表明：平臺整體結構除了指定桿件B-05（LegA1 MB166）有壁厚減薄現象外，無其他可記錄缺陷；EL(?)50 m以深結構犧牲陽極損耗較嚴重，大部分評級為 C級；EL(?)110 m以深部分結構上的陽極消耗等級為D級，需要進一步分析陰極保護系統的狀況。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可，平臺順利獲得《海上設施符合證書》。

與第一次定期檢驗相比，各檢驗點的選取更具有科學性和代表性，其檢驗結果也更能反映出該平臺結構的實際狀況。另外，海生物清理范圍的重新選取節約了大約四分之一的水下作業時間，使本次定期檢驗費用減少了20%以上。

4 結論

實踐證明：海上固定平臺結構預評估結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、風險點檢驗和經濟性，從而制定出最優的檢驗方案，具有很好的管理意義和推廣價值。