在役海上固定平台结构预评估在定期检验中的应用

陈大江，施 佳，包玉银

（1. 中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057；2. 美钻能源科技（上海）有限公司，上海 200943）

0 引言

海上固定平台在恶劣的海洋环境中时常受到波浪抨击、风载荷、海流冲刷、腐蚀等不利影响。随着服役年限的不断增加，平台结构强度衰减和疲劳损伤加速。海上固定平台定期检验必须满足主管当局的法规要求，其结构检验应符合《海上固定平台安全规则》的要求，对于按照不同标准设计建造的平台，还需要满足相应规范的检验要求，才能取得船级社签发的《海上设施符合证书》。业主可在定期检验中利用有效的检验手段反映在役平台的真实状况，以作为资产管理的科学依据，从而保障海上油田的安全生产、减少风险、避免损失、不污染环境，进而产生良好的经济效益和社会影响力。

定期检验计划的制定，除了使检验工作合理（涵盖主要风险点、关键结构的检测）、可行（现有检测手段可以做到），同时也要避免检验内容过多而带来的高额水下检验费用。

据了解，目前固定平台定期检验的计划多是由检测总包方凭借以往经验来确定的。凭经验选取检测点，可能会造成真正风险点的遗漏。海生物清理作业一般也会安排在定期检验期间进行，科学地制定海生物清理范围可以节约大量的水下工程费用。

1 检验要求

1.1 定期检验要求

根据法规的要求，固定平台每5年应进行定期检验[1]。定期检验是固定平台保持船级的需要，同时也是安全的需要。基于API规范设计和建造的平台结构检验范围应根据暴露等级和平台年龄来确定，等级检查周期要求见表1。

表1 I/II/III/IV等级检验周期[2]

海上平台定期检验的内容主要有水上结构的检验和水下结构的检验。水上结构检验分为整体外观检查、磁粉探伤和结构测厚[3]。检验工作应由有能力的人员去执行，检验工作也可由熟悉现场情况的平台操作和管理人员执行。

1）外观检查是最直接有效的结构检测方式，平台结构可见的缺陷大部分可通过外观检查发现。外观检查分为总体外观检查和近观检查。总体外观检查是检查平台结构大体外观，从而了解结构是否存在变形、损坏、腐蚀等。近观检查是指检查时，人手可触摸到检查位置的检验方式。通常对可疑区域、高应力区域应实施近观检查，因为可以详细了解到结构开裂、腐蚀、损坏变形程度。近观检查有时候需要利用脚手架、梯子或高空绳索技术等才能实现。

2）磁粉探伤适用于检验构件或焊缝的表面和近表面缺陷。通常在进行外观检查时，如发现有可疑之处，可考虑采用磁粉探伤，以检测肉眼检查不到的缺陷（特别是裂纹）。磁粉探伤经常使用于高应力区、长期处于交变载荷区域、过量腐蚀等可疑区域。

3）超声波测厚主要用于检查构件的厚度。通常情况下，如在检验中发现平台油漆普遍脱落或有明显腐蚀情况，应要求进行测厚检查，以确认构件的腐蚀情况。平台在进行结构评估时，如需要获得构件厚度，也应进行测厚检查。

水下结构检验分为水下外观检查、海生物厚度测量、牺牲阳极检测、结构电位测量、阳极电位测量、水下结构测厚、水下磁粉探伤、交流电场检测、构件充水测量和海底冲刷检测。以上检查应由有专业知识并受过训练的人员进行。

1）水下外观检查主要依靠潜水员或遥控潜水器（Remote Operated Vehicle，ROV）进行水下摄像和水下照相进行，分为一般性外观检查和详尽外观检查。详尽外观检查需要先对平台待测部位进行预清理，然后由潜水员来检查构件隐藏的损伤。

2）海生物厚度测量是为了确定海生物厚度是否超过平台硬质海生物的允许量。一般海生物测量方法为各构件每隔3 m测量一剖面，每一剖面测量4点或2点海生物厚度。

3）牺牲阳极检测用于确认平台阳极的损耗情况，测量时要求测阳极的3个周长（取平均值）及牺牲阳极总长度。如果耗蚀超过2/3（与原先尺寸比较），应进行更换。

4）结构电位测量和阳极电位测量要求，在海水中，经保护的钢结构电位必须低于−0.8 V，理想的钢结构电位应处于−0.9 V和−1.0 V之间（相对Ag/AgCl）。如果电位到−1.1 V或更低，检测时应确认是否形成释氢裂纹。对平台水下结构进行随机抽查，外观检查到阳极耗蚀严重的位置或阳极不起作用位置，应重点检查。测量电位时，应选取10%的阳极和每一水平层的钢结构。被选择的阳极应平均分布在导管架的不同侧面和不同水平层上。对钢结构进行电位测量时，测量位置应尽量远离牺牲阳极。

5）水下结构测厚要求方法以及腐蚀判别和水面上的测厚及腐蚀判别方法相同。

6）在进行水下外观检查时，如对构件或节点有怀疑，或平台定期检查有要求时，应对平台构件或节点进行水下磁粉探伤，以检查构件或节点的表面或近表面缺陷。

7）交流场检测应有专门的检测计划，计划包括被检对象所处海域的环境资料、被检测对象的背景材料、检测的范围和位置、检测设备和人员等。检测前，先进行外观检查，检测项目包括裂纹、过度的打磨，飞溅物，以及会影响探头移动的其他缺陷。

1.2 结构预评评估方法

本文讨论的预评估方法主要分为以下几点：

1）整理平台原始资料，对比环境条件、平台结构参数、海生物等记录，并且将检验检测到的记录与原始资料进行对比；

2）从安装完工后的检验和历年平台检验、维护和保养记录中，选取已发现的风险点进行复查；

3）在设计阶段和进行重大改造后的评估中选取显示应力值偏大的构件和节点作为海上平台服役期间的风险点，在定期检验中需要重点关注；

4）如有必要，需对平台进行设计水平评估和极限强度评估，以确定在新的环境条件下平台结构（特别是导管架结构）的风险点的变化。

1.3 检测方式

海上平台检测通常分为水上检测和水下检测。水上检测由有资质的检测人员进行，环境要求简单，可以通过一般检测手段到达，必要时需要搭设脚手架，或采用高空绳索技术进行。水下检测由于环境所限，目前主要通过潜水员和ROV来完成。

ROV在超过空气潜水范围的水深处检查具有明显的安全、效率和成本优势，但多用于一般目视检查和部分区域的结构测厚。同时，ROV在平台导管架内作业时，可能会发生作业过程中ROV失去动力、脐带缆缠绕在导管架桩腿或其他构件上、脐带缆受导管架上海生物挂断造成跳闸等事故，造成ROV无法收回[4-5]。

潜水作业方式一般又分为空气潜水、混合气潜水和饱和潜水。3种不同的潜水方式的主要区别如表2所示。根据不同的作业水深和作业要求，需要选取不同的作业方式[6]。综合考虑成本和效率，平台水下结构物的检验通常采用空气潜水方式。

表2 不同潜水方式对比

2 平台定期检验制定实例

2.1 平台简介

某海上平台（图1）为4腿8主桩钢制导管架平台，整个平台主要分为导管架和上部组块 2部分，其中导管架有8层水平标高，最底层为EL.(−)154.1 m，上部组块有5层标高，包括4层甲板和1层飞行甲板。平台已服役时间已近10年，将进行第二次定期检验。

2.2 平台结构预评估

因为平台服役已近10年，期间没有进行过大的改造，且环境条件与设计环境条件相同，所以只对设计文件和第一次定期检验报告进行了审核。

1）对原设计文件进行审核，关注应力比值大和疲劳寿命短的节点和构件；

2）第一次定期检验中没有发现结构上的问题，但水下EL(−)50 m以下的牺牲阳极消耗较快，应对其进行重点检测；

3）对第一次定期检验中发现的海生物生长情况进行分析，以确定本次海生物清理范围。

图1 某平台实景

2.3 检测方案

经过对平台结构进行预评估分析，制定的2017年定期检验计划主要内容如下：

1）按照定期检验的要求，对水上结构分别进行整体外观检查、磁粉探伤和结构测厚。本平台已服役近10年，选取上部组块结构UC值大于0.95的节点、典型节点和规范要求必须检验的节点焊缝进行无损探伤检测。对导管架水面以上部分，主甲板及其主工字梁，桩腿及其支撑，吊机基座立柱及斜撑等进行超声波测厚。整体外观检查时若发现平台油漆普遍脱落或有明显腐蚀情况，也要进行测厚检查，以确认构件的腐蚀情况。

2）水下结构根据结构预评估选取高风险点进行无损探伤，其中预评估选取的节点不足 20%，选取部分典型节点。本次定期检验时，水下部分EL(−)50 m以上采用空气潜水法进行检验，EL(−)50 m以下由ROV进行检验。无损探伤节点如表3所示。

表3 水下无损探伤检测点（节选）

3）测厚点的选取除了规范要求的典型位置外，还需要对第一次定期检验发现的 A1/A2/B1/B2桩腿−50 m～−12 m未加厚部分、L1/L2裙桩腿−50 m以浅实际厚度小于图纸设计厚度的结构进行测厚。

牺牲阳极检验由潜水员检验EL(−)50 m以浅区域的所有牺牲阳极，并选取 20%的牺牲阳极进行测量；EL(−)50 m以深区域由ROV进行详细检查，并对第一次定期检验中发现消耗明显的阳极进行对比分析。

4）海生物测量选取导管架ROW A面和ROW B面的腿A1和B4为海生物厚度测量的对象，分别选择−6 m、−16 m、−29 m、−45 m、−63 m、−83 m、−106 m和−128 m水深进行测量，详细记录硬质海生物和软质海生物的厚度。

5）海底冲刷由ROV进行，检查包括海底冲刷和堆积情况、结构沉降情况、海管悬空情况，并调查导管架的海床周围是否有残骸和杂物等。

6）海生物清理范围从第一次定期检验的EL(−)50 m以浅调整为水下第二水平层EL(−)34 m以浅的所有导管架结构。

3 检验结果

2017年根据定期检验方案进行的检验结果表明：平台整体结构除了指定杆件B-05（LegA1 MB166）有壁厚减薄现象外，无其他可记录缺陷；EL(−)50 m以深结构牺牲阳极损耗较严重，大部分评级为 C级；EL(−)110 m以深部分结构上的阳极消耗等级为D级，需要进一步分析阴极保护系统的状况。本文提到的定期检验方案和最后的检验报告都得到了船级社的认可，平台顺利获得《海上设施符合证书》。

与第一次定期检验相比，各检验点的选取更具有科学性和代表性，其检验结果也更能反映出该平台结构的实际状况。另外，海生物清理范围的重新选取节约了大约四分之一的水下作业时间，使本次定期检验费用减少了20%以上。

4 结论

实践证明：海上固定平台结构预评估结果对在役海上平台的定期检验起到重要的作用，它综合考虑了平台取证、风险点检验和经济性，从而制定出最优的检验方案，具有很好的管理意义和推广价值。