海洋工程无损检测的特点分析

2014-02-02张曙光邵建华

中国海洋平台 2014年2期

张曙光，邵建华

（1.中兴海陆工程有限公司，广东东莞523000；2.上海船舶工艺研究所，上海200032）

0 引言

海洋工程从广义上说，所有涉及与海洋环境有关的工程都可以归纳为海洋工程的范畴。如海洋平台、系泊系统、海底管线以及其它开发海洋资源的设备和工程建筑（如陆地终端处理系统、海上风力发电）。可对于船舶工业系统来说，可以分为两个方面：海洋平台和海洋工程船舶。

海洋平台可以分为两类：一类是移动式平台，如坐底式平台、自升式平台、半潜式平台；另一类是固定式平台，如导管架平台、张力腿式平台、重力式平台。而系泊系统主要是指浮式储油轮的海上系泊单点结构。海底管线是指海上输送油、气、水管线，一般分为双层管和单层管两种。这些海洋工程结构及其设备基本是由钢质材料焊接而成，加之由于恶劣的海况环境和工况条件以及难以返回陆地等特点，对海洋工程在结构材料选择、制造质量等方面提出了较高的要求。

1 无损检测技术在海洋工程上的应用

由于海上平台与设施所处的恶劣作业环境及工况条件，因此在建平台和在役平台的检验评估及维修工作尤为重要。国家安监总局以及各船级社的入级规范都着重强调并且制定了建造检验和在役检验的规定与要求，特别对在役平台的检验都是从平台以及设施一投入使用就开始了此项工作，并规定了年检和特检监控频度，以保证平台及设施的安全使用。对于在建平台可以按照各船级社的建造规范的要求采用常规的无损检测方法（UT、MT、RT、PT）来完成检验。

在役海洋平台的检验与在建平台的检验是有一定区别的，在役海洋平台检验分为水上和水下两部分进行，检测内容主要有结构完整性检验、结构测厚、焊缝的无损检测、阳极防腐检测等。目前采用的检测方法主要有目视检测（目视检测是最基本的检测，而其它所有的检测都是在目视检测完成之后再进行）、超声波测厚、磁粉检测、超声波检测、交流电磁场检测（ACFM）、阳极电化学电位测量等。其中磁粉检测和交流电磁场检测（ACFM）都是应用于表面裂纹检测的方法。但ACFM检测探头可以离开检测表面5mm～10mm，且不需要对有涂层表面进行处理即可检测。具体到水下检测可靠性，有资料试验统计表明：仅就磁粉检测与ACFM两者检测而言，水下检测要比水上检测的可靠性低。检验检测所依据的规范为船级社入级规范要求。

2 海洋工程与常规修造船的不同特点

（1）结构形式和材质与常规修造船的不同

由于海洋平台所有结构件的连接除了采用板状和管状对接全熔透焊缝外，管状TKY节点焊接接头的连接形式也是一大特点，同样也占了一定的比例，并且都是重要的强力结构，如：平台导管架，平台上部组块框架等。由于结构属于高强度结构，因此所用的钢材采用低合金高强度钢，如D36、E36、E690、EQ56和Z向钢（Z35）等，按交货状态有正火态和热控扎制态（TMCP钢），板材厚度一般在20mm～200mm不等；焊接方法基本采用了埋弧自动焊（SAW）、手工电弧焊（SMAW）和药芯焊丝保护焊（FCAW-S）。由于随着材质、材料强度及板厚的增加，焊接方法与焊接技术难度系数相应提高，各种缺陷出现的机率也相应增加，甚至出现冷裂纹、热裂纹、延迟裂纹、横向裂纹等缺陷。因此，在选择检测时机上至少要在48小时以后或72小时以后，而且检测时间必须严格控制，要求从焊接到最终检验进行准确追溯，同时伴随着目视检验。

（2）对检测人员的要求与常规修造船不同

对常规修造船项目的检测人员来说，只要是持证人员就可以上岗，不管是国家技术监督局的证书、中国船级社颁发的证书，还是国外无损检测认证机构发的证书等都没有特殊的要求。而海洋工程的无损检测对人员的要求相对严格，如挪威船级社管辖的的海洋工程就必须通过DNV的机构资质和人员的现场操作技能验证考试合格后，才有资格参加现场检测操作，而且必须由监督员（Ⅲ级人员）对每个操作人员和每种检测方法每月、每季度进行一次检测结果的抽查验证并作出验证结论，12个月的验证结论作为当年的考核依据，达到要求保留资格，达不到要求离岗培训重新考核，考核合格后保留资格。美国船级社对Jack-up系列海洋平台的要求是必须取得ABS-UT-Ⅱ级资格证书，检测管状结构焊缝（T、K、Y管节点焊缝）必须取得UT-Ⅱ级资格证书12个月后才有资格参加ABS-UT-TKY-Ⅱ级的培训考试，考试合格后才能从事管状结构焊缝的现场检测操作，同时极为注重无损检测人员的职业道德及素质培训。同样，中国船级社（CCS）对从事管状结构焊缝（T、K、Y管节点焊缝）的现场检测操作必须在取得UT-Ⅱ资格证书后，实践操作时间满18个月才能报名参加UT-TKY-Ⅱ资格证书的认可考试，考试合格后才能进行现场检测操作。

（3）采用的标准与常规修造船不同

常规修造船的检测标准用船标或国标即可一步完成，海洋工程项目根据入级船级社的不同以及船东的要求不同而不同。对于挪威船级社来讲一般选用DNV Classification Notes No.7、DNV-OS-C401、DNV-OS-D101及DNV-OS-E101标准，又要根据ISO5817标准分别执行等效的EN11666、EN12517、EN23278、EN23277等相应的欧盟标准。对于美国船级社则会选用ABS标准，而对一些有特殊要求的部位，如桩腿、克令吊及钻井平台的井架等重要的强受力部位的超声波检测，船东则会提出选用AWS标准，而船体部分则采用ABS标准，一些工艺管道和动力管道又要使用ASME标准以及API标准。

（4）检测工艺要求与常规修造船不同

海洋工程和常规修造船由于选用检测标准不同，因此导致检测工艺也不完全相同。以超声波检测选择探头角度为例，对于常规造船，基本上是选用一种角度探头检测，最多使用两种探头基本可以满足；而对于海洋工程为例，根据钢板的厚度、焊接接头的坡口型式不同，就必须组合使用0°、45°、60°、70°探头，至少是三个探头，有时是需要同时使用四个探头，对于角接焊缝必须进行双面扫查，而且对每一种缺陷都要进行性质评定；以缺陷的定位方法对某些复杂节点和特殊位置的焊缝检测而言，甚至要用特殊工具进行现场1：1作图确认后，才能确定缺陷在焊缝中的大致位置。提前预知缺陷，这对检测人员的技术水平和工作经验要求非常高，特别是随着高强度钢、TMCP钢以及Z向板的应用，各种裂纹出现机率大大增加。所以除了常规的纵向扫查检测外，还必须增加非常规的横向扫查检测——探头必须骑在焊缝上进行垂直扫查检测以发现横向裂纹。

3 现阶段海洋工程无损检测技术的发展趋势

（1）管状TKY节点焊缝传统检测技术的完善提高及新方法研究

管状TKY节点焊缝在海洋工程结构中是非常重要的节点，检测要求很高，但遗憾的是其传统超声波检测的可靠性因受各种结构和环境因素的影响并不十分理想，可以说是有着不可回避的缺憾，造成现场检测结果的可靠性偏低。因此，有待进行完善和提高。

（2）大量推广TOFD检测技术

随着海洋工程技术的不断提高，向深海发展建造海上钻采平台已经成为趋势。据悉，就目前我国在建和将要建造的项目来看，仅导管架一项的建造吨位就在2万吨以上，高度在200m。导管架管径最大达3m，管壁厚度最厚处达到100mm。TOFD技术的大量推广应用必将对于厚度较大的平板对接焊缝的检测和卷管接长焊缝的检测发挥很大的作用。检测速度和检测质量都会取得很好的效果。

（3）采用相控阵超声检测技术对海洋平台重要和关键结构中的奥氏体不锈钢及双相不锈钢工艺管线焊缝和异种钢结构焊缝的超声检测技术研究，以尽快取代常规超声检测和射线照相检测的方法。

（4）利用导波技术以及远场涡流技术对在役平台工艺管线进行进行检测及评估。