海洋平臺導管架水上檢測無人化研究

黃培軍，顧偉偉，杜曉雷

引言

根據國際和國內海洋平臺導管架規范的要求[1-3]，導管架平臺在壽命期內需要定期（間隔期不超過五年）進行狀態評定以確定其適用性，平臺上部結構和上部結構應對整個結構的狀況、裂紋和疲勞損傷檢測、海底狀況（沖刷、不穩定等跡象）、船舶或其他原因造成的損傷、腐蝕狀況和犧牲陽極水上檢查以及外加電流陰極保護系統的有效性等進行徹底的檢查。目前主要采用外觀檢查、主要桿件壁厚檢測、陽極塊電位檢測、水淹桿件（FMD）檢測、海床沖刷調查等檢測手段。傳統的檢測方法是通過潛水員攜帶檢測設備進行實施，具有作業風險高、周期長、費用高的特點。為滿足井口平臺無人化管理的需要，同時為降低檢驗費用，本文開展從傳統的“人工潛水+ROV”轉變為“ROV”無人化作業模式的研究工作，通過ROV（潛水器）搭載檢測設備進行檢驗檢測，依托守護船支持，從而降低作業成本和風險、縮短作業周期。

1 無人化作業模式基本原理

固定導管架結構水上檢測無人化（從潮汐帶至海床）項目面臨著安全、管理和技術上的諸多挑戰，需從方案確認、測點布置、檢測質量、安全把控等各方面細化落實，以確保施工按照節點控制推進項目進展，保證施工全程無傷害事故。

1.1 基于風險的檢驗策略

開展導管架的風險評估可以減少對低風險測點的檢驗周期，降低檢驗風險，減少成本。RBI（Risk Based Inspection）技術可對結構評估中固有的或潛在的危險及其程度進行定量分析和評估，找出高風險的檢測點和低風險的檢測點，從而指導制定有效的檢驗計劃并降低運行風險。本研究將風險評估和RBI技術相結合，在滿足結構安全評估的前提上，優化檢驗測點布置，保證導管架安全運行，避免“檢驗不足”或“檢驗過剩”，減少檢測成本。

1.2 ROV的應用突破

常規結構檢測中的超聲波測厚、電位檢測、FMD（Flooded Member Detection）都依靠人工水上作業，ROV僅負責-50米至海床的外觀錄像檢查。本研究通過ROV搭載超聲波測厚、電位檢測、FMD檢測設備，較好的實現了檢測工具的突破。

1.3 安全質量為導向的項目閉環節點管理

水上80~100米施工環境，各種復雜的海況、海底雜物都會對作業帶來巨大風險。為降低作業風險，推行項目節點、每日作業節點管理，把每一項工作分割細化，使項目參與各方對節點、職責、目標、流程等進行明確。“節點管理”實現了管理流程化、標準化、規范化，切實降低了作業風險；同時為控制檢測質量，邀請專業的第三方監理單位作為現場代表，強化安全督查和質量把控。

2 研究方案

2018年7月在某平臺實施平臺結構水上檢測無人化，在保證檢驗效果和安全的前提上，順利完成了水上結構特檢工作，檢測成果獲得了第三方船級社的認可，研究方案及與傳統模式對比示意圖如圖1所示。研究方案開展的檢驗檢測項目如上:

圖1 無人化模式與傳統模式對比

2.1 導管架外觀結構檢測

（1）ROV沿導管架由上而上分層、分面依次檢查，然后對周圍50米范圍進行檢查。（2）檢查導管架樁腿及桿件有無變形、凹陷及損傷。（3）檢查導管架四周的陽極有無缺失，目測腐蝕情況。（4）檢查海生物生長情況（提供海生物厚度數據）。（5）檢查裙樁狀況。（6）對全過程進行錄像，并在線記錄觀測到的異常情況。

2.2 立管及電纜護管檢查

（1）對各海管、電纜護管從水面至海底進行視線檢查，并全程錄像。（2）檢查海管、電纜護管管卡是否有缺失，松動情況。（3）檢查海管、電纜護管水泥壓塊情況。（4）檢查海管、電纜護管附近垃圾情況。

2.3 結構測厚

對導管架不同水深主受力桿件隨機抽查進行測厚，不少于3%，重點電位異常、防腐層損壞位置，如有壁厚減薄情況，需擴大檢測范圍。

2.4 陽極檢測、電位測量

檢查陽極塊消耗和連接情況，在導管架結構每一層選擇典型結構的陽極塊和鋼結構進行電位測量，每一層1-2個點。以確定防腐系統的工作狀況；當發現電位異常時，補充檢測異常處鄰近的2-3個陽極塊和鋼結構的電位值。

2.5 FMD檢測

不少于5%，重點主要受力節點。

2.6 沖刷檢測

查明導管架周圍50米范圍內的沖刷情況，測量海床沖刷、樁腿傾斜和沉降等情況，包括因沖刷或淤積造成的平臺位置水深的變化，對平臺各樁腿沖刷堆積情況進行檢查，并記錄沖刷范圍、深度和堆積高度。

2.7 碎片及雜物檢查

檢查平臺導管架是否存在對人員和結構完整性有影響的碎片和雜物。不易清除的大碎片和雜物應給予記錄，并檢查是否對導管架結構和陰極保護系統造成破壞。

研究方案所使用的主要設備如表1所示。

3 研究結果

研究完成導管架外圍-50米至海床外觀結構檢測、海生物檢驗、立管護管隔水套管檢查、沖刷檢測、陽極和陰極檢測、電位測量、超聲波結構測厚、桿件充水檢測。

3.1 檢驗檢測結果

3.1.1 導管架外觀檢測結果

表1 主要設備

圖2 LegB1漁網纏繞情況

（1）導管架樁腿及桿件防腐涂層沒有發生老化、脫落現象，檢查范圍內未發現連接點的裂縫，彎曲，凹坑等機械性損傷；未發現有明顯的鋼結構腐蝕情況出現；未發現整體構架及構件和設計有明顯的區別。（2）檢查導管架四周的陽極無丟失現象，均被海生物包裹。（3）ROW-A，ROW-1裙裝喇叭口處有大量漁網無法前進觀察。（4）ROW-2面A2，B2樁腿邊裙裝喇叭口，樁頭狀態完好。

3.1.2 海生物檢驗結果

據調查結果，CXB平臺海生物測量從-10m開始直到泥面處進行檢查，每隔10m至20m進行一次海生物側厚，CXB平臺導管架上的海生物以軟硬質為主，普遍覆蓋率為100%，厚度約為2至5cm。

3.1.3 立管、護管、隔水套管檢查結果

ROV對管卡和法蘭等從不同角度外觀檢查，立管、護管、隔水套管檢查均未發現任何異常，護管水泥壓塊無丟失、懸空，海管無懸空段，海管膨脹彎無異常情況。

3.1.4 沖刷檢測結果

導管架海床50m范圍內未發現海床沖刷引起樁腿傾斜和沉降的異常現象。

3.1.5 陽極和陰極檢測、電位測量結果

本次檢查陽極選取54塊、陰極選取10塊，每個位置測3次（具體數據詳見測量過程），所有陽極等級均為B級（A級:剩余陽極95%-100%；B級:剩余陽極80%-94%；C級:剩余陽極50%-79%；D級:剩余陽極50%以上）。陽極塊無丟失，損壞，附著不牢的現象。陽極，陰極電位無異常情況。40%陽極塊被海生物包裹。

圖3 立管（-35m）和護管水泥壓塊處檢查情況

表2 電位測量點（陽極）數據表（ROW-1面）

圖4 不同測點電位值

圖5 不同測點厚度值

表3 厚度檢測數據表（ROW-1面）

3.1.6 超聲波結構測厚結果

測量了具有代表性的管段厚度，經檢測后發現并無管段厚度異常現象。

3.1.7 桿件充水檢測結果

對具有典型代表處的管段進行測量。FMD檢測數據無異常現象。

表4 檢測位置以及檢測報告如上（ROW-2面）

3.2 實施效果總體評價

研究方案在保證檢驗效果和安全的前提上順利實施，總體效果良好，主要改進和提升指標如上:

（1）海上施工由依托平臺轉變為依托守護船支持，降低直升機、海上餐費等成本，尤其針對無人值守平臺，大大降低了作業費用。（2）海上施工人員由20人減少到8-10人，施工周期由25天縮減到7天左右。（3）有效降低施工安全風險，由機器人代替自然人進行水上作業。（4）在無人值守平臺作業期間，不需要協調生產人員上平臺協助施工，較大程度上節約了人力成本。

4 總結

本文針對傳統的“人工潛水+ROV”作業模式進行改進，提出并試驗了無人化作業模式，在國內首次成功實施固定導管架結構水上檢測無人化實踐，研究總結如上:（1）無人化作業模式可在導管架結構狀況觀察、裂紋和疲勞檢測、海底狀況觀察、損傷原因分析、腐蝕防護系統檢查等領域達到預期檢測效果，工程可操作性好。（2）無人化作業模式在作業費用、施工人員、施工周期、施工風險等方面，相比于傳統“人工潛水+ROV”模式有較大的提升。（3）通過試驗研究，可為海洋環境上無人化作業流程標準化設計積累實踐基礎，為后續工程化應用降本增效。