論平臺疲勞裂紋檢測技術(shù)

戚文陽

【摘 要】本文從海洋石油生產(chǎn)的角度對海洋石油平臺結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了分類，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況對在投運(yùn)過程中產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行了分析，最終歸納了平臺裂紋的檢測技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】平臺;裂紋檢測;殘余應(yīng)力;檢測

1 引言

生產(chǎn)設(shè)施與作業(yè)設(shè)施是海上石油設(shè)施的兩種分類。海洋石油的生產(chǎn)設(shè)施包括用海洋采油平臺，單點系泊結(jié)構(gòu)，浮式生產(chǎn)和儲存裝置，海底和陸上結(jié)構(gòu)，如海底管道，近海石油碼頭，海灘和海岸，人工島嶼和陸地終端;而海洋石油平臺多數(shù)采用導(dǎo)管架式，作為海洋石油油田生產(chǎn)的重要承載設(shè)施，在海洋石油生產(chǎn)過程中起著不可缺少的作用，本文主要對導(dǎo)管架平臺在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行分析，并提出檢測技術(shù)。

2 平臺結(jié)構(gòu)件分類

海上設(shè)施的結(jié)構(gòu)部件類型根據(jù)其應(yīng)力條件和損壞后果分為三類：特殊構(gòu)件、主要構(gòu)件和次要構(gòu)件。特殊組件是整個結(jié)構(gòu)中最重要的組件。這些構(gòu)件可能發(fā)生在應(yīng)力高度集中的位置或傾向于在厚度方向上引起層狀撕裂的位置。主要包括：夾套的連接管部分、夾套樁的連接、腿柱、夾套樁和甲板柱的連接、甲板框架與甲板柱的連接、重要主梁、起重機(jī)基座的交叉連接;主要組件是對整體結(jié)構(gòu)和對操作安全至關(guān)重要的其他組件重要的組件，包括樁柱、主支撐、甲板主梁、甲板主框架、立管支撐結(jié)構(gòu)、直升機(jī)甲板骨架;

3疲勞裂紋產(chǎn)生

作為海上石油鉆探及開采的重要設(shè)施，海上平臺長期服役在惡劣的海洋環(huán)境中，承受著波浪等交變載荷的作用，疲勞破壞是其主要的失效形式。導(dǎo)管架型式結(jié)構(gòu)是海洋平臺的主要結(jié)構(gòu)型式，并且由于初始焊接缺陷，管接頭時其結(jié)構(gòu)的重要部分，特別是，高應(yīng)力集中位置易于疲勞損壞和結(jié)構(gòu)裂紋。另外，由于平臺設(shè)施設(shè)備本身的震動，也容易在應(yīng)力集中部位造成結(jié)構(gòu)裂紋的產(chǎn)生。

影響工程疲勞裂紋的因素包括：殘余應(yīng)力、過載、加載頻率、腐蝕環(huán)境、溫度等，當(dāng)小于材料屈服強(qiáng)度的交變應(yīng)力作用于設(shè)備時，疲勞問題便會產(chǎn)生 [1]，裂紋隨著應(yīng)力的作用之間擴(kuò)展。建造期間保證工件表面光滑能夠有效減少應(yīng)力集中[2]。對于材料的內(nèi)部，材料性能應(yīng)被使用或檢驗者關(guān)注，減少夾雜、松孔。熱處理也可用來減小材料的內(nèi)部應(yīng)力或改善局部硬度。

疲勞強(qiáng)度在一定程度上受載荷形式的影響[3]。在應(yīng)力的幅度相同情況下，彎曲疲勞更大;高應(yīng)力低周期的疲勞情況下更加明顯。

4裂紋檢測技術(shù)

結(jié)構(gòu)檢驗的類型分為一類、二類、三類三種檢驗;一般性外觀檢驗為一類檢驗，以發(fā)現(xiàn)明顯表面的損傷為目的。主要檢驗內(nèi)容包括：支柱上的凹坑及其變形，涂層損壞等;表面重大缺陷或裂紋等。近觀檢驗為二類檢驗，以發(fā)現(xiàn)表面損傷為目的，即為在一類檢驗基礎(chǔ)上進(jìn)行近距離外觀檢查，主要檢驗的內(nèi)容包括：損壞部位檢查及損壞尺寸測量，腐蝕部位面積測量、海生物測厚;飛濺區(qū)內(nèi)涂層腐蝕和裂紋檢查等。三類檢驗指近觀檢驗加無損探傷方法，其目的是發(fā)現(xiàn)較為隱蔽的表面損傷和內(nèi)部缺陷。該類檢驗是從關(guān)鍵部位、構(gòu)件中確定某些部分或為進(jìn)一步確定缺陷的性質(zhì)而進(jìn)行的檢驗。對于一些承受高應(yīng)力以及疲勞效應(yīng)較大的或受外力損傷的部位，要進(jìn)行全面的無損探傷。

目前，磁粉檢測、殘余應(yīng)力檢測、ACFM檢測等方法為導(dǎo)管架的疲勞裂紋檢測方法。鐵磁性材料的表面裂紋檢查首選是磁粉檢測，其檢測方法的靈敏度高且操作方便，

海洋石油平臺運(yùn)用磁粉檢測導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)裂紋已經(jīng)取得了很好的效果，為海洋石油平臺的安全服役排除隱患，但是海洋結(jié)構(gòu)使用磁粉檢測技術(shù)對裂紋進(jìn)行檢測之前需要將結(jié)構(gòu)件檢測部位的表面涂層打磨去除，檢驗完成后還需要將表面涂層恢復(fù);殘余應(yīng)力檢測主要是對結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中部位進(jìn)行檢測，確定懷疑應(yīng)力集中部位的應(yīng)力值，為后期結(jié)構(gòu)檢測監(jiān)測提供依據(jù);ACFM檢測方法可用于檢測金屬材料焊縫表面或近表面的裂紋和其他線性不連續(xù)，其靈敏度對于表面不連續(xù)為最大，并隨著不連續(xù)距離表面深度的增大而迅速減小，本技術(shù)的原理是通過手持探頭中的磁軛向金屬表面導(dǎo)入一個交流磁場，并在金屬中產(chǎn)生均勻的交流電流。這電流的透入深度隨金屬類型和磁場頻率不同而變化。表面、近表面的不連續(xù)對這電流流動的妨礙或干擾使得由探頭中線圈檢測到的表面磁場產(chǎn)生變化。此種檢驗方法在海洋石油平臺結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用優(yōu)勢就是不需要將結(jié)構(gòu)件表面的涂層打磨恢復(fù)。

5總結(jié)

隨著海洋石油的不斷開發(fā)，海洋石油平臺越來越多，及時發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷對海洋石油平臺的安全服役及工作人員安全尤為重要。海洋石油平臺的檢測是一種手段，更為重要的是應(yīng)該加強(qiáng)平臺安全評估技術(shù)研究，借助先進(jìn)的大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)進(jìn)行評估預(yù)測，在缺陷萌生階段發(fā)現(xiàn)并采取有效措施進(jìn)行維修改進(jìn)，保障平臺安全服役。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中海石油技術(shù)檢測有限公司）