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、保證作業人員安全和保護環境，在不影響日常作業情況下，使用無人潛水器（ROV）攜帶交流場法（ACFM）檢測設備進行金屬構件腐蝕缺陷檢測和數據采集，可實現數據實時顯示和全年對比，可實現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據支持。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

隨著海洋石油工業的蓬勃發展，用于開發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。大型平臺的構造非常復雜，大多數都是固定安裝的，不能像船舶進入船塢一樣維修。海上石油平臺金屬構件工作于非常嚴酷的腐蝕環境中，對平臺的腐蝕監測，是其鋼結構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件的腐蝕區域，主要出現在潮汐飛濺區和全浸區的腐蝕。海上石油平臺水下部分的平臺腐蝕區位置，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是檢測構件對交變電流感應電磁場的感應情況。當金屬構件完好時，各電磁場分量為零。如有腐蝕或裂縫存在，構件表面電磁場便產生變異。探頭檢出的訊號輸入計算機分析，經軟件處理后，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；當探頭經過裂縫或腐蝕時，起終點產生的波峰，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 系統組成

ACFM系統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）：常規為300m、最大耐壓2000m水深的壓力艙。（4）探頭：分為三種形式：靜態陣列探頭（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 系統安裝

ACFM系統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構物檢測的重要步驟。

（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，實現對其安裝的保護。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臍帶纜傳輸到水面處理單元。

（2）探頭安裝。根據使用結構要求可以生產形狀、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，可以達到靈活調節檢測角度和覆蓋檢測部位。ROV機械手實物搭載，見圖9。

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

4.2 水下結構物缺陷探測

（1）靜態陣列使用。靜態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?？梢允褂眯z像機觀察探頭鼻尖，協助您準確放置構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，在收集數據時它們像筆刷一樣在檢測區域上移動。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 數據處理

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據。其主要功能為：（1）與該儀器進行通訊。（2）根據所用探頭自動控制該儀器的設置。（3）獲取并顯示檢測數據。（4）把所有的檢測數據存儲在數據文件中。（5）提供靈活的數據顯示，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顯示在一起，便于查找缺陷長度和深度。

5 結束語

隨著ROV技術發展，越來越多的被用于海上石油平臺及其他海底結構水下零件的檢測，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）可以逐年對比其結果。（6）可以在黑暗的環境中使用。

除了上述所列的優點之外，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。

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