交流场法ACFM检测技术在海上石油平台腐蚀缺陷检测中的应用

朱俊 张洪星

摘 要：为了确保海上石油开采的顺利进行、保证作业人员安全和保护环境，在不影响日常作业情况下，使用无人潜水器（ROV）携带交流场法（ACFM）检测设备进行金属构件腐蚀缺陷检测和数据采集，可实现数据实时显示和全年对比，可实现石油平台全生命周期管理，为石油平台设施风险评估体系评估提供大数据支持。文章主要介绍交流场法（ACFM）检测原理、检测方法及其海上石油平台金属构件腐蚀缺陷离线检测的应用。

关键词：无人潜水器（ROV）；海上石油平台；交流场法（ACFM）

中图分类号：TE985 文献标志码：A 文章編号：2095-2945（2019）01-0038-03

Abstract： In order to guarantee the smooth progress of offshore oil exploitation， ensure the safety of operators and protect the environment， without affecting daily operations， the corrosion defect detection and data acquisition of metal components can be carried out using an unmanned remote operated vehicle （ROV） with detection equipment through alternating current field measurement （ACFM）， which can realize real-time display and year-round comparison of data as well as life cycle management of oil platform， thus providing big data support for the risk assessment system of oil platform facilities. This paper mainly introduces the inspection principle and method of ACFM as well as the application of off-line inspection of corrosion defects of metal components in offshore oil platform.

Keywords： remote operated vehicle （ROV）； offshore oil platform； alternating current field measurement （ACFM）

引言

随着海洋石油工业的蓬勃发展，用于开发海洋石油的平台从简易的单桩平台到上万吨以上的巨型平台。大型平台的构造非常复杂，大多数都是固定安装的，不能像船舶进入船坞一样维修。海上石油平台金属构件工作于非常严酷的腐蚀环境中，对平台的腐蚀监测，是其钢结构的寿命周期的预测和管理的重要手段。对腐蚀检测的手段，可分为离线和在线监测。采用以无人潜水器（ROV）为搭载方式的交流场法（Alternating Current Field Measurement，ACFM）无损检测技术，对海上钻井石油平台金属构件进行腐蚀缺陷检测，可以取得良好的应用效果。

1 海上石油平台腐蚀概况

石油平台水下部分金属构件的腐蚀区域，主要出现在潮汐飞溅区和全浸区的腐蚀。海上石油平台水下部分的平台腐蚀区位置，见图1示意图。

2 腐蚀检测方法技术

石油平台水下部分金属构件腐蚀检测分为在线和离线两类。在线检测包括失重法、电阻探针、电化学法、电感法。离线检测包括交流场法 （ACFM）、电场特征法（FSM）等。

3 交流场法（ACFM）无损检测

3.1 工作原理

ACFM是检测构件对交变电流感应电磁场的感应情况。当金属构件完好时，各电磁场分量为零。如有腐蚀或裂缝存在，构件表面电磁场便产生变异。探头检出的讯号输入计算机分析，经软件处理后，可实时地将腐蚀或裂缝的位置、长度及深度显示出来（参见图2）。

BZ——对应裂缝或腐蚀的起点和终点；当探头经过裂缝或腐蚀时，起终点产生的波峰，因此测出裂缝的长度。

BX——对应电流密度，裂缝加深，密度减少，因此测出裂缝的深度。

3.2 设备功能

ACFM检测仪器具备以下功能：（1）可以透过涂层，探测水下石油平台的腐蚀监测。（2） 准确测量裂纹长度和深度。（3）对焊缝部分检测。

3.3 系统组成

ACFM系统主要由以下几个部分组成：（1）水面处理单元（图3）：笔记本电脑及采集处理软件。（2）通讯缆：可以通过独立脐带缆，也可以通过搭载的ROV的脐带缆来传输信号。（3）水下采集单元（图4）：常规为300m、最大耐压2000m水深的压力舱。（4）探头：分为三种形式：静态阵列探头（图5）、扫掠阵列探头（图6）和简单式探头（图7）。

3.4 检测方式

采用ROV携带ACFM检测设备对水下石油平台的裂缝或腐蚀进行检测。ROV领航员通过控制水下机械手来控制探头在被检测部位上移动检测；检测的信号进入采集舱，再通过ROV的脐带缆传送到水面处理单元。ROV搭载ACFM系统示意图，见图8。

4 ACFM在石油平台腐蚀缺陷检测中的应用

4.1 系统安装

ACFM系统实施水下石油平台的裂缝和腐蚀检测时，把各个组件牢牢安装到ROV上，是完成深水石油平台水下结构物检测的重要步骤。

（1）水下采集单元的安装。水下采集单元是由耐压壳体封装的探头采集模块，把它安装固定到ROV底部的框架内，实现对其安装的保护。采集单元的信息及电源通道都接入ROV备用接口上。采集信号通过ROV脐带缆传输到水面处理单元。

（2）探头安装。根据使用结构要求可以生产形状、尺寸和覆盖面积多样的多种探头。探头的安装主要是通过固定到水下机械手上，可以达到灵活調节检测角度和覆盖检测部位。ROV机械手实物搭载，见图9。

（3）系统测试。完成ACFM各个部件安装集成后，下水前要对系统进行测试。测试时，通过机械手携带探头接触被测构件，如果水面采集处理单元有数据变化。说明系统状态良好，可以下水进行检测作业。水面采集处理软件界面，见图10。

4.2 水下结构物缺陷探测

（1）静态阵列使用。静态阵列是检测平板焊接、大直径管道、电焊的标准项目，见图9所示。两行探头放置在坚固的不锈钢鼻后面，探头为锥形，使您能够进入Y和K节点的锐角。在ROV定位探头的限制器可以通过探头的附件确定其位置。可以使用小摄像机观察探头鼻尖，协助您准确放置构件所需部分的探头阵列。如图9所示，其触摸开关用于确认探头是否已经接触到该表面。

（2）扫掠阵列使用。扫掠阵列包括一组探头，在收集数据时它们像笔刷一样在检测区域上移动。一般情况下，这些探头被部署在平坦或者曲线平面上，例如管道断面、船体或者推进器的叶片上。在被部署期间，安装在该阵列上的编码器发出位置反馈。

必须保持操纵器能够接触到表面，扫描该探头，并使其能够沿着该表面以低于10mm的横向偏差进行跟踪移动。必须使用一致的安装，以避免探头承载过大。无须使用均匀的扫描速度，因为位置编码器会记录所移动的距离。最大能够使用15mm/sec。见图6。

（3）简单探头使用。简单探头为一对单独的探头，封装在小型、封闭的壳体中。该探头使用ROV机械手模拟潜水员的手臂部署，沿着焊炙部位进行扫描。由于此原因，使用此简单探头在很大程度上依赖于所用ROV机械手的精度和灵活性。见图7。

4.3 数据处理

ACFM检测通常是由TSC ASSIS Tance软件控制的。该软件设计用于采集、显示、储存来自简单手动探头和探头阵列的数据。其主要功能为：（1）与该仪器进行通讯。（2）根据所用探头自动控制该仪器的设置。（3）获取并显示检测数据。（4）把所有的检测数据存储在数据文件中。（5）提供灵活的数据显示，便于操作员分析。（6）提供缺陷的长度和深度尺寸算法。（7）生成打印报表。

该软件也能生成识别缺陷的、任意扫描的详细打印报告报表，见图11。使用一个报表即可把所有的检测参数显示在一起，便于查找缺陷长度和深度。

5 结束语

随着ROV技术发展，越来越多的被用于海上石油平台及其他海底结构水下零件的检测，不仅用于深水、潜水员无法工作的地点，也被用于因考虑潜水员健康和安全所需的使用场合。ACFM 是一种用途最广泛的检测技术，因为：（1）部署该装置无须把被探测部位清洗为光亮金属。（2）提供了可审核的电子储存结果。（3）能够探测并确定破壁缺陷的尺寸。（4）不受焊接金属材料属性变化的影响。（5）可以逐年对比其结果。（6）可以在黑暗的环境中使用。

除了上述所列的优点之外，ACFM 技术的扫描操作简单，意味着能够很好地适用于ROV的远程操作。

参考文献：

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