海洋石油钢结构的质量控制研究

海洋石油钢结构的质量控制研究

邓祥文,王芃然,秦学文,张治金 ,于月津

海洋石油工程（青岛）有限公司

摘要：依托海洋石油钢结构，能够有效确保海洋石油作业的安全与可靠，不过当前依然存在海洋石油钢结构的缺陷，最常见的是焊接缺陷。进行海洋石油钢结构的焊接质量控制时，可以着重从三个方面入手，即应用焊接元素质量控制法、重视钢结构焊接的监控、强调焊接过程中的检查，除此之外，应该做好海洋石油钢结构焊接后检验，主要是外观检验和无损检验。

关键词：海洋石油平台；钢结构；焊接；质量控制

目前来看，海洋石油已经由浅水向着深水而发展，也因此对海洋石油平台的结构有越来越高的要求。在海洋石油平台的组成中，其主体桁架是钢结构，可以有效承载电气控制设备、生活楼、输油管线设备，也因此体现出海洋石油平台钢结构的重要性。虽然当前的海洋石油平台钢结构发挥出重要作用，不过所存在的质量隐患依然较为尖锐，其中之一是焊接缺陷，如何进行焊接质量控制显得至关重要，当前在这一方面积累了较多成熟经验做法，值得推广应用。

一、海洋石油钢结构的类型及焊接

为了有效进行海上油气的钻探作业和开采作业，海洋石油平台钢结构需要切实发挥好各方面的优势，会搭载较多的设施，让海洋石油钢结构的类型变得复杂和多样。在搭载钻探设施时，以两种为主，一是半潜式钻井平台，二是自升式钻井平台。在搭载开采设施时，主要是立柱式平台、顺应塔平台、固定式导管架平台、浮式生产储油装置、张力腿平台。

目前来看，海洋石油平台钢结构的用钢较为特殊，以低合金钢、低碳钢为主。如果是主结构，则会使用三种高强钢，一是420MPa，二是500MPa，三是400MPa，厚度最大时能够达到150mm[1]。如果是次要结构，则可以屈服强度较低的钢材，常用的是235MPa。除此之外，自升式钻井船桩腿的用钢需要特别注意，必须选择高强钢，以三种为主，即550MPa、500MPa、690MPa。

海洋石油平台钢结构的焊接作业至关重要，但不可避免的出现焊接缺陷，主要有三种，即焊瘤、夹渣、咬边。以咬边这一焊接缺陷为例，是指焊缝边缘会留有孔洞，母材的工作截面会因为咬边而减小。之所以出现咬边，主要原因是没有选择合适的焊接参数、焊接操作存在不当、焊接电流过大。

二、海洋石油钢结构的质量控制措施

（一）应用焊接元素质量控制法

海洋石油平台钢结构的焊接质量控制时，应该注重焊接元素质量控制法的应用，原理是对焊接过程中的各种因素进行控制。第一，应该严格控制焊接母材的质量，为此，应该对焊接母材的质量进行检查，一方面是确保焊接母材表面的质量，避免出现咬边、夹渣、凹陷、错口、气孔、裂纹，另一方面是进行致密性试验检查，可以应用氨气试验方法、气密性实验方法、真空箱试验方法。如果条件满足，则可以进行无损检测，可以用射线探伤检验方法、磁性探伤检验方法[2]。第二，对焊接工艺进行检查，要求所有的焊接作业必须进行监控和评定，在此过程中评价焊接工艺参数的科学性，主要是电压、焊材、焊接方位、电流、预热温度。第三，确保所选用的焊材有优越的性能和达标的质量，且要确保焊材的保存具有科学性，避免在保存环节导致焊材受损或腐蚀。第四，焊接人员在海洋石油平台钢结构焊接质量的控制中发挥着重要作用，必须确保焊接人员具有专业性和很强的责任意识，对于复杂位置的焊接作业，应该由最为专业的焊接人员进行。第五，准备好焊接作业所需要的焊接设备，除了焊接设备的入场检查，还应该结合实际情况做好检修、维护保养，以确保焊接设备始终处于待用状态，保障好海洋石油平台钢结构的焊接质量。第六，海洋石油平台钢结构焊接时，常用方式是全熔透，一定情况下可以考虑应用半熔透，需要特别注意坡口位置的处理。在处理坡口位置时，应着重抓好两方面要点，一是焊接之前认真检查坡口位置，确保焊接条件满足，以求达到理想的焊接效果，二是焊接时应将重点放在根部间隙及坡口角度。

（二）重视钢结构焊接的监控

进行海洋石油平台钢结构的焊接作业时，应该对焊接作业进行全过程的监控及管理，以便及时发现存在的问题。进行钢结构焊接的监控时，应重点从三个方面入手。第一，对焊接人员的焊接作业进行监控，旨在及时发现所存在的违规性操作，对于所出现的违规行为应该进行制止和相应的处罚。如此一来，能够有效凸显出钢结构焊接作业的严肃性，可倒逼焊接人员认真进行钢结构焊接作业。第二，海洋石油平台钢结构较为复杂，其中的主吊点板、环板均较为特殊，属于重点结构，也正是因为如此，焊接过程中会应用多道焊接这一方式，如果未能进行严格有效的质量控制，则易诱发质量问题。在检查过程中，可以应用测温枪、钳形电流表，可因此确定出焊接电流及电压的参数，通过记录所测到的参数信息，并与标准值对比，可以发现焊接作业中所存在的问题。对于所发现的问题，要及时处理，比如要科学地降低焊缝位置的冷却速度，并达到减少热输入量的目的。第三，待焊接作业任务结束之后，应该立即进行焊后保温处理，目的之一是有效延缓冷却速度。与此同时，应该利用好传感器技术，作用是监测到保温温度。目前来看，通过应用焊接后热处理方法，能够有效清除掉残余的应力，短时间内便可以确保扩散氢有效散掉，可因此大大降低冷裂纹的出现风险。待焊接作业结束后的24-72h，海洋石油平台钢结构的整体散热量能够趋于稳定，并不会有明显的改变，所以此时可以不再进行消氢处理。

（三）强调焊接过程中的检查

海洋石油平台钢结构焊接过程中，应做好多方面的检查工作，一是尺寸检查，二是坡口检查，三是焊接预热检查。

在尺寸检查中，最主要的方式是进行图纸对比，检查时可以将重点放在卷管部分，以直线度、厚度、椭圆度的检查为主。依托既定的图纸，专业人员应该进行复核作业，在此过程中及时发现问题及隐患，比如应复核吊点和支管的分布情况，务必确保分布合理。除此之外，一些细节应视为重点，此过程中应该使用BIM（建筑信息模型）技术，促使海洋石油平台钢结构焊接作业形成三维模型，且可以进行碰撞测试，及时发现有误的尺寸。

在坡口检查中，焊接人员要认真检查坡口位置，确保焊接材料、预热温度、间隙、角度都可以达到焊接作业的要求。根部间隙不能太大也不能太小，比如根部间隙较大时，会导致后续无法有效进行填料。另外，要控制好钝边厚度，不能出现厚度太大或太小的问题，比如当钝边厚度太小时，焊接过程中可能会出现焊穿的情况。焊接预热检查中，关键做法是采取科学合理的预热方式。如果预热方式足够科学，则可以有效降低接头焊后的冷却速度，并且能够避免淬硬组织产生。

三、海洋石油钢结构焊接后的检验

海洋石油平台钢结构焊接任务完成后，应由专业人员进行检验，主要是外观检验和无损检验。

在外观检验中，应该着眼于细节，及时发现焊接质量问题。一方面，应依托焊接图纸检查焊角，应避免焊角出现偏差。另一方面，焊道在打磨完成后，应该检查有无出现小气孔和焊渣，同时要检查焊道表面有无裂缝出现。在外观检验中所出现的质量问题，必须及时进行处理，处理完成后继续进行检验，以确保海洋石油平台钢结构焊接质量。除此之外，有一点应特别注意，即需要认真检验焊缝自身的余高，要求不能超过3mm，且不能低于母材的高度，检验时可以用焊缝检测尺[3]。在无损检验中，可以用射线检验、超声波检验、磁粉检验、渗透检验这些方法。以超声波检验为例，需要使用超声波检测仪进行检验，当靠近焊缝的泄漏点时，数位信号会有明显的变动，此时可以确定出海洋石油平台钢结构焊接的泄漏位置，且不会造成任何的损坏或危害。

四、结束语

在海洋石油钢结构的质量控制中，应从多个方面进行焊接质量的控制，最大程度减少焊接缺陷，当前所积累的成熟经验做法应该在后续注重推广应用。与此同时，后续继续加大研究力度，可以将重点放在焊接元素质量控制法的优化这一方面，以求从多个方面有效控制海洋石油平台钢结构焊接质量。

参考文献

[1]庞广超,朱丽娟.海洋石油平台钢结构的焊接[J].石化技术,2019,26(03):155.

[2]宋洪波.海洋石油平台钢结构焊接质量控制与检验方法研究[J].云南化工,2020,47(10):122-124.

[3]赵顺利.钢结构焊接质量及检验在海洋石油平台中的应用研究[J].中国建材科技,2019,28(01):67-68.