常壓潛水作為一項可選擇的技術(shù)用于平臺檢測

摘 要：無論是用傳統(tǒng)的潛水服還是ROV技術(shù)，平臺檢測都是一項復(fù)雜和成本高的工作。傳統(tǒng)的潛水服需要多次下潛，花費昂貴，使用ROV技術(shù)檢測耗費時間較長。常壓潛水系統(tǒng)（ADS）與前兩種方法相比，具有很多優(yōu)點，不失為平臺檢測的一個可選方案。本文討論了ADS及其設(shè)備在平臺檢測上的應(yīng)用，概述了ADS檢測工具和技術(shù)的成本分析，總結(jié)了使用ADS完成的超過30次平臺檢測的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：常壓潛水 平臺檢測 空氣潛水 ADS ROV

中圖分類號：U676 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0071-02

外大陸架（OCS）固定式平臺的檢測要求由美國聯(lián)邦礦產(chǎn)管理局（MMS）確定。MMS制定的聯(lián)邦管理規(guī)程規(guī)定：“所有建造在外大陸架的平臺都應(yīng)該進(jìn)行定期的檢測…”。但是最終只有位于墨西哥灣200米深處的3412座平臺符合該規(guī)定，可能還更少。人類對海洋環(huán)境關(guān)注度的提高，淺水平臺使用壽命的增加和海上暴風(fēng)雨的摧殘，導(dǎo)致了平臺檢測市場的重要發(fā)展。隨著這種需求的增加，石油公司正在以低成本的方式，尋求徹底和精確的檢測技術(shù)。

傳統(tǒng)的平臺檢測方式是利用ROV或帶有專用裝備的潛水員來實現(xiàn)。用于平臺檢測的ROV通常配有攝像機、照相機、噴水式推進(jìn)器和鋼絲刷清潔工具。ROV具有高速下潛、幾乎無深度限制和水平工作距離長等優(yōu)點。但是ROV存在無法接近平臺結(jié)構(gòu)，視覺效果有限和空間感有限的缺點。ROV還要求具有非常配合的NDT工具和遠(yuǎn)程操控設(shè)備。

利用潛水員進(jìn)行平臺檢測，其優(yōu)點是可以更好的接近平臺結(jié)構(gòu)和具有良好的視覺效果，同時可以大量供應(yīng)手持NDT檢測工具。潛水員可以使用水或噴鋼砂設(shè)備快速有效地清洗海生物。其缺點是深度和壓力限制，水平和垂直作業(yè)的能力有限，在飽和潛水的情況下，隨著減壓時間的延長，設(shè)備和操作的成本都較高。

如今，可以使用常壓潛水系統(tǒng)（ADS）來實現(xiàn)平臺檢測，例如HARDSUITTM型裝具，該系統(tǒng)結(jié)合了ROV和潛水員的優(yōu)缺點，可以幾乎無修改地使用手持式潛水員NDT工具?？梢韵駶撍畣T一樣使用由水面提供的高壓噴水流清洗海生物。無須考慮減壓問題，水平作業(yè)能力與ROV方式相同，無垂直作業(yè)能力限制。其接近平臺結(jié)構(gòu)的能力和視覺效果與潛水員方式相同，而設(shè)備和作業(yè)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飽和潛水的情況。HARDSUITTM型常壓潛水裝具水下作業(yè)情況如圖1所示。

1 平臺檢測要求

MMS平臺檢測要求是基于美國石油組織工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的，該標(biāo)準(zhǔn)包括了定期基本水下檢測（II級）和詳細(xì)水下檢測（III級）。定期水下檢測的結(jié)果可以作為將來的NDT檢測（IV級）的必要條件。基本或II級水下平臺檢測由水下外觀檢測和關(guān)鍵區(qū)域陰極電位測量組成。外觀檢測主要用于以下情況。

（1）過度腐蝕。

（2）意外或環(huán)境過載。

（3）沖刷，海底不穩(wěn)定等。

（4）疲勞損壞。

（5）設(shè)計或結(jié)構(gòu)缺陷。

（6）存在殘骸。

（7）過量海生物。

陰極電位測量的目的是檢測陰極腐蝕保護(hù)的狀況和效果。在II級調(diào)查中通常需要照相和攝像技術(shù)。

詳細(xì)或III級調(diào)查包括預(yù)先選擇的高危區(qū)域或有損傷的可疑區(qū)域的詳細(xì)檢測。該項檢測要求先清洗覆蓋在表面的海生物，以保證檢測徹底。該過程同樣需要照相和攝像技術(shù)，有些還需要NDT檢測的指導(dǎo)。

如果在基本或詳細(xì)檢測中發(fā)現(xiàn)或懷疑平臺結(jié)構(gòu)有損傷，就需要進(jìn)一步進(jìn)行NDT檢測（IV級）。NDT檢測的程度和性質(zhì)取決于損傷的性質(zhì)，最常見的方法是超聲波測厚法或進(jìn)水構(gòu)件測試法。此外，裂紋檢測可能需要使用交流磁場法（ACFM），磁粉探傷（MPI）或超聲波裂紋檢測技術(shù)。在多數(shù)情況下，需要額外的清洗或區(qū)域摩擦使NDT的效果更準(zhǔn)確。

平臺檢測的最終結(jié)果是為了給平臺能繼續(xù)安全工作提供保證。在多數(shù)情況下，檢測結(jié)果的糾正可以延長平臺的使用壽命。陽極的移動與替換，過量海生物的清除，殘骸的移動和支撐裝置的安裝都是為了延長平臺使用壽命而采取的措施的例子。

2 HARDSUITTM型常壓潛水在平臺檢測中的應(yīng)用

HARDSUITTM型HS1200（如圖2所示）常壓潛水裝具為平臺檢測提供了一個理想的解決方案。HS1200具有如下特征。

（1）自帶雙重（多余的）生命支持系統(tǒng)。

（2）數(shù)字式硬布線和水聲通信。

（3）垂直和側(cè)推系統(tǒng)。

（4）中性浮力的臍帶纜提供動力，通信，視頻和與水面連接的備用導(dǎo)線。

HS1200裝具內(nèi)部仍然保持一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，無須再進(jìn)行減壓操作，這使得潛航員可在水中無限制的移動。用于平臺檢測工作的HARDSUITTM型裝具通常需要的設(shè)備包括：兩套帶臍帶纜的HS1200裝具，一個水面控制艙或工作艙和一個用于收放裝具的簡易吊放系統(tǒng)。HS1200裝具以自由游行的方式進(jìn)行工作，臍帶纜可由手動控制或由臍帶纜滾筒絞車控制。

標(biāo)準(zhǔn)的清洗和檢測工具可以方便的安裝在HARDSUITTM型裝具上，需要滿足的特殊要求如下。

（1）使用10，000或20，000psi水流沖擊波完成海生物清洗。水面提供的水流沖擊波基本上與標(biāo)準(zhǔn)潛水員使用的水流沖擊波一樣，只有兩處小的修改。在工具上增加的浮力塊減小了裝具在水中的重量，在一頭的低速噴射流替換成副噴射流噴嘴。這使得HARDSUITTM型裝具可以以兩種模式使用該噴水裝置。（2）安裝在頭盔前部的傾斜的視頻攝像機將產(chǎn)生的視頻信號傳輸至水面進(jìn)行視頻顯示。該攝像機由水面控制員控制，并將結(jié)果記錄在SVHS錄像機上。（3）靜態(tài)影像的拍攝由35mm PhotoSea數(shù)字靜止照相機和閃光燈完成。該PhotoSea照相機安裝在手部艙內(nèi)的一個特殊工具上，這使得潛航員可以在裝具內(nèi)部啟動照相機進(jìn)行拍照。（4）陰極電位測量由一個標(biāo)準(zhǔn)的電解池（銀-氯化銀）產(chǎn)生。該電解池安裝在裝具的肩部方便潛航員自由操作。在臍帶纜中留有備用導(dǎo)線以方便對陰極電位的持續(xù)監(jiān)測。（5）超聲波厚度測量和進(jìn)水構(gòu)件測試通過使用標(biāo)準(zhǔn)的工具完成。Cygnus超聲波厚度測量探頭與HARDSUITTM型裝具的動力供應(yīng)連接，在臍帶纜中的備用雙絞線用于將RS485數(shù)據(jù)傳輸至水面。（6）其他NDT工具包括MPI和ACFM也被用于HARDSUITTM型裝具上。這些工具根據(jù)特殊應(yīng)用而作適當(dāng)修改。

該HARDSUITTM型裝具在平臺檢測上提供了很多特殊的優(yōu)勢。

（1）HARDSUITTM型裝具的潛航員都具有NDT檢測認(rèn)證的資質(zhì)。檢測客戶可以直接和正在進(jìn)行可疑探測的有資質(zhì)的檢測員通信。（2）常壓潛水比有壓潛水或飽和潛水更安全。常壓潛水無減壓病的風(fēng)險。（3）HARDSUITTM型裝具的潛航員具有優(yōu)秀的三維立體感，能安全地進(jìn)入裝具而不用擔(dān)心被困住或被纜繩纏繞。（4）HARDSUITTM型裝具的潛航員具有很好的視覺靈敏度。裝具的視覺艙可以位于離可疑問題區(qū)域只有幾英寸遠(yuǎn)的地方。（5）HARDSUITTM型裝具的數(shù)字通信提供了潛航員與水面之間的全透明通信。（6）HARDSUITTM型裝具可以應(yīng)客戶要求立即承擔(dān)許多補救任務(wù)。如果問題能在第一時間內(nèi)解決則可以節(jié)約很多成本。

常壓潛水在平臺檢測應(yīng)用中的另一個優(yōu)點是，當(dāng)其與空氣潛水相結(jié)合時可以具有更高的工作效率。在典型的空氣潛水檢測工作中，潛水員會受到時間的限制。如果潛水員也接受HARDSUITTM型裝具的作業(yè)訓(xùn)練，那么同樣的潛水員就能安全地，更好的操作、利用常壓潛水服。除了個人效率的提高外，由于HARDSUITTM型裝具可以幾乎無修改的使用大部分手持式NDT工具，這種空氣潛水和HARDSUITTM型裝具之間的工具共享更節(jié)省了成本。

4 HARDSUITTM型常壓潛水的性能比較

用于平臺檢測的幾種方式的性能比較如表1所示，其中包括ROV，空氣潛水，飽和潛水，HARDSUITTM與空氣潛水和HARD SUITTM相結(jié)合方式之間的比較。

5 經(jīng)過驗證的HARDSUITTM型裝具平臺檢測性能

墨西哥灣的實例表明HARDSUITTM型常壓潛水系統(tǒng)與空氣潛水相結(jié)合的方式用于平臺檢測是非常有效和具有成本競爭力的。這種方式已經(jīng)在一段時間內(nèi)在超過30個平臺上得到應(yīng)用。該方式使用了以下設(shè)備和操作方法。

（1）潛水設(shè)備。

2×HS1200 HARDSUITTM型ADS。

可移動吊放系統(tǒng)。

水面供應(yīng)的空氣潛水范圍。

在開始的0～100 m范圍內(nèi)使用空氣潛水設(shè)備，此時減壓保持在一個最小值。

（2）船：140’四點系泊潛水船。

該船既可停泊在靠近平臺上層建筑的下面，也可使用緊繩和前錨系泊。

（3）外觀檢測：HARDSUITTM型裝具用于對每一個結(jié)構(gòu)對象進(jìn)行近距離游行檢測。每一個感興趣的區(qū)域都被SVHS記錄設(shè)備拍下視頻存檔。使用手動工具測量選定的陽極，使用極限度量或卡鉗核實結(jié)構(gòu)對象的圓度（橢圓形）。

（4）清洗：在0～100 m范圍內(nèi)，空氣潛水員使用噴鋼砂實現(xiàn)。

清洗陽極和結(jié)構(gòu)對象時HARDSUITTM型裝具使用10，000 psi水流沖擊波實現(xiàn)。

（5）陰極保護(hù)（CP）讀數(shù)：陰極保護(hù)探測器安裝在HARDSUITTM型裝具的肩部，通過臍帶纜中的備用導(dǎo)線完成持續(xù)讀數(shù)顯示。通常情況下，這些讀數(shù)以10個為一組記錄下來。

（6）焊縫質(zhì)量檢驗：在清洗完結(jié)構(gòu)對象之后，HARDSUITTM型裝具的潛航員需進(jìn)行焊縫外觀檢測。潛航員都是專業(yè)的檢測員。焊縫檢測過程通過裝具通信系統(tǒng)被記錄下來并以錄像的形式保存?zhèn)浒浮?/p>

（7）照相技術(shù)：35 mm PhotoSea照相機和閃光燈安裝在HARDSUITTM型裝具的手部艙內(nèi)，用于拍攝靜態(tài)影像。潛航員通過放置照片板來識別位置或節(jié)點。

（8）進(jìn)水構(gòu)件測試：Krautkramer進(jìn)水構(gòu)件探測器安裝在裝具的電子系統(tǒng)中。

（9）殘骸轉(zhuǎn)移：在某些情況下，HARDS-UITTM型裝具可用于及時轉(zhuǎn)移殘骸。其執(zhí)行場所清除任務(wù)的能力無須單獨的培訓(xùn)，為客戶大大節(jié)約了成本。

（10）應(yīng)用結(jié)果如下。

平臺檢測：31次

II級檢測：6次

III級檢測：25次

節(jié)點清理：37次

平臺腳檢測：166次

J型管檢測：36次

冒口檢測：31次

污水坑檢測：26次

平均深度：308 m

最大深度：730 m

空氣潛水：163次

空氣潛水平均時間：38 min

HARDSUITTM型裝具：107次

HARDSUITTM型裝具平均下潛時間：182 min

6 結(jié)論

常壓潛水作為一項滿足如今的平臺檢測需要的可選技術(shù)，它的可執(zhí)行性已經(jīng)被證實，且具有不錯的成本效益。在100-1200m水深，ADS可以安全，準(zhǔn)確，比ROV或飽和潛水更低成本地執(zhí)行平臺檢測的必要任務(wù)。在水深不到100m的區(qū)域，空氣潛水是最有效的方式，當(dāng)其與HARDSUITTM型裝具結(jié)合工作時可以達(dá)到更大的效率。HARDSUITTM型裝具可以用于平臺檢測的任何任務(wù)，且可以無修改的使用大部分為潛水員準(zhǔn)備的清洗工具或NDT檢測工具。

參考文獻(xiàn)

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[3]Rau， Jerry F.， “Basic Underwater Corrosion”， Proceedings Underwater Intervention 2002 Conference， New Orleans， LA， February 2002.

──譯自 “Atmospheric Diving as an Alternative Technology for Platform Inspections”