论平台疲劳裂纹检测技术

戚文阳

【摘 要】本文从海洋石油生产的角度对海洋石油平台结构件进行了分类，并根据现场实际情况对在投运过程中产生的裂纹进行了分析，最终归纳了平台裂纹的检测技术。

【关键词】平台;裂纹检测;残余应力;检测

1 引言

生产设施与作业设施是海上石油设施的两种分类。海洋石油的生产设施包括用海洋采油平台，单点系泊结构，浮式生产和储存装置，海底和陆上结构，如海底管道，近海石油码头，海滩和海岸，人工岛屿和陆地终端;而海洋石油平台多数采用导管架式，作为海洋石油油田生产的重要承载设施，在海洋石油生产过程中起着不可缺少的作用，本文主要对导管架平台在生产过程中产生的裂纹进行分析，并提出检测技术。

2 平台结构件分类

海上设施的结构部件类型根据其应力条件和损坏后果分为三类：特殊构件、主要构件和次要构件。特殊组件是整个结构中最重要的组件。这些构件可能发生在应力高度集中的位置或倾向于在厚度方向上引起层状撕裂的位置。主要包括：夹套的连接管部分、夹套桩的连接、腿柱、夹套桩和甲板柱的连接、甲板框架与甲板柱的连接、重要主梁、起重机基座的交叉连接;主要组件是对整体结构和对操作安全至关重要的其他组件重要的组件，包括桩柱、主支撑、甲板主梁、甲板主框架、立管支撑结构、直升机甲板骨架;

3疲劳裂纹产生

作为海上石油钻探及开采的重要设施，海上平台长期服役在恶劣的海洋环境中，承受着波浪等交变载荷的作用，疲劳破坏是其主要的失效形式。导管架型式结构是海洋平台的主要结构型式，并且由于初始焊接缺陷，管接头时其结构的重要部分，特别是，高应力集中位置易于疲劳损坏和结构裂纹。另外，由于平台设施设备本身的震动，也容易在应力集中部位造成结构裂纹的产生。

影响工程疲劳裂纹的因素包括：残余应力、过载、加载频率、腐蚀环境、温度等，当小于材料屈服强度的交变应力作用于设备时，疲劳问题便会产生 [1]，裂纹随着应力的作用之间扩展。建造期间保证工件表面光滑能够有效减少应力集中[2]。对于材料的内部，材料性能应被使用或检验者关注，减少夹杂、松孔。热处理也可用来减小材料的内部应力或改善局部硬度。

疲劳强度在一定程度上受载荷形式的影响[3]。在应力的幅度相同情况下，弯曲疲劳更大;高应力低周期的疲劳情况下更加明显。

4裂纹检测技术

结构检验的类型分为一类、二类、三类三种检验;一般性外观检验为一类检验，以发现明显表面的损伤为目的。主要检验内容包括：支柱上的凹坑及其变形，涂层损坏等;表面重大缺陷或裂纹等。近观检验为二类检验，以发现表面损伤为目的，即为在一类检验基础上进行近距离外观检查，主要检验的内容包括：损坏部位检查及损坏尺寸测量，腐蚀部位面积测量、海生物测厚;飞溅区内涂层腐蚀和裂纹检查等。三类检验指近观检验加无损探伤方法，其目的是发现较为隐蔽的表面损伤和内部缺陷。该类检验是从关键部位、构件中确定某些部分或为进一步确定缺陷的性质而进行的检验。对于一些承受高应力以及疲劳效应较大的或受外力损伤的部位，要进行全面的无损探伤。

目前，磁粉检测、残余应力检测、ACFM检测等方法为导管架的疲劳裂纹检测方法。铁磁性材料的表面裂纹检查首选是磁粉检测，其检测方法的灵敏度高且操作方便，

海洋石油平台运用磁粉检测导管架结构裂纹已经取得了很好的效果，为海洋石油平台的安全服役排除隐患，但是海洋结构使用磁粉检测技术对裂纹进行检测之前需要将结构件检测部位的表面涂层打磨去除，检验完成后还需要将表面涂层恢复;残余应力检测主要是对结构应力集中部位进行检测，确定怀疑应力集中部位的应力值，为后期结构检测监测提供依据;ACFM检测方法可用于检测金属材料焊缝表面或近表面的裂纹和其他线性不连续，其灵敏度对于表面不连续为最大，并随着不连续距离表面深度的增大而迅速减小，本技术的原理是通过手持探头中的磁轭向金属表面导入一个交流磁场，并在金属中产生均匀的交流电流。这电流的透入深度随金属类型和磁场频率不同而变化。表面、近表面的不连续对这电流流动的妨碍或干扰使得由探头中线圈检测到的表面磁场产生变化。此种检验方法在海洋石油平台结构上的应用优势就是不需要将结构件表面的涂層打磨恢复。

5总结

随着海洋石油的不断开发，海洋石油平台越来越多，及时发现裂纹等缺陷对海洋石油平台的安全服役及工作人员安全尤为重要。海洋石油平台的检测是一种手段，更为重要的是应该加强平台安全评估技术研究，借助先进的大数据、云计算等技术进行评估预测，在缺陷萌生阶段发现并采取有效措施进行维修改进，保障平台安全服役。

参考文献：

[1] 李树棋，谢锡善.GH169合金显微组织对合金裂纹扩展速率的影响[J]。《材料工程》，1 9 8 5（5）：2 6 一 2 7

[2] Xue Hong jun（薛红军），Lu gouzh i（吕国志）.随机因素对疲劳裂纹扩展分散性影响的探讨[J].《 机械强度）》，2001，2 3（1）：35 -37;

[3]H a r d t S，Ma i e r H J，C h r i s t H J.I n t e ra t i o n a l J o u r n a l o f F a t i g u e [ J ]，1 9 9 9，2 1：7 7 9

（作者单位：中海石油技术检测有限公司）