交流場法ACFM檢測技術在海上石油平臺腐蝕缺陷檢測中的應用

朱俊 張洪星

摘 要：為了確保海上石油開采的順利進行、保證作業(yè)人員安全和保護環(huán)境，在不影響日常作業(yè)情況下，使用無人潛水器（ROV）攜帶交流場法（ACFM）檢測設備進行金屬構(gòu)件腐蝕缺陷檢測和數(shù)據(jù)采集，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時顯示和全年對比，可實現(xiàn)石油平臺全生命周期管理，為石油平臺設施風險評估體系評估提供大數(shù)據(jù)支持。文章主要介紹交流場法（ACFM）檢測原理、檢測方法及其海上石油平臺金屬構(gòu)件腐蝕缺陷離線檢測的應用。

關鍵詞：無人潛水器（ROV）；海上石油平臺；交流場法（ACFM）

中圖分類號：TE985 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0038-03

Abstract： In order to guarantee the smooth progress of offshore oil exploitation， ensure the safety of operators and protect the environment， without affecting daily operations， the corrosion defect detection and data acquisition of metal components can be carried out using an unmanned remote operated vehicle （ROV） with detection equipment through alternating current field measurement （ACFM）， which can realize real-time display and year-round comparison of data as well as life cycle management of oil platform， thus providing big data support for the risk assessment system of oil platform facilities. This paper mainly introduces the inspection principle and method of ACFM as well as the application of off-line inspection of corrosion defects of metal components in offshore oil platform.

Keywords： remote operated vehicle （ROV）； offshore oil platform； alternating current field measurement （ACFM）

引言

隨著海洋石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展，用于開發(fā)海洋石油的平臺從簡易的單樁平臺到上萬噸以上的巨型平臺。大型平臺的構(gòu)造非常復雜，大多數(shù)都是固定安裝的，不能像船舶進入船塢一樣維修。海上石油平臺金屬構(gòu)件工作于非常嚴酷的腐蝕環(huán)境中，對平臺的腐蝕監(jiān)測，是其鋼結(jié)構(gòu)的壽命周期的預測和管理的重要手段。對腐蝕檢測的手段，可分為離線和在線監(jiān)測。采用以無人潛水器（ROV）為搭載方式的交流場法（Alternating Current Field Measurement，ACFM）無損檢測技術，對海上鉆井石油平臺金屬構(gòu)件進行腐蝕缺陷檢測，可以取得良好的應用效果。

1 海上石油平臺腐蝕概況

石油平臺水下部分金屬構(gòu)件的腐蝕區(qū)域，主要出現(xiàn)在潮汐飛濺區(qū)和全浸區(qū)的腐蝕。海上石油平臺水下部分的平臺腐蝕區(qū)位置，見圖1示意圖。

2 腐蝕檢測方法技術

石油平臺水下部分金屬構(gòu)件腐蝕檢測分為在線和離線兩類。在線檢測包括失重法、電阻探針、電化學法、電感法。離線檢測包括交流場法 （ACFM）、電場特征法（FSM）等。

3 交流場法（ACFM）無損檢測

3.1 工作原理

ACFM是檢測構(gòu)件對交變電流感應電磁場的感應情況。當金屬構(gòu)件完好時，各電磁場分量為零。如有腐蝕或裂縫存在，構(gòu)件表面電磁場便產(chǎn)生變異。探頭檢出的訊號輸入計算機分析，經(jīng)軟件處理后，可實時地將腐蝕或裂縫的位置、長度及深度顯示出來（參見圖2）。

BZ——對應裂縫或腐蝕的起點和終點；當探頭經(jīng)過裂縫或腐蝕時，起終點產(chǎn)生的波峰，因此測出裂縫的長度。

BX——對應電流密度，裂縫加深，密度減少，因此測出裂縫的深度。

3.2 設備功能

ACFM檢測儀器具備以下功能：（1）可以透過涂層，探測水下石油平臺的腐蝕監(jiān)測。（2） 準確測量裂紋長度和深度。（3）對焊縫部分檢測。

3.3 系統(tǒng)組成

ACFM系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：（1）水面處理單元（圖3）：筆記本電腦及采集處理軟件。（2）通訊纜：可以通過獨立臍帶纜，也可以通過搭載的ROV的臍帶纜來傳輸信號。（3）水下采集單元（圖4）：常規(guī)為300m、最大耐壓2000m水深的壓力艙。（4）探頭：分為三種形式：靜態(tài)陣列探頭（圖5）、掃掠陣列探頭（圖6）和簡單式探頭（圖7）。

3.4 檢測方式

采用ROV攜帶ACFM檢測設備對水下石油平臺的裂縫或腐蝕進行檢測。ROV領航員通過控制水下機械手來控制探頭在被檢測部位上移動檢測；檢測的信號進入采集艙，再通過ROV的臍帶纜傳送到水面處理單元。ROV搭載ACFM系統(tǒng)示意圖，見圖8。

4 ACFM在石油平臺腐蝕缺陷檢測中的應用

4.1 系統(tǒng)安裝

ACFM系統(tǒng)實施水下石油平臺的裂縫和腐蝕檢測時，把各個組件牢牢安裝到ROV上，是完成深水石油平臺水下結(jié)構(gòu)物檢測的重要步驟。

（1）水下采集單元的安裝。水下采集單元是由耐壓殼體封裝的探頭采集模塊，把它安裝固定到ROV底部的框架內(nèi)，實現(xiàn)對其安裝的保護。采集單元的信息及電源通道都接入ROV備用接口上。采集信號通過ROV臍帶纜傳輸?shù)剿嫣幚韱卧?/p>

（2）探頭安裝。根據(jù)使用結(jié)構(gòu)要求可以生產(chǎn)形狀、尺寸和覆蓋面積多樣的多種探頭。探頭的安裝主要是通過固定到水下機械手上，可以達到靈活調(diào)節(jié)檢測角度和覆蓋檢測部位。ROV機械手實物搭載，見圖9。

（3）系統(tǒng)測試。完成ACFM各個部件安裝集成后，下水前要對系統(tǒng)進行測試。測試時，通過機械手攜帶探頭接觸被測構(gòu)件，如果水面采集處理單元有數(shù)據(jù)變化。說明系統(tǒng)狀態(tài)良好，可以下水進行檢測作業(yè)。水面采集處理軟件界面，見圖10。

4.2 水下結(jié)構(gòu)物缺陷探測

（1）靜態(tài)陣列使用。靜態(tài)陣列是檢測平板焊接、大直徑管道、電焊的標準項目，見圖9所示。兩行探頭放置在堅固的不銹鋼鼻后面，探頭為錐形，使您能夠進入Y和K節(jié)點的銳角。在ROV定位探頭的限制器可以通過探頭的附件確定其位置。可以使用小攝像機觀察探頭鼻尖，協(xié)助您準確放置構(gòu)件所需部分的探頭陣列。如圖9所示，其觸摸開關用于確認探頭是否已經(jīng)接觸到該表面。

（2）掃掠陣列使用。掃掠陣列包括一組探頭，在收集數(shù)據(jù)時它們像筆刷一樣在檢測區(qū)域上移動。一般情況下，這些探頭被部署在平坦或者曲線平面上，例如管道斷面、船體或者推進器的葉片上。在被部署期間，安裝在該陣列上的編碼器發(fā)出位置反饋。

必須保持操縱器能夠接觸到表面，掃描該探頭，并使其能夠沿著該表面以低于10mm的橫向偏差進行跟蹤移動。必須使用一致的安裝，以避免探頭承載過大。無須使用均勻的掃描速度，因為位置編碼器會記錄所移動的距離。最大能夠使用15mm/sec。見圖6。

（3）簡單探頭使用。簡單探頭為一對單獨的探頭，封裝在小型、封閉的殼體中。該探頭使用ROV機械手模擬潛水員的手臂部署，沿著焊炙部位進行掃描。由于此原因，使用此簡單探頭在很大程度上依賴于所用ROV機械手的精度和靈活性。見圖7。

4.3 數(shù)據(jù)處理

ACFM檢測通常是由TSC ASSIS Tance軟件控制的。該軟件設計用于采集、顯示、儲存來自簡單手動探頭和探頭陣列的數(shù)據(jù)。其主要功能為：（1）與該儀器進行通訊。（2）根據(jù)所用探頭自動控制該儀器的設置。（3）獲取并顯示檢測數(shù)據(jù)。（4）把所有的檢測數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)文件中。（5）提供靈活的數(shù)據(jù)顯示，便于操作員分析。（6）提供缺陷的長度和深度尺寸算法。（7）生成打印報表。

該軟件也能生成識別缺陷的、任意掃描的詳細打印報告報表，見圖11。使用一個報表即可把所有的檢測參數(shù)顯示在一起，便于查找缺陷長度和深度。

5 結(jié)束語

隨著ROV技術發(fā)展，越來越多的被用于海上石油平臺及其他海底結(jié)構(gòu)水下零件的檢測，不僅用于深水、潛水員無法工作的地點，也被用于因考慮潛水員健康和安全所需的使用場合。ACFM 是一種用途最廣泛的檢測技術，因為：（1）部署該裝置無須把被探測部位清洗為光亮金屬。（2）提供了可審核的電子儲存結(jié)果。（3）能夠探測并確定破壁缺陷的尺寸。（4）不受焊接金屬材料屬性變化的影響。（5）可以逐年對比其結(jié)果。（6）可以在黑暗的環(huán)境中使用。

除了上述所列的優(yōu)點之外，ACFM 技術的掃描操作簡單，意味著能夠很好地適用于ROV的遠程操作。

參考文獻：

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