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    海洋平臺導管架水上檢測無人化研究

    2021-01-22 12:24:48黃培軍顧偉偉杜曉雷
    科技創(chuàng)新與應用 2021年6期
    關(guān)鍵詞:沖刷陽極電位

    黃培軍,顧偉偉,杜曉雷

    引言

    根據(jù)國際和國內(nèi)海洋平臺導管架規(guī)范的要求[1-3],導管架平臺在壽命期內(nèi)需要定期(間隔期不超過五年)進行狀態(tài)評定以確定其適用性,平臺上部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)應對整個結(jié)構(gòu)的狀況、裂紋和疲勞損傷檢測、海底狀況(沖刷、不穩(wěn)定等跡象)、船舶或其他原因造成的損傷、腐蝕狀況和犧牲陽極水上檢查以及外加電流陰極保護系統(tǒng)的有效性等進行徹底的檢查。目前主要采用外觀檢查、主要桿件壁厚檢測、陽極塊電位檢測、水淹桿件(FMD)檢測、海床沖刷調(diào)查等檢測手段。傳統(tǒng)的檢測方法是通過潛水員攜帶檢測設備進行實施,具有作業(yè)風險高、周期長、費用高的特點。為滿足井口平臺無人化管理的需要,同時為降低檢驗費用,本文開展從傳統(tǒng)的“人工潛水+ROV”轉(zhuǎn)變?yōu)椤癛OV”無人化作業(yè)模式的研究工作,通過ROV(潛水器)搭載檢測設備進行檢驗檢測,依托守護船支持,從而降低作業(yè)成本和風險、縮短作業(yè)周期。

    1 無人化作業(yè)模式基本原理

    固定導管架結(jié)構(gòu)水上檢測無人化(從潮汐帶至海床)項目面臨著安全、管理和技術(shù)上的諸多挑戰(zhàn),需從方案確認、測點布置、檢測質(zhì)量、安全把控等各方面細化落實,以確保施工按照節(jié)點控制推進項目進展,保證施工全程無傷害事故。

    1.1 基于風險的檢驗策略

    開展導管架的風險評估可以減少對低風險測點的檢驗周期,降低檢驗風險,減少成本。RBI(Risk Based Inspection)技術(shù)可對結(jié)構(gòu)評估中固有的或潛在的危險及其程度進行定量分析和評估,找出高風險的檢測點和低風險的檢測點,從而指導制定有效的檢驗計劃并降低運行風險。本研究將風險評估和RBI技術(shù)相結(jié)合,在滿足結(jié)構(gòu)安全評估的前提上,優(yōu)化檢驗測點布置,保證導管架安全運行,避免“檢驗不足”或“檢驗過?!保瑴p少檢測成本。

    1.2 ROV的應用突破

    常規(guī)結(jié)構(gòu)檢測中的超聲波測厚、電位檢測、FMD(Flooded Member Detection)都依靠人工水上作業(yè),ROV僅負責-50米至海床的外觀錄像檢查。本研究通過ROV搭載超聲波測厚、電位檢測、FMD檢測設備,較好的實現(xiàn)了檢測工具的突破。

    1.3 安全質(zhì)量為導向的項目閉環(huán)節(jié)點管理

    水上80~100米施工環(huán)境,各種復雜的海況、海底雜物都會對作業(yè)帶來巨大風險。為降低作業(yè)風險,推行項目節(jié)點、每日作業(yè)節(jié)點管理,把每一項工作分割細化,使項目參與各方對節(jié)點、職責、目標、流程等進行明確?!肮?jié)點管理”實現(xiàn)了管理流程化、標準化、規(guī)范化,切實降低了作業(yè)風險;同時為控制檢測質(zhì)量,邀請專業(yè)的第三方監(jiān)理單位作為現(xiàn)場代表,強化安全督查和質(zhì)量把控。

    2 研究方案

    2018年7月在某平臺實施平臺結(jié)構(gòu)水上檢測無人化,在保證檢驗效果和安全的前提上,順利完成了水上結(jié)構(gòu)特檢工作,檢測成果獲得了第三方船級社的認可,研究方案及與傳統(tǒng)模式對比示意圖如圖1所示。研究方案開展的檢驗檢測項目如上:

    圖1 無人化模式與傳統(tǒng)模式對比

    2.1 導管架外觀結(jié)構(gòu)檢測

    (1)ROV沿導管架由上而上分層、分面依次檢查,然后對周圍50米范圍進行檢查。(2)檢查導管架樁腿及桿件有無變形、凹陷及損傷。(3)檢查導管架四周的陽極有無缺失,目測腐蝕情況。(4)檢查海生物生長情況(提供海生物厚度數(shù)據(jù))。(5)檢查裙樁狀況。(6)對全過程進行錄像,并在線記錄觀測到的異常情況。

    2.2 立管及電纜護管檢查

    (1)對各海管、電纜護管從水面至海底進行視線檢查,并全程錄像。(2)檢查海管、電纜護管管卡是否有缺失,松動情況。(3)檢查海管、電纜護管水泥壓塊情況。(4)檢查海管、電纜護管附近垃圾情況。

    2.3 結(jié)構(gòu)測厚

    對導管架不同水深主受力桿件隨機抽查進行測厚,不少于3%,重點電位異常、防腐層損壞位置,如有壁厚減薄情況,需擴大檢測范圍。

    2.4 陽極檢測、電位測量

    檢查陽極塊消耗和連接情況,在導管架結(jié)構(gòu)每一層選擇典型結(jié)構(gòu)的陽極塊和鋼結(jié)構(gòu)進行電位測量,每一層1-2個點。以確定防腐系統(tǒng)的工作狀況;當發(fā)現(xiàn)電位異常時,補充檢測異常處鄰近的2-3個陽極塊和鋼結(jié)構(gòu)的電位值。

    2.5 FMD檢測

    不少于5%,重點主要受力節(jié)點。

    2.6 沖刷檢測

    查明導管架周圍50米范圍內(nèi)的沖刷情況,測量海床沖刷、樁腿傾斜和沉降等情況,包括因沖刷或淤積造成的平臺位置水深的變化,對平臺各樁腿沖刷堆積情況進行檢查,并記錄沖刷范圍、深度和堆積高度。

    2.7 碎片及雜物檢查

    檢查平臺導管架是否存在對人員和結(jié)構(gòu)完整性有影響的碎片和雜物。不易清除的大碎片和雜物應給予記錄,并檢查是否對導管架結(jié)構(gòu)和陰極保護系統(tǒng)造成破壞。

    研究方案所使用的主要設備如表1所示。

    3 研究結(jié)果

    研究完成導管架外圍-50米至海床外觀結(jié)構(gòu)檢測、海生物檢驗、立管護管隔水套管檢查、沖刷檢測、陽極和陰極檢測、電位測量、超聲波結(jié)構(gòu)測厚、桿件充水檢測。

    3.1 檢驗檢測結(jié)果

    3.1.1 導管架外觀檢測結(jié)果

    表1 主要設備

    圖2 LegB1漁網(wǎng)纏繞情況

    (1)導管架樁腿及桿件防腐涂層沒有發(fā)生老化、脫落現(xiàn)象,檢查范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)連接點的裂縫,彎曲,凹坑等機械性損傷;未發(fā)現(xiàn)有明顯的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕情況出現(xiàn);未發(fā)現(xiàn)整體構(gòu)架及構(gòu)件和設計有明顯的區(qū)別。(2)檢查導管架四周的陽極無丟失現(xiàn)象,均被海生物包裹。(3)ROW-A,ROW-1裙裝喇叭口處有大量漁網(wǎng)無法前進觀察。(4)ROW-2面A2,B2樁腿邊裙裝喇叭口,樁頭狀態(tài)完好。

    3.1.2 海生物檢驗結(jié)果

    據(jù)調(diào)查結(jié)果,CXB平臺海生物測量從-10m開始直到泥面處進行檢查,每隔10m至20m進行一次海生物側(cè)厚,CXB平臺導管架上的海生物以軟硬質(zhì)為主,普遍覆蓋率為100%,厚度約為2至5cm。

    3.1.3 立管、護管、隔水套管檢查結(jié)果

    ROV對管卡和法蘭等從不同角度外觀檢查,立管、護管、隔水套管檢查均未發(fā)現(xiàn)任何異常,護管水泥壓塊無丟失、懸空,海管無懸空段,海管膨脹彎無異常情況。

    3.1.4 沖刷檢測結(jié)果

    導管架海床50m范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)海床沖刷引起樁腿傾斜和沉降的異?,F(xiàn)象。

    3.1.5 陽極和陰極檢測、電位測量結(jié)果

    本次檢查陽極選取54塊、陰極選取10塊,每個位置測3次(具體數(shù)據(jù)詳見測量過程),所有陽極等級均為B級(A級:剩余陽極95%-100%;B級:剩余陽極80%-94%;C級:剩余陽極50%-79%;D級:剩余陽極50%以上)。陽極塊無丟失,損壞,附著不牢的現(xiàn)象。陽極,陰極電位無異常情況。40%陽極塊被海生物包裹。

    圖3 立管(-35m)和護管水泥壓塊處檢查情況

    表2 電位測量點(陽極)數(shù)據(jù)表(ROW-1面)

    圖4 不同測點電位值

    圖5 不同測點厚度值

    表3 厚度檢測數(shù)據(jù)表(ROW-1面)

    3.1.6 超聲波結(jié)構(gòu)測厚結(jié)果

    測量了具有代表性的管段厚度,經(jīng)檢測后發(fā)現(xiàn)并無管段厚度異?,F(xiàn)象。

    3.1.7 桿件充水檢測結(jié)果

    對具有典型代表處的管段進行測量。FMD檢測數(shù)據(jù)無異?,F(xiàn)象。

    表4 檢測位置以及檢測報告如上(ROW-2面)

    3.2 實施效果總體評價

    研究方案在保證檢驗效果和安全的前提上順利實施,總體效果良好,主要改進和提升指標如上:

    (1)海上施工由依托平臺轉(zhuǎn)變?yōu)橐劳惺刈o船支持,降低直升機、海上餐費等成本,尤其針對無人值守平臺,大大降低了作業(yè)費用。(2)海上施工人員由20人減少到8-10人,施工周期由25天縮減到7天左右。(3)有效降低施工安全風險,由機器人代替自然人進行水上作業(yè)。(4)在無人值守平臺作業(yè)期間,不需要協(xié)調(diào)生產(chǎn)人員上平臺協(xié)助施工,較大程度上節(jié)約了人力成本。

    4 總結(jié)

    本文針對傳統(tǒng)的“人工潛水+ROV”作業(yè)模式進行改進,提出并試驗了無人化作業(yè)模式,在國內(nèi)首次成功實施固定導管架結(jié)構(gòu)水上檢測無人化實踐,研究總結(jié)如上:(1)無人化作業(yè)模式可在導管架結(jié)構(gòu)狀況觀察、裂紋和疲勞檢測、海底狀況觀察、損傷原因分析、腐蝕防護系統(tǒng)檢查等領域達到預期檢測效果,工程可操作性好。(2)無人化作業(yè)模式在作業(yè)費用、施工人員、施工周期、施工風險等方面,相比于傳統(tǒng)“人工潛水+ROV”模式有較大的提升。(3)通過試驗研究,可為海洋環(huán)境上無人化作業(yè)流程標準化設計積累實踐基礎,為后續(xù)工程化應用降本增效。

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