DNV半潛式鉆井平臺無損檢測要求分析

金 磊, 丁 兵, 黃燕琳, 胡文杰, 劉思明, 蘇煒煒

(1. 煙臺中集來福士海洋工程有限公司， 山東 煙臺 264000； 2.上海船舶工藝研究所，上海 200032；3.挪威船級社(中國)有限公司，上海 200336)

DNV半潛式鉆井平臺無損檢測要求分析

金 磊1, 丁 兵2, 黃燕琳2, 胡文杰3, 劉思明2, 蘇煒煒2

(1. 煙臺中集來福士海洋工程有限公司， 山東 煙臺 264000； 2.上海船舶工藝研究所，上海 200032；3.挪威船級社(中國)有限公司，上海 200336)

半潛式鉆井平臺是諸多海工項目中的一種形式，廣泛用于海洋深水作業(yè)。按照DNV的入級規(guī)范，詳細(xì)闡述了半潛式鉆井平臺的基本結(jié)構(gòu)和無損檢測要求，為該類產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量控制提出了指導(dǎo)，并明確了所采用的無損檢測方法和評價標(biāo)準(zhǔn)。

半潛式鉆井平臺; 無損檢測; 分析

0 引言

半潛式鉆井平臺廣泛用于深水勘探作業(yè)，目前全世界擁有半潛式鉆井平臺180余艘，使用率95%以上。最新型半潛式鉆井平臺的鉆井深度超過12 000 m，甲板可變載荷超過10 000 t，作業(yè)系統(tǒng)高度自動化、智能化，并出現(xiàn)了雙井架的配置。經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，半潛式鉆井平臺已從上世紀(jì)六十年代的第一代發(fā)展到了第六代智能型深海鉆井平臺，其技術(shù)特點和發(fā)展趨勢包括：工作水深顯著增加、能適應(yīng)更惡劣海域、可變載荷增大、外形結(jié)構(gòu)簡化、采用高強度鋼、裝備先進(jìn)化和多功能系列化等。

1 半潛式鉆井平臺基本結(jié)構(gòu)

半潛式鉆井平臺又稱立柱穩(wěn)定式鉆井平臺(如圖1所示)，它是大部分浮體沉沒于水中的一種小水線面的移動式海洋鉆井平臺，它從坐底式鉆井平臺演變而來，由平臺本體、立柱和下體或浮箱組成。此外，在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺本體之間還有一些支撐與斜撐連接，在下體間的連接支撐一般都設(shè)在下體的上方，這樣，當(dāng)平臺移位時，可使它位于水線之上，以減小阻力。平臺上設(shè)有供鉆井工作用的機械設(shè)備、器材和生活艙室等，平臺本體高出水面一定高度，以免波浪的沖擊，下體或浮箱提供主要浮力，沉沒于水下以減小波浪的擾動力。平臺本體與下體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔適當(dāng)距離，以保證平臺的穩(wěn)定性。

圖1 半潛式海洋鉆井平臺

2 DNV入級規(guī)范介紹

目前各大船級社如CCS、ABS、LR、BV、DNV等都有自己的入級規(guī)范，為那些加入本社的船隊提供技術(shù)支持和咨詢服務(wù)。各個船級社的規(guī)范都不太一樣，但是一些原則性的技術(shù)要求都是相同的，比如國際海事組織通過的決議、IACS(國際船級社)的各項決議，以及各國際組織的決議，這些都將消化在各船級社的規(guī)范中。

DNV入級規(guī)范主要分為船舶規(guī)范和海工規(guī)范。

DNV海工規(guī)范給定了海上設(shè)備設(shè)計、建造與維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，包含以下三個層面的文件(如圖2所示)。

(1) Offshore Service Specifications 提供了DNV入級、認(rèn)證、驗證和咨詢服務(wù)的原則和程序；

(2) Offshore Standards 提供了一般用于海上設(shè)施行業(yè)及DNV海上設(shè)施服務(wù)技術(shù)基礎(chǔ)的技術(shù)規(guī)定和接受標(biāo)準(zhǔn)；

圖2 DNV規(guī)范結(jié)構(gòu)

(3) Recommended Practices 提供經(jīng)證明的技術(shù)和良好的工程實踐及更高層面的海上設(shè)施服務(wù)說明及海上設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)則。

DNV入級規(guī)范中與半潛式平臺無損檢測要求相關(guān)的規(guī)范有以下四個：

(1) DNV-OS-C101 海洋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，通用法則 (LRFD 法) -2011；

(2) DNV-OS-C103 立柱穩(wěn)定式裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(LRFD法 )-2012；

(3) DNV-OS-C401 海洋結(jié)構(gòu)的制造和結(jié)構(gòu)-2013；

(4) DNV-CN7 無損檢測-2012。

3 結(jié)構(gòu)類型的劃分原則

表1是DNV-OS-C101中第四章C部分結(jié)構(gòu)的分類原則。

結(jié)構(gòu)分類的目的是為了保證以足夠的材料數(shù)量和適當(dāng)?shù)臋z查來避免脆性斷裂。檢查的目的也包括消除在使用周期內(nèi)有可能成長為疲勞裂紋的缺陷。部件的結(jié)構(gòu)分類主要基于以下考慮：

(1) 部件在失效后果方面的嚴(yán)重性。

(2) 考慮了可能出現(xiàn)的焊接缺陷和可能導(dǎo)致脆性斷裂的疲勞裂紋的應(yīng)力條件。

表1 結(jié)構(gòu)分類原則

4 焊縫的檢驗分類

檢驗的類別和范圍應(yīng)符合DNV-OS-C401中的要求，檢驗分類與結(jié)構(gòu)分類的關(guān)系見表2。

表2 焊縫檢驗的分類

連接兩個構(gòu)件的焊接檢驗應(yīng)按照高級別構(gòu)件的檢驗標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。

如果制造質(zhì)量的評估是通過測試，當(dāng)結(jié)構(gòu)分類為主要結(jié)構(gòu)時檢驗范圍可以減少，但不能低于Ⅲ類檢驗的要求。

結(jié)構(gòu)分類為特殊結(jié)構(gòu)和主要結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)的疲勞臨界節(jié)點的檢驗應(yīng)滿足Ⅰ類檢驗的要求。

如果疲勞臨界節(jié)點在檢驗和在操作過程中不可接近時，在建造時應(yīng)滿足Ⅰ類檢驗的要求。

垂直于主應(yīng)力方向的分段或合攏接頭焊縫的無損檢測范圍應(yīng)不低于Ⅱ類檢驗的要求。

5 半潛式鉆井平臺焊縫結(jié)構(gòu)分類

5.1 特殊結(jié)構(gòu)

(1) 承受集中載荷的部分甲板，重型法蘭，形成“箱型”或“I型”支撐結(jié)構(gòu)的平臺和上船體的艙壁。

(2) 垂直立柱、甲板、下船體的交叉處外板。

(3) 支撐構(gòu)件主要交叉處。

(4) 用來連接垂直立柱，上平臺甲板和上部或下部船體的“穿艙件”，其作用是提供適當(dāng)?shù)膶R和足夠的負(fù)載轉(zhuǎn)移。

(5) 主要構(gòu)件交叉處被設(shè)計用來承受集中載荷的的外部支架，部分艙壁和框架。

(6) 高度利用區(qū) ，錨線，導(dǎo)纜器和絞車，起重機底座，燃燒壁等支撐。

5.2 主要結(jié)構(gòu)

(1) 不承受集中載荷的部分甲板，重型法蘭，形成“箱型”或“I型”支撐結(jié)構(gòu)的平臺和上船體的艙壁。

(2) 垂直立柱、甲板、下船體的交叉處外板；斜撐和水平撐。

(3) 艙壁、甲板、縱桁和扶強材組成的交叉處，提供局部加強或結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，除了被認(rèn)為是特殊結(jié)構(gòu)的區(qū)域。

(4) 重底座和設(shè)備的主要支撐結(jié)構(gòu)，如錨線、導(dǎo)纜器、起重機、鉆臺底座、救生艇的平臺、推進(jìn)器基座和直升機甲板。

5.3 次要結(jié)構(gòu)

(1) 除被認(rèn)為是特殊結(jié)構(gòu)和主要結(jié)構(gòu)以外的上平臺甲板或上船體甲板，

(2) 除被認(rèn)為是特殊結(jié)構(gòu)和主要結(jié)構(gòu)以外的艙壁、扶強材、平臺或甲板和垂直立柱；甲板、下船體、斜撐和水平撐。

(3) 甲板室。

(4) 其他除被認(rèn)為是特殊結(jié)構(gòu)和主要結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)。

6 無損檢測要求

6.1 通用要求

(1) 制造的承包商開工前應(yīng)提交一份無損檢測計劃，檢測程序和無損檢測人員資質(zhì)的證明文件。

(2) 檢驗分類應(yīng)跟據(jù)DNV-OS-C101來劃分，并在相關(guān)圖紙上指定。

(3) 在制造過程中，焊縫需要無損檢測，檢測結(jié)果應(yīng)及時報告給買方。

(4) 檢測方法的選擇應(yīng)達(dá)到檢測方法的靈敏度和檢測方法發(fā)現(xiàn)缺陷的能力，此缺陷是在所選擇的焊接過程中產(chǎn)生的。

(5)鋼結(jié)構(gòu)焊縫最終的檢查和無損檢測應(yīng)在焊縫完成后48 h以后執(zhí)行，除非有焊后熱處理的要求。如果能證明母材或焊接材料對于延遲裂紋不敏感，對于NV36或以下級別和NV420或以下級別板厚不超過40 mm的焊縫，無損檢測延遲時間可以適當(dāng)減少。

(6)如果焊縫需要做熱處理，最終無損檢測應(yīng)在所有熱處理完成后進(jìn)行。

(7)在無損檢測之前，所有焊縫應(yīng)做100%外觀檢查。

(8)所有無損檢測應(yīng)恰當(dāng)?shù)挠涗洠_保無損檢測可以重復(fù)執(zhí)行。除非有更嚴(yán)格要求，一般檢測報告應(yīng)標(biāo)注焊縫區(qū)域所有超標(biāo)缺陷，所有的焊縫返修應(yīng)記錄。

6.2 無損檢測程序要求

無損檢測應(yīng)按照批準(zhǔn)的書面程序進(jìn)行，該程序應(yīng)根據(jù)DNV-CN7要求編制。不同的項目，其他公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)可以在批準(zhǔn)同意的基礎(chǔ)上使用。批準(zhǔn)的程序必須至少提供以下詳細(xì)信息：

(1) 適用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；

(2) 材料，測試材料的尺寸和溫度；

(3) 設(shè)備定期驗證的要求；

(4) 接頭的結(jié)構(gòu)和尺寸；

(5) 檢測技術(shù)(在無損檢測報告中引用的草圖/圖表)；

(6) 設(shè)備和耗材；

(7) 靈敏度，PT/MT光照/觀察條件；

(8) 校準(zhǔn)技術(shù)和校準(zhǔn)的參考；

(9) 測試的參數(shù)和變量；

(10) 被檢測的表面和缺欠的評估應(yīng)被記錄，結(jié)果應(yīng)形成文件，報告系統(tǒng)應(yīng)明確檢測方法，并給出明確的缺陷位置報告；

(11) 參照適用的焊接工藝；

(12) 人員資格；

(13) 驗收標(biāo)準(zhǔn)。

6.3 人員資質(zhì)要求

進(jìn)行無損檢測和檢測結(jié)果解釋的人員應(yīng)根據(jù)公認(rèn)的認(rèn)證認(rèn)可方案進(jìn)行，如相當(dāng)于ISO 9712、SNT-TC-1A或ASNT中心認(rèn)證程序(ACCP)二級資質(zhì)。該證書應(yīng)說明操作人員所認(rèn)證的檢測方法、級別和所在的工業(yè)領(lǐng)域。

6.4 無損檢測范圍

檢測范圍主要依據(jù)設(shè)計應(yīng)力的水平及型式和所說的接頭重要性。當(dāng)焊縫連接兩個部件時，焊縫的檢驗分類應(yīng)為兩連接件中較高的結(jié)構(gòu)分類。

對于沒有指定為I類檢驗分類的加強板與連接扶墻材、縱桁、縱梁和梁腹板與板材相連的焊縫應(yīng)通常按照III類檢驗分類檢測。結(jié)構(gòu)檢驗分類應(yīng)在圖紙上標(biāo)明。除非在允許情況下，無損檢測的執(zhí)行通常不超出表3的要求。對于只按百分率檢測的焊縫，當(dāng)要選擇被檢測的焊縫時，要考慮結(jié)構(gòu)完整性的重要程度?？紤]到制造裝配和焊接方法，有代表性取樣的焊縫應(yīng)做無損檢測。

表3 結(jié)構(gòu)焊縫無損檢測最低范圍

如果無損檢測的焊縫返修率很低，可以適當(dāng)減少無損檢測范圍，但不可以少于III類檢驗分類檢查的要求，并定期遞交返修率統(tǒng)計結(jié)果。

如果方法適當(dāng)，買方同意，射線檢查可以代替超聲波檢測，反之亦然。然而，超聲檢查不得進(jìn)行厚度小于10 mm的焊縫，若經(jīng)過認(rèn)可，可以降低到8 mm。

在一定程度上增加檢測范圍應(yīng)以下面方式進(jìn)行，在所有焊縫進(jìn)行代表性抽樣檢查，這樣的抽樣可以發(fā)現(xiàn)所關(guān)注區(qū)域內(nèi)所有相關(guān)缺陷。當(dāng)焊縫質(zhì)量水平恢復(fù)后，在買方同意的情況下可以適當(dāng)減少檢測范圍。

如果發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷(如裂紋、其他平面型缺陷和線狀夾渣)，在此期間的所有按此工藝焊接的焊縫應(yīng)全部檢測。有大量氣孔頻繁發(fā)生說明焊接材料處理不適當(dāng)，焊接材料的不當(dāng)處理確認(rèn)后，在此期間操作的焊縫應(yīng)接受充分檢查氫致裂紋的產(chǎn)生。

除去買方同意的內(nèi)部構(gòu)件以外，無損檢測應(yīng)覆蓋自動焊縫起弧點和止弧點。焊縫超聲檢測應(yīng)包括焊縫相鄰區(qū)域(斜探頭掃查區(qū)域)和層狀缺陷掃查、焊縫和母材的橫向缺陷掃查。

十字接頭中在板厚方向承受重大拉伸應(yīng)力的板，焊接完成以后，應(yīng)進(jìn)行超聲檢測，以檢測承受拉伸應(yīng)力的構(gòu)件中的層狀撕裂，如果鋼板的特性改進(jìn)，可以只采用抽查方式檢查。在實際圖紙中，這種超聲檢測的要求應(yīng)包括在“無損檢測注釋”里。如果鋼改善通過厚度性能已被采納，這種測試可以減少到局部抽檢。

6.5 無損檢測方法標(biāo)準(zhǔn)和接受標(biāo)準(zhǔn)

對于特殊結(jié)構(gòu)的焊縫目視檢測和無損檢測驗收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合ISO 5817級B級焊縫的要求；對于主要結(jié)構(gòu)/次要結(jié)構(gòu)的焊縫的無損檢測驗收標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)符合ISO 5817質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)C級焊縫的要求。ISO 5817是焊接鋼、鎳、鈦及其合金的熔焊接頭(不包括電子束焊)缺陷質(zhì)量分級的標(biāo)準(zhǔn)，不能直接用于無損檢測，當(dāng)要將其用于無損檢測時，必須通過ISO 17635 進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

表4 射線檢測

表5 超聲檢測

表6 磁粉檢測

表7 滲透檢測

7 結(jié)語

半潛式鉆井平臺是當(dāng)前海洋資源爭奪的重要平臺，由于其投入生產(chǎn)后要克服巨大的海浪沖擊和嚴(yán)重的海水侵蝕等惡劣工況條件，因此，在其制造加工過程中尤為要注意焊接質(zhì)量控制。無損檢測方法是評估焊接質(zhì)量的重要手段，只有充分掌握半潛式鉆井平臺的基本結(jié)構(gòu)，精通入級規(guī)范的技術(shù)要求，全面使用各種無損檢測方法，熟練運用無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，才能有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，從而確保半潛式鉆井平臺結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。

[1] DNV-OS-C401.海洋工程標(biāo)準(zhǔn)[S].2013，10

[2] DNV-CN7.無損檢測入級指導(dǎo)[S].2012，03.

[3] ISO 17635.焊縫無損檢測—金屬材料熔焊的一般規(guī)則[S].2010.

[4] ISO 5817.Welding-Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam welding excluded)-Quality levels for imperfections[S].2007.

The analysis of Semi-submersible Drilling Platform Structure and Nondestructive Testing Requirements

JIN Lei1， DING Bing2， HUANG yan-lin2， HU wen-jie3，LIU si-ming2， SU wei-wei2

(1.Yantai CIMC Raffles Offshore Co.,Ltd. , Shandong Yantai 264000, China；2.Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute , Shanghai 200032, China；3.Det Norske Veritas(China)Co.,Ltd., Shanghai 200336, China)

Semi-submersible drilling platform is a form of many marine engineering project, widely used in offshore deepwater operations. According to the DNV classification standard, in detail elaborated the semi-submersible drilling platform, the basic structure and nondestructive testing requirements, The?guiding?measures?were put forwarded to quality control of the production process of such products. And clear the nondestructive testing methods and evaluation standards.

semi-submersible; nondestructive testing； analyze

2014-01-19

金 磊(1973-)，男，工程師。

1001-4500(2014)04-0051-06

P75

A