在役海洋平台结构检测方法
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摘要：本文阐述了在役海洋平台检测的必要性、检测依据规范、结构检测方法、检测等级、检测周期和预选选择区域等，为在役平整性管理平台结构检测方面提供了借鉴。
关键词：海洋平台 检测方法 检测等级 检测频度 预选选择区域 完整性管理
中图分类号：K928 文献标识码： A
1 前言
海洋石油平台结构复杂、造价昂贵，一旦发生事故，将会对海洋环境造成重大污染，同时带来不可估量的经济损失，因此，保证海洋平台在服役期内的安全性至关重要。海洋平台长期服役在恶劣的海洋环境中，并受到各种不确定荷载的交互作用，由于传统的设计和评估方法为确定性方法，尽管能满足传统设计规范相关要求，但不一定能保证平台在服役期间安全性，需要检测作为补充。我国从上世纪60年代末开始进行海洋油气田的开发，海洋平台设计寿命一般为10～30年，目前有一百多座平台进入老龄状态，一部分平台需要延寿使用，平台的完整性管理将成为在役平台的重要课题，而检测是平整性管理的重要手段，检测在未来的平台使用中将起到越来越关键的作用。
2规范依据
我国海洋平台多为固定导管架平台，目前涉及在役海洋固定平台结构检测的规范主要有：
1）中华人民共和国国家经济贸易委员会： 海上固定平台安全规则
2）API RP 2A-WSD：Recommended practice for planning， designing and construction fixed offshore platforms-Working Stress Design
3） NORSOK STANDARD―N-005： CONDITION MONITORING OF LOADBEARING STRUCTURES
《海上固定平台安全规则》给出了年度检测、定期检测的内容要求，API RP 2A给出了检测等级等技术要求，NORSOK N-005给出了针对不同检测内容的检测手段，三本规范相互补充。
3 年度检验与定期检验
3.1 年度检查
平台的年度检验应在首次检验合格证书或最近检验合格证书签证日期后，每周年前后三个月内进行。平台结构和防腐检测内容如下[1]：
1）外观目检水上的全部结构，应特别注意平台飞溅区内因腐蚀及船舶和漂浮物对结构的碰撞造成的损坏，必要时，对局部构件采用无损探伤方法进行检验。
2）检查平台结构的重要受力节点，尤其是应力集中的部位。必要时应进行无损探伤，发现裂缝必须立即修复。对于非焊接型式连接的松弛、磨损、疲劳、脆断等破坏应采用合适的方法给予修复。
3）检查可能影响平台结构完整性的结构和荷载变化情况。
收稿日期：2014-5-4
作者简介：卢华（1976-），男，硕士研究生，结构工程师，主要从事海洋平整性技术研究工作
4）检查甲板、通道、梯道的栏杆、踏板等安全设施。
5）检查连接平台群的栈桥结构和保护栏杆。
6）检查平台下部结构飞溅区和潮差带的涂层完好情况。
7）若平台结构采用外加电流系统进行保护，应检查电源设备与平台的电连接状况，检测电流与电位；若采用牺牲阳极进行阴极保护，牺牲阳极水下检验应根据其设计寿命确定。
3.2 定期检查
平台定期检验的间隔期应不超过五年， 可在现有证书到期前后三个月内进行定期检验。 定期检验除完成常规的年度检验的项目外， 对结构和防腐蚀检验内容如下：
1）发证检验机构或检验机构可根据平台的使用年限、条件、荷载的历史和以前检验结果决定平台水上、水下结构部分是否作彻底检查。平台作业者可根据平台的设计、建造、作业情况向发证检验机构或检验机构提出免除水下详细探伤检验， 经批准， 可不进行详细检测。
2）担任水下检验任务和评价平台整体安全性的检验师（包括潜水员）应具有资格证书。
3）平台上部结构和下部结构应按如下要求作彻底检查：
整个结构的状况；
裂纹和疲劳损伤检测；
海底状况（冲刷、不稳定等迹象）；
船舶或其他原因造成的损伤；
腐蚀状况和牺牲阳极水下检查以及外加电流阴极保护系统的有效性。
4 平台结构检测方法
4.1 水上检测方法[2]
1）GVI方法
GVI方法又称宏观目视方法（General visual inspection），用于水上结构常规检查和一般损伤的检测。GVI方法要求满足一定背景光要求，并配备电子灯、手电筒工具。
2）CVI方法
CVI方法又称近观目视方法（Close visual inspection），用于危险区域或裂纹出现可能性较高的近距离检测。CVI方法可作为NDE检测前排查缺陷的方法，当近观目视发现缺陷时，通常用NDE方法进一步确定缺陷的尺寸。
3）NDE方法
NDE方法又称无损检测方法（Non-destructive Examination），可用于构件壁厚、腐蚀和焊缝裂纹的检测。NDE方法要求清楚表面层，检测后需要补漆以恢复原来的防腐功能，由于NDE方法比较麻烦，检测前通常需要借助CVI方法仔细观察确认是否存在缺陷或可疑迹象再确定是否采用NDT方法。
4）密封性实验
与罐体直接相连的结构构件或当做罐体使用的结构体需要做密封性实验，以确定罐体的密封性，可采用水压试验或气密性的方法。
4.2 水下检测方法
常用的水下检测方法、适用范围和使用特点见表4.2所示：
表4.2 水下检测方法
5 结构检测技术要求
5.1 总体要求
在检测前，应编写平台结构检测计划，检测计划应包括检测级别、频度、特别检测以及预先选择的检测区域等，并由熟悉平台结构完整性方面有资质的工程师批准[3]。
5.2检测级别
检测级别包括I、II、III和IV 四级
1）I级检测
I级检测包括水下确认阴极保护系统的性能，水上外观检测所用的防腐系统的有效程度和检测防腐系统的磨损、过度的腐蚀和构件的弯曲、脱落和损坏。
检测应该识别明显超载的迹象、设计缺陷和任何不符合平台设计目的的使用。检测也应包括飞溅区和水上所有结构杆件的一般检查，重点是看在更关键的区域的情况，诸如甲板腿柱、大梁、桁架等处。如果发现水面上杆件有损坏，并且外观检查不能完全确定损坏的范围，就应采用无损探伤试验。如果I级检测预示水下损坏可能已经发生，只要条件许可，应该尽早进行II级检测。
2）II级检测
II级检测包括一般水下外观检查，有潜水员或ROV检查以下情况：
过度腐蚀；
事故或环境条件引起的超载；
冲刷，海底不稳定性等；
绕四周进行外观检测时可探测到得疲劳损坏；
设计或构造缺陷；
存在杂物
过厚的海生物等
检测应该包括阴极电位的测量，并由潜水员或ROV在预先选择的关键区域进行。在II级检测期间发现的显著的结构损坏应成为进行III级检测的根据。如果需要和可能，应该尽早执行III级检测。
3）III级检测
III级检测是对预先的区域进行水下外观检查，这些区域包括已经知道或怀疑有损伤的区域。本级别检测是在II级检测基础上进行的。为了检查，应彻底清除海生物。需要检测区域的预选，应根据对特别容易发生损坏的区域、或者需要重复检测以便在整个时间内监控其完整性的区域的工程评估。
构件冲水探测（FMD）可以提供一种可以接受的对预先选择区域目视密闭检查的替代方法。应通过工程评价确定节点应用FMD或目视密闭检查的适应性。为监视腐蚀情况对选定区域进行目视密闭检查应包括在III级检测中。
在III级检测期间，发现的结构显著损坏应该是IV级别检测的根据，因为在这种情况下，只进行外观检查不能确定损坏的范围。如果需要和可能应该尽早进行IV级检验。
4）IV级检测
IV级检测包括根据III级检测检测的结果预选择的区域和已知道或怀疑有损伤区域的水下无损检查。IV级检测也包括对已损面积的详查核测量。
对疲劳敏感节点或怀疑裂纹的区域的III级和IV级检测可能是有必要的，以确定是否已经发生损坏。监视疲劳敏感节点或报告的裂纹迹象可视为分析验证的可接受替代方法。
当有裂纹迹象时，应由熟悉平台整体状况的资深工程师进行评估。
5.3检测频度
检测周期与于平台的暴露等级有关，暴露分级可按对人身安全和失效后果两种来考虑。
根据人身安全的暴露分级为：
L-1=有人居住――不撤离
L-2=有人居住――撤离
L-3=无人居住
根据失效后果的暴露分级为：
L-1=严重失效后果
L-2=中等失效后果
L-3=轻微失效后果
对于固定平台进行检测的时间间隔不应超过下表5.3所示的规定。除非有以往的经验或工程分析表明采用其他的间隔是适当的。改变规定检测时间间隔的判定应形成文件并由操作者加以保证。
表5.3 平台结构检测频度
5.4特殊检测
I级检测应在遭受设计环境事件（如飓风、地震等）之后进行。
可能导致结构退化的严重意外荷载（例如船撞等）发生后，或超出平台原始设计/评估准则得事件发生后，应进行II级别检测。
对平台结构整体性关键影响的区域所作的结构性修理，应在修理完成约一年后进行II级检测。当过量的海生物妨碍在修理区进行外观检查时，应进行2级检测。
应根据当地经验对易冲刷区进行II级冲刷检测，并且比上表所列的频度更频繁。周期性冲刷检测数据的分析者应该注意风暴后冲刷的回灌可能混淆风暴冲刷的范围。
5.5预先选择检测区域
在平台初步设计和任何进一步重分析期间，应该标明关键的杆件和节点以帮助确定将来进行平台检测的要求。关键区域的选择应根据平台设计或评估期间确定的节点和杆件荷载、应力、应力集中、结构超静定程度和疲劳寿命等因素。
1）上部组块结构预先选择检测区域与检测方法
对于上部组块结构，除了通过计算分析确定由于每年都要求进行Ⅰ级外观检测重点检测区域外，对于长期受到动荷载影响的部位，也应列入重点检测的范围，这些区域主要包括：
泵、压缩机等振动设备周边大梁、节点焊缝
上层甲板与钻机模块支点相关联的大梁、节点焊缝
吊机立柱根部等关键部位焊缝
吊机休息臂根部支撑杆件、节点焊缝
火炬臂根部支撑杆件、节点焊缝
栈桥固定端支点焊缝等
对上部组块预先选择检测区域采用APIⅠ级外观检测检测方法，若发现有裂纹，应进行NDT无损检测，并由有经验的资深结构工程师进行评估，或进行修补。
2）导管架结构预先选择检测区域与检测方法
导管架结构预先选择检测区域包括在分析结果中体现的高应力杆件、节点和低疲劳寿命节点等。
对于高应力杆件，应实施APIⅡ级检测，可采用GVI（宏观目视检查）的方法，主要查看杆件是否变形、凹陷、损伤过度的腐蚀或任何不正常的状况。若发现杆件有明显的损坏，则应尽早启动API Ⅲ级检测。
对于高应力节点，应实施API Ⅲ级检测，可先采用清除表面近距离目测的方法，主要查看节点表面是否有裂纹、凹陷和缺陷等，若发现节点有明显的损坏，则应尽早启动API Ⅲ级检测或API Ⅳ检测。
对于低疲劳寿命节点，可直接进入API Ⅳ检测，或者首先采用清除表面近距离目测的方法，检查节点焊缝表面是否有裂纹、缺陷等，若发现裂纹或缺陷，再进入API Ⅳ检测。水下API Ⅳ检测通常采用NORSOK N-005推荐的ACFM检测（交流电磁场检测）方法，主要检查节点表面焊缝是否有裂纹和缺陷，并获取裂纹和数据等。
5.6检测记录
在平台使用期间，所有的检测记录都应该有操作者加以保存。这种记录应包括检测发现的详细叙述，包括录像带、照片、测量数据和其它有关的测量结果。记录也应识别所进行的检测级别。
5.7对检测人员的要求
检测工作应由能够胜任的人员去执行，包括有熟悉情况的平台操作和维修人员进行观测。进行水上部分检测的人员应该知道如何和在何处去发现损坏和可能导致损坏的情况。
平台水下部分的阴极电位检测或外观检查应由ROV或潜水员在有水下外观检查丰富经验人员的指导进行。结构的无损探伤检查应由受过训练并所使用的方法有经验的人员执行。阴极电位的检查应在有专业知识的人员的指导下进行。
6 结束语
根据海上固定平台安全规则、API规范、NORSOK标准和相关文献，提出在役海洋平台检测的方法和相关技术要求，为在役平台结构检测和完整性管理提供借鉴。
参考文献：
[1]：中华人民共和国国家经济贸易委员会：海上固定平台安全规则，2000.
[2]：Norwegian Oil Industry. NORSOK STANDARD N-005”Condition monitoring of loadbearing structures”，1997；
[3]：American Petroleum Institute. API-RP-2A "Recommended Practice for Planning， Designing， and Constructing Fixed Offshore Platforms"， Working Stress Design 21st Edition， 2000；
INSPECTION METHOD FOR
IN-SERVICE OFFSHORE PLATFORM STRUCTURE
Lu Hua ， Fang Kai
（Offshore Oil Engineering Co.，ltd Tianjin 300452）
Abstract： Report the inspection’s necessity， code， method， levels， survey frequency and preselected survey areas for in-service offshore platform structure， which will be importance reference for the existing platform integrity management on survey.
Key Words： Offshore platform Survey method Survey levels Survey frequency Preselected survey areas Integrity management