海上设施结构检验

海上设施结构检验

薛建

中海石油技术检测有限公司 天津 300452

摘要：根据海上设备的特点进行分类，介绍了结构的检验并总结了结构的缺陷，最终针对缺陷的特性提出了建议，保证海洋设施结构安全。

关键词：海上；结构；缺陷；检验

1.海上设施结构分类

生产设施与作业设施是海洋石油设施的分类类型。海洋石油的生产设施主要是以海上固定平台为主，其主要的作用是用于开采石油，其次是单点系统、FPSO装置、海底的管线、输油所用码头、位于滩海陆岸和人工岛及陆岸的终端等结构物；可移动型钻井船、物资探索船、管道铺设船、起升重物船、井口固定船、压裂酸化功能船等设施是作业设施的种类。本次进行介绍的主要是固定平台检验情况。

2.结构检验

根据主要应力的状况和破坏的后果，海洋设施结构的构件类型可分为三大类：特殊构件、主要构件和次要构件。

特殊构件是对结构整体最为重要的构件。这种结构一般都会使用在应力高度集中和层状撕裂易发生在厚度方向的部位。主要包括：导管架的节点管段；导管架桩、腿柱的连接；导管架桩、甲板立柱的连接；甲板构架和甲板立柱的连接；重要主梁的交叉连接；起重机基座。

主要构件是对结构整体重要的构件以及对作业安全很重要的其他构件。主要包括：导管架腿柱；桩柱；主要支撑；甲板主梁；甲板主桁架；立管的支撑结构；直升机甲板骨架；组块的支承结构。

结构方面的检验类型可分为三类，第一类检验指一般性外观检验，其目的是发现明显的表面损伤。不需要清理被检物表面。该类检验可以由潜水检测人员进行，也可以由具有闭路电视摄像系统的ROV进行。主要检验内容包括：撑杆上的凹坑及其变形，涂层损坏，船舶以及其他飘浮物对导管架撞击造成的损坏，靠船构件及缓冲装置损坏等；表面重大缺陷或裂纹等；立管、隔水套管与导管架的紧固情况，夹具有无松动或丢失，立管与桩腿间的距离等；导管架上是否有挂物特别是金属挂物等。第二类的检验一般是近观检验，主要是为了检查较为难以发现的表面损伤。一般在第一类检验的基础上进行的更进一步仔细的、近距离的外观检验。这类检验一般需要清理被检物表面。可以由潜水检测人员或ROV进行。主要检验内容包括：损坏部位的检查及损坏尺寸测量，腐蚀部位面积测量、厚度测量、蚀点的深度测量；基础冲刷或堆积的测量；牺牲阳极尺寸测量；海生物测厚；飞溅区内涂层腐蚀和裂纹检查等。第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。检测工作开始之前，需要对被检测物体表面进行清洁作业。第三类检验可以由潜水检测人员或ROV进行。无损探伤方法主要有：厚度测量；阴极保护电位测量；无损检测(包括MPI，UT，RT，ACFM等)；涂层状况检验；阳极状况检验。

图1.现场结构腐蚀图

3.结构缺陷分析

一般可将海洋环境分为五个区带，各区带都会有其自身的环境特点^[1]。这五个区带为：大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区以及海泥区。海洋钢铁结构将会贯穿这五个不同的区带，各区带都会存在腐蚀环境，每个腐蚀的规律也各不相同，即便同种材料在不同的海洋区带的腐蚀也存在很大的差异。

海面的飞溅区以上的空气区就是我们所熟悉的大气区，其主要特性包括空气湿度高，盐雾含量大等特点。有很多细小盐颗粒暴露在海洋的大气中金属表面，所以，存留于金属的表面含盐离子量是在大气区影响的重要腐蚀因素，CaCl₂和MgCl₂等化学物质存在于海盐中，并具有吸潮性，这样就会使强腐蚀的介质湿膜停留于结构件的表面上，这种情况在昼夜及季节气候时更加明显。具有很强渗透性的腐蚀氯化物，能够渗进金属钝化膜并锈蚀钢材。

平均高潮线以上位置称为飞溅区。在此区域浪花飞溅，结构连续的被海水润湿，而且金属表面干湿交替，温度变化，海水空气接触充分，这种腐蚀环境具有盐量高，含氧量高的特点，同时加上海水冲击的作用，严重腐蚀情况经常出现在这个部位。磨耗—腐蚀联合的作用由于海水冲击也会造成破坏。因此钢铁的材料一般在海洋的飞溅带都会有峰值。普通碳钢的腐蚀率为1-2mm/年。

平均高潮位与平均低潮位间的区域被称为潮汐区，潮汐、海流的流动会造成杆件表面与海水周期性不停地接触，结构的表面也会经常与含氧充分的海水接触，形成腐蚀区域。潮汐区相比于飞溅区，氧的扩散速度更低，而且没有海水作用力的冲击。所以根据上述情况，腐蚀最为严重的区域是潮汐区。

全浸区的划分为平均低潮线以下位置。在这个区域内由于海洋的深度有所不同，可将此区域划分成浅海区和深海区，100～200米以内为浅海区。浅海区温度、含氧量、盐度及PH值等因素都会随着海洋深度不同而变化。表层海水深度为以海面为基线向下20米，表层的海水的流速大，海水温度也高，此区域属于全浸条件下腐蚀较重情况。

3.总结

据统计，海上具有平台近200座，FPSO在役16艘，单点系统8座。对其中67座设施结构检验统计分析并总结如下：

（1）设施主体结构情况较好，个别存在影响安全的重大隐患，如固定平台过渡段焊缝裂纹、上部组块部分变形等。

（2）涂层脱落、靠船件损坏、立管卡子变形或脱落、海生物过渡生长、飞溅区结构腐蚀、阳极块消失等隐患较为常见。

（3）部分结构图纸资料缺失，检验数据没有统一管理，由于缺乏数据支持，检验结果分析很难实现客观真实。

（4）平台结构的年度检验工作开展不足，五年定期检验工作均能严格执行。

图2.缺陷比例雷达图

建议建造安装阶段及设施改造阶段的结构焊接及防腐等过程应进一步加强质量管控，避免重大安全隐患遗留到生产阶段。对于无法消除的缺陷，除了进行安全评估外，还应对缺陷进行监测，以便掌握缺陷的发展趋势。基础冲刷，建议3-5年进行一次检查，根据检查结果情况，确定回填或增加检测次数等解决方案。阳极脱落，建议1-2年进行一次检查，必要时进行电位测量，确定阳极保护的实际效果。若超出标准要求应定期进行清理。飞溅区防腐处理，建议1年进行一次检查，若发现涂层脱落或腐蚀应及时进行防腐处理。

参考文献：

[1] 夏兰廷，黄贵桥，张三平，等，金属材料的海洋腐蚀与防护[M],2007.