水下检测与维修技术的发展综述_张剑波

文章编号:1001-4500(2004)03-0045-04

水下检测与维修技术的发展综述

张剑波

(中国石化海上石油工程技术检验站,东营257001)

摘　要:介绍了国外海洋工程水下检测和维修技术的发展状况、国内开展水下检测和维修

技术研究及实际应用情况。

关键词:水下检测;水下维修;海底管道

中图分类号:P 756 文献标识码:A

随着海上石油工业的发展,许多海洋石油设施(包括各类平台、海底管道、海底电缆和特种船舶等)进入了设计寿命的中后期。在长期的使用过程中,其材料会产生各种性质和特点的缺陷,这些缺陷将可能严重影响着海洋石油设施的安全及人员的生命。为了掌握水下构件的损坏和腐蚀状况,水下检测技术得到不断应用和发展,为了修复水下甚至海底下的石油设施的缺陷,水下维修技术随之迅速发展。本文通过调研,介绍了国内外水下检验和维修技术的现状及其发展趋势。

1　国外水下检测与维修技术的发展

由于海洋工程结构物的损伤、破坏以致塌覆将造成巨大的人员伤亡和经济损失,海洋工程结构物的安全状况不仅直接影响到经济效益,而且关系到生命和环境安全。随着各国对油气勘探开发安全性和环保要求的不断提高以及油田勘探开发区域的不断扩大,对海洋结构物评价精度及可靠性的要求也越来越高,对平台实施定期检测、进行实时监测及维护已经成为必然要求。世界各海洋石油生产国对海上工程结构物的检测与安全性评估十分重视,相继建立相关法规条例对平台安全运行进行监督和管理。

水下工程结构物的检测是一项十分复杂的系统工程,其特殊的工作环境、复杂的检测对象以及较高的检测要求使一些常用的无损检测方法难于实施。各国海洋石油企业和相关管理机构都积极组织并资助开展相关的研究工作,探索海洋结构物安全检测与评价的新途径与新技术。经过多年的研究开发与工程应用,国外

水下检测与维修技术有了长足的进步,取得了一批以交流磁场法(A CFM )为代表的应用成果。

下面通过6个方面的技术进展加以概述。

1.1　交流磁场法技术

交流磁场法(A CFM )是从交流电压降测量法(A CPD )发展而来的一门新兴的无损检测技术,20世纪80年代伦敦大学完成了A CFM 的理论分析,90年代初开始应用于海洋石油平台的检测。A CFM 利用导电材料中的缺陷会改变电磁场的分布产生压电磁性效应,通过测量电磁场分布的变化,并和标准的理想缺陷所形成的电磁场进行比较,从而确定缺陷。该方法综合了A CPD 和涡流检测两种方法,通过测量探测区域近表面的磁场变化而不是电场电压,因此可以实现非接触探伤。利用A CFM 非接触法确定缺陷尺寸,首先在被测区域内输入交流电,由于“趋肤”效应,电流聚集在导体表面,如果试件中有缺陷存在,电流线在缺陷附近会发生偏转,从而在试件上诱发出畸变的磁场,用磁场探头测得磁场的分量的变化,就能确定裂纹的长度和深度。

A CFM 具有如下特点:(1)检测速度快、

精度高,对裂纹缺陷的检测定性定量一次完成;(2)使用遥测技术穿透金属及非金属的涂层,实行非接触检测,无须清理被测表面的油漆和涂层;(3)可以测量任何电导体材料,包括各种金属及合金;(4)不需要进行繁杂的仪器校正;(5)最大限度减小人为因素造成的误差;(6)高稳收稿日期:2004203230

作者简介:张剑波(19652),男,高级工程师。从事海洋工程检验、检测和评估评价工作。

・54・第19卷　第3期 中　国　海　洋　平　台

定性和分辨率,能准确检测出裂纹的长度及深度;(7)不论缺陷的大小都有足够的精确性;(8)适应性好。由于

A CFM 具有上述特点,有望在水下结构裂纹类缺陷检测中占主导地垃,替代水下超声、

磁粉等检测技术。1.2　电场特征检测法(FS M )

FS M (F ield Signatu re M ethod )技术是挪威Co rr O cean 公司开发的一种新型无损检测技术,这种方法主要用来检测各种形式的腐蚀,也可检测大多数的裂纹以及监控腐蚀和裂纹的扩展。其原理是将探针或电极在待测区布置成阵列,然后测量通过金属结构电场的微小变化,用测得的电压值与初始设定的测量值进行比较,依此来检测由于腐蚀等引起的金属损失、裂纹、凹坑或凹槽。基于FS M 技术,Co rr O cean 开发了便携式FS M 检测无损检测仪(FS M -IT )。

这种检测技术的主要优点:(1)具有高的检测精度且检测结果不受操作者的影响;(2)能够用于检测复杂的几何体(弯头、T -接头、Y -接头等),同时对于这些几何体,采用FS M 技术可大大的减少检测的时间。对一个测点,如果U T 需要1～2小时,采用FS M 技术则只需3～4分钟;(3)由于具有远程检测能力,就减少或消除了建脚手架的费用;(4)对于一般腐蚀,其灵敏度高于剩余壁厚的0.5%,也就是说,实际的灵敏性随着腐蚀的增加而提高,其灵敏度是U T 的10倍,同时可重复性好;(5)不需要去掉涂层或保温层,这样就大大节省了检测资金与时间。

1.3　检测维修管理及优化技术

海洋结构物检测在国外(如挪威、英国、美国等)已进行了多年。挪威的检测技术是发展较快的,从技术手段到管理模式基本形成体系。在检测形式方面有完备的程序和法规,在实施上具有系统的方法,能将所有辖区的结构物纳入规划并建立档案,依据环境条件、设计寿命以及其他意外情况进行安全例检、安全评价、维修改造和使用后期监督。借助现代高科技手段用水下机器人进行实时监控、采集数据,通过存储查询和档案数据的分析比较,基于数据库及其智能管理技术,开发相应的海洋结构检测、维修与安全评估信息管理(M IS )与决策支持系统(D SS ),及时为决策者提供评价报告和实施计划。同时,在保证海洋结构在服役期内的安全性和耐久性的前提下,为了尽可能的使其寿命周期成本降低,国外近几年投入了很大的人力、物力和财力,研究开发海洋结构的检测维修优化决策技术,将海洋结构的可靠性分析、风险分析和智能优化技术结合起来,考虑随机不确定性的影响,提出多种海洋结构的检测维修优化模型,并开发了相应的软件系统。

1.4　海洋结构实时监测技术

海洋平台结构的实时自动化监测技术通过监测数据的实时采集、处理、分析,确定平台的安全状态,具有快捷、省时、精度高、能实现实时控制等优点,受到越来越多的重视。海洋平台监测系统主要包括海洋环境载荷自动监测系统、平台损伤、位移监测系统以及平台阴极保护监测系统等。国外对环境载荷的监测研究较多,也已经逐渐成熟,例如英国Saab 海洋电子仪器公司最近研制的一种非介入式传感器W aveR ada ,可以监测海上装置附近的波浪和水面高度,精度达到1mm ,已经安装在壳牌石油公司的A uk 、Sean 和C li p er 平台上;俄罗斯也在Sakhalin 油田安装了冰载荷监测系统。

平台损伤主要包括裂纹、腐蚀和变形等,相应地,平台损伤监测系统又可以细分为裂纹监测、腐蚀监测以及结构应力与变形监测等。美国D unegan 工程咨询公司提出了成功解决复杂结构件中的声发射噪声干扰问题的方法,研制开发的声发射仪和探头已应用于桥梁、航空、海上石油平台等领域,目前最新产品是拥有4项美国专利的A ES M A R T 2000系统,可以只用两个探头就可实时监测裂纹的生长,并能估计裂纹所在深度。

1.5　水下检测的成像技术

由于水下能见度低,尤其是水质浑浊的情况下,传统的由潜水员完成的水下目视检测一般难以实施,水下成像作为一种重要的水下无损检测和识别手段,越来越受到人们的重视,各国都在开展浑浊水环境下成像技术的研究。其中水下声波成像系统、微光和激光主动成像技术是有望用于浑浊水成像、并替代传统目视检测的三种技术。

1.6　海洋结构维修技术

近20年来,美国、英国、挪威等国相继开展了对海上平台受损构件修理与加固的研究工作,并取得了显

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64・ 张剑波　水下检测与维修技术的发展综述 2004年6月