无损检测技术在FPSO系泊钢缆中的应用研究

2014-06-27,,

船海工程 2014年5期

(中海油能源发展采油服务公司，天津 300457)

水下系泊钢缆是FPSO单点系泊系统的重要组成部分，一旦系泊钢缆出现问题，会造成FPSO重大安全隐患。南海FPSO常设计成十几年不解脱的形式，由于海水的腐蚀、台风的破坏，系泊钢缆经常会出现锈蚀、磨损、断丝等损伤，这些损伤使系泊钢缆的使用强度降低，特别是台风过后需要对系泊钢缆进行检测和评估。目前系泊系统钢缆的检测主要采用潜水员和水下机器人观测的方式[1]，这种方式仅能观察钢缆表面状态，且易受海生物及海水下环境的影响。

1 FPSO111系泊钢缆介绍

“海洋石油111”FPSO系泊系统采用不可解脱内转塔式系泊系统，2003年投入使用，设计寿命10年。系泊钢缆为螺旋股钢缆，直径130 mm，无保护层，长度210 m。锚系分为3组，每组3条，组间距为120°，线间距为5°。非对称布置,见图1。

2012年 11月，中海辉固公司对“海洋石油111”FPSO系泊系统9根钢缆进行了一般的水下外观检验。检验的过程中发现所有系泊钢缆保护涂层有不同程度的破损现象，4号系泊钢缆与上锚链连接索节发生松动；5号系泊钢缆出现1根断丝；6号系泊钢缆出现3根断丝；7号系泊钢缆有松股现象；8号系泊钢缆出现3根断丝。

2 检测仪的关键技术研究

系泊钢缆无损检测仪系统，主要采用漏磁技术，当被检系泊钢缆由于磁化后，它的表面或近表面处缺陷就会形成漏磁场，人们可以通过检测漏磁场的变化来识别系泊钢缆的缺陷[2]。针对水下应用的系泊钢缆无损检测仪设计难点有两个方面。

“海洋石油111”系泊钢缆直径较大，对直径在100 mm以上的系泊钢缆在断丝的漏磁场检测方法中，如果励磁磁路结构不合理，不能在系泊钢缆中形成较为均匀的磁场，则无法可靠、准确地获取钢缆的断丝、锈蚀、磨损信息。

FPSO111工作水深为水下100 m，为了使无损检测仪能够有更好的水下工作能力，设计密封要求为300 m，这就对无损检测仪及连接附件的密封提出了很高的要求。

2.1 大直径系泊钢缆检测技术

磁化磁路中包括永磁体、衔铁、钢缆三大组件。永磁体作为励磁源，为磁路提供磁动势，其作用相当于电路中的干电池，只是其供能方式较干电池复杂得多；衔铁在磁路中起到导磁作用，形成高磁导，低磁阻磁回路，相当于电路中的导线，其自身虽然也具有一定的磁阻，但较其他磁路组件而言已非常小；钢缆是需要进行磁化的目标构件，整个磁路的目的就是为了使钢缆中产生较大的磁感应强度，钢缆相当于电路中的应用电器[3]。见图2。

系泊钢缆的相对磁导率在1 000 H/m左右，当钢缆直径超过20 mm时，可以用一定数量、均匀分布在钢丝绳周向上的块状永磁来替代图2中的环形永磁，靠近钢丝绳表面处用环形衔铁连接，这样并不影响励磁效果，而且可以降低励磁器的重量[4]。本检测仪采用四块长方体磁铁代替环形磁铁，见图3，内圈加有环形衔铁，外围使用与磁铁等宽的长条形衔铁。

图1 HYSY111系泊系统布置示意

Ds-钢丝绳公称直径;Ls-两极靴内侧间距;Lm-永磁沿钢丝绳轴向的长度;Tm-永磁沿钢丝绳径向的厚度;S-钢丝绳表面到衔铁内侧的距离;Tx-衔铁沿钢丝绳径向的厚度;q-永磁与钢丝绳表面的气隙。图2 磁路基本结构形式

2.2 检测仪水下密封设计

系泊钢缆检测仪正常进行检测工作时，检测仪套筒表面和外表面都是浸泡在海水中的。因此检测仪的密封采用对空腔进行充填胶黏剂的方法，即检测仪各个零件相互粘合，没有气隙和气孔，以达到防水的效果。检测仪填充的胶黏剂选用爱牢达(Araldite)AW106/HV953U型号环氧树脂胶，它是一种多功能，双组份，室温固化的糊状胶粘剂，强度高，轫性好，适用于粘结各种金属，陶瓷，玻璃，橡胶，硬塑料以及大多数常用材料，是一种用途广泛的胶粘剂。检测仪内部胶黏剂填充见图4。

图3 简化磁路结构

图4 检测仪本体胶黏剂填充密封示意

3 水下检测工程

3.1 工作原理

ROV系统负责定位、探摸、观察、录像、固定高压水枪、携带钢刷和检测仪等工作。在整个作业过程中，全程监控钢缆检测状态。ROV携带检测仪及其工具包检测1～2根系泊钢缆，同时测试检测仪的行走状况，了解水下系泊钢缆漏磁变化规律以及检测磁信号的灵敏性。

系泊钢缆检测仪是专门为水下系泊钢缆检测而开发的专用仪器。仪器采用稀土永磁磁化钢缆，并使用霍尔元件采集钢缆的漏磁信号，通过分析钢缆的漏磁信号判断钢缆的内部及表面断丝、磨损、腐蚀等缺陷[5]。

3.2 海上调试过程

1)组装检测仪与ROV连接工具包，并将工具包安装在ROV基板上。

2)将检测仪电子舱固定在ROV基板上。

3)连接检测仪与电子舱、ROV电子舱的电水密缆。

4)将蓄能器、电磁阀等应急打开系统设备固定在ROV基板上，并连接液压油管。

5)在ROV控制室操作ROV液压系统和供电系统，驱动检测仪完成张开、闭合动作，重复3～5次，观察运动情况，并进行相应参数的记录。

3.3 水下检测

将ROV连同检测仪及其工具包吊入海中，进行ROV携带检测仪行走。

驱动ROV液压系统，完成检测仪在水中打开、闭合动作。

操作ROV，使其靠近系泊钢缆，并进行吸附。 ROV携带系泊钢缆检测仪完成吸附钢缆动作，并沿钢缆一侧方向行走。当遇到障碍物时，检测仪张开，然后跨过障碍物，重复前面动作，继续进行检测工作[6]。

4 检测成果

以5#系泊钢缆(检测范围在水深35～50 m的部分)为例，对检测数据进行分析。将检测的数据导入到计算机中，利用系泊钢缆无损检测数据分析软件可以看出，被检测钢缆无断丝损伤，漏磁信号曲线中波动起伏的位置表明钢缆漏磁量发生了变化。图中信号波动表示被测系泊钢缆在一个捻距内的磨损情况，在检测位置1.06 m处，系泊钢缆的最大磨损量为0.85%。