交流場(chǎng)法ACFM檢測(cè)技術(shù)在海上石油平臺(tái)腐蝕缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

朱俊 張洪星

摘 要：為了確保海上石油開(kāi)采的順利進(jìn)行、保證作業(yè)人員安全和保護(hù)環(huán)境，在不影響日常作業(yè)情況下，使用無(wú)人潛水器（ROV）攜帶交流場(chǎng)法（ACFM）檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行金屬構(gòu)件腐蝕缺陷檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示和全年對(duì)比，可實(shí)現(xiàn)石油平臺(tái)全生命周期管理，為石油平臺(tái)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系評(píng)估提供大數(shù)據(jù)支持。文章主要介紹交流場(chǎng)法（ACFM）檢測(cè)原理、檢測(cè)方法及其海上石油平臺(tái)金屬構(gòu)件腐蝕缺陷離線檢測(cè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人潛水器（ROV）；海上石油平臺(tái)；交流場(chǎng)法（ACFM）

中圖分類號(hào)：TE985 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0038-03

Abstract： In order to guarantee the smooth progress of offshore oil exploitation， ensure the safety of operators and protect the environment， without affecting daily operations， the corrosion defect detection and data acquisition of metal components can be carried out using an unmanned remote operated vehicle （ROV） with detection equipment through alternating current field measurement （ACFM）， which can realize real-time display and year-round comparison of data as well as life cycle management of oil platform， thus providing big data support for the risk assessment system of oil platform facilities. This paper mainly introduces the inspection principle and method of ACFM as well as the application of off-line inspection of corrosion defects of metal components in offshore oil platform.

Keywords： remote operated vehicle （ROV）； offshore oil platform； alternating current field measurement （ACFM）

引言

隨著海洋石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展，用于開(kāi)發(fā)海洋石油的平臺(tái)從簡(jiǎn)易的單樁平臺(tái)到上萬(wàn)噸以上的巨型平臺(tái)。大型平臺(tái)的構(gòu)造非常復(fù)雜，大多數(shù)都是固定安裝的，不能像船舶進(jìn)入船塢一樣維修。海上石油平臺(tái)金屬構(gòu)件工作于非常嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境中，對(duì)平臺(tái)的腐蝕監(jiān)測(cè)，是其鋼結(jié)構(gòu)的壽命周期的預(yù)測(cè)和管理的重要手段。對(duì)腐蝕檢測(cè)的手段，可分為離線和在線監(jiān)測(cè)。采用以無(wú)人潛水器（ROV）為搭載方式的交流場(chǎng)法（Alternating Current Field Measurement，ACFM）無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)海上鉆井石油平臺(tái)金屬構(gòu)件進(jìn)行腐蝕缺陷檢測(cè)，可以取得良好的應(yīng)用效果。

1 海上石油平臺(tái)腐蝕概況

石油平臺(tái)水下部分金屬構(gòu)件的腐蝕區(qū)域，主要出現(xiàn)在潮汐飛濺區(qū)和全浸區(qū)的腐蝕。海上石油平臺(tái)水下部分的平臺(tái)腐蝕區(qū)位置，見(jiàn)圖1示意圖。

2 腐蝕檢測(cè)方法技術(shù)

石油平臺(tái)水下部分金屬構(gòu)件腐蝕檢測(cè)分為在線和離線兩類。在線檢測(cè)包括失重法、電阻探針、電化學(xué)法、電感法。離線檢測(cè)包括交流場(chǎng)法 （ACFM）、電場(chǎng)特征法（FSM）等。

3 交流場(chǎng)法（ACFM）無(wú)損檢測(cè)

3.1 工作原理

ACFM是檢測(cè)構(gòu)件對(duì)交變電流感應(yīng)電磁場(chǎng)的感應(yīng)情況。當(dāng)金屬構(gòu)件完好時(shí)，各電磁場(chǎng)分量為零。如有腐蝕或裂縫存在，構(gòu)件表面電磁場(chǎng)便產(chǎn)生變異。探頭檢出的訊號(hào)輸入計(jì)算機(jī)分析，經(jīng)軟件處理后，可實(shí)時(shí)地將腐蝕或裂縫的位置、長(zhǎng)度及深度顯示出來(lái)（參見(jiàn)圖2）。

BZ——對(duì)應(yīng)裂縫或腐蝕的起點(diǎn)和終點(diǎn)；當(dāng)探頭經(jīng)過(guò)裂縫或腐蝕時(shí)，起終點(diǎn)產(chǎn)生的波峰，因此測(cè)出裂縫的長(zhǎng)度。

BX——對(duì)應(yīng)電流密度，裂縫加深，密度減少，因此測(cè)出裂縫的深度。

3.2 設(shè)備功能

ACFM檢測(cè)儀器具備以下功能：（1）可以透過(guò)涂層，探測(cè)水下石油平臺(tái)的腐蝕監(jiān)測(cè)。（2） 準(zhǔn)確測(cè)量裂紋長(zhǎng)度和深度。（3）對(duì)焊縫部分檢測(cè)。

3.3 系統(tǒng)組成

ACFM系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）水面處理單元（圖3）：筆記本電腦及采集處理軟件。（2）通訊纜：可以通過(guò)獨(dú)立臍帶纜，也可以通過(guò)搭載的ROV的臍帶纜來(lái)傳輸信號(hào)。（3）水下采集單元（圖4）：常規(guī)為300m、最大耐壓2000m水深的壓力艙。（4）探頭：分為三種形式：靜態(tài)陣列探頭（圖5）、掃掠陣列探頭（圖6）和簡(jiǎn)單式探頭（圖7）。

3.4 檢測(cè)方式

采用ROV攜帶ACFM檢測(cè)設(shè)備對(duì)水下石油平臺(tái)的裂縫或腐蝕進(jìn)行檢測(cè)。ROV領(lǐng)航員通過(guò)控制水下機(jī)械手來(lái)控制探頭在被檢測(cè)部位上移動(dòng)檢測(cè)；檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)入采集艙，再通過(guò)ROV的臍帶纜傳送到水面處理單元。ROV搭載ACFM系統(tǒng)示意圖，見(jiàn)圖8。

4 ACFM在石油平臺(tái)腐蝕缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)安裝

ACFM系統(tǒng)實(shí)施水下石油平臺(tái)的裂縫和腐蝕檢測(cè)時(shí)，把各個(gè)組件牢牢安裝到ROV上，是完成深水石油平臺(tái)水下結(jié)構(gòu)物檢測(cè)的重要步驟。

（1）水下采集單元的安裝。水下采集單元是由耐壓殼體封裝的探頭采集模塊，把它安裝固定到ROV底部的框架內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其安裝的保護(hù)。采集單元的信息及電源通道都接入ROV備用接口上。采集信號(hào)通過(guò)ROV臍帶纜傳輸?shù)剿嫣幚韱卧?/p>

（2）探頭安裝。根據(jù)使用結(jié)構(gòu)要求可以生產(chǎn)形狀、尺寸和覆蓋面積多樣的多種探頭。探頭的安裝主要是通過(guò)固定到水下機(jī)械手上，可以達(dá)到靈活調(diào)節(jié)檢測(cè)角度和覆蓋檢測(cè)部位。ROV機(jī)械手實(shí)物搭載，見(jiàn)圖9。

（3）系統(tǒng)測(cè)試。完成ACFM各個(gè)部件安裝集成后，下水前要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)，通過(guò)機(jī)械手?jǐn)y帶探頭接觸被測(cè)構(gòu)件，如果水面采集處理單元有數(shù)據(jù)變化。說(shuō)明系統(tǒng)狀態(tài)良好，可以下水進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)。水面采集處理軟件界面，見(jiàn)圖10。

4.2 水下結(jié)構(gòu)物缺陷探測(cè)

（1）靜態(tài)陣列使用。靜態(tài)陣列是檢測(cè)平板焊接、大直徑管道、電焊的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，見(jiàn)圖9所示。兩行探頭放置在堅(jiān)固的不銹鋼鼻后面，探頭為錐形，使您能夠進(jìn)入Y和K節(jié)點(diǎn)的銳角。在ROV定位探頭的限制器可以通過(guò)探頭的附件確定其位置?？梢允褂眯z像機(jī)觀察探頭鼻尖，協(xié)助您準(zhǔn)確放置構(gòu)件所需部分的探頭陣列。如圖9所示，其觸摸開(kāi)關(guān)用于確認(rèn)探頭是否已經(jīng)接觸到該表面。

（2）掃掠陣列使用。掃掠陣列包括一組探頭，在收集數(shù)據(jù)時(shí)它們像筆刷一樣在檢測(cè)區(qū)域上移動(dòng)。一般情況下，這些探頭被部署在平坦或者曲線平面上，例如管道斷面、船體或者推進(jìn)器的葉片上。在被部署期間，安裝在該陣列上的編碼器發(fā)出位置反饋。

必須保持操縱器能夠接觸到表面，掃描該探頭，并使其能夠沿著該表面以低于10mm的橫向偏差進(jìn)行跟蹤移動(dòng)。必須使用一致的安裝，以避免探頭承載過(guò)大。無(wú)須使用均勻的掃描速度，因?yàn)槲恢镁幋a器會(huì)記錄所移動(dòng)的距離。最大能夠使用15mm/sec。見(jiàn)圖6。

（3）簡(jiǎn)單探頭使用。簡(jiǎn)單探頭為一對(duì)單獨(dú)的探頭，封裝在小型、封閉的殼體中。該探頭使用ROV機(jī)械手模擬潛水員的手臂部署，沿著焊炙部位進(jìn)行掃描。由于此原因，使用此簡(jiǎn)單探頭在很大程度上依賴于所用ROV機(jī)械手的精度和靈活性。見(jiàn)圖7。

4.3 數(shù)據(jù)處理

ACFM檢測(cè)通常是由TSC ASSIS Tance軟件控制的。該軟件設(shè)計(jì)用于采集、顯示、儲(chǔ)存來(lái)自簡(jiǎn)單手動(dòng)探頭和探頭陣列的數(shù)據(jù)。其主要功能為：（1）與該儀器進(jìn)行通訊。（2）根據(jù)所用探頭自動(dòng)控制該儀器的設(shè)置。（3）獲取并顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)。（4）把所有的檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)文件中。（5）提供靈活的數(shù)據(jù)顯示，便于操作員分析。（6）提供缺陷的長(zhǎng)度和深度尺寸算法。（7）生成打印報(bào)表。

該軟件也能生成識(shí)別缺陷的、任意掃描的詳細(xì)打印報(bào)告報(bào)表，見(jiàn)圖11。使用一個(gè)報(bào)表即可把所有的檢測(cè)參數(shù)顯示在一起，便于查找缺陷長(zhǎng)度和深度。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著ROV技術(shù)發(fā)展，越來(lái)越多的被用于海上石油平臺(tái)及其他海底結(jié)構(gòu)水下零件的檢測(cè)，不僅用于深水、潛水員無(wú)法工作的地點(diǎn)，也被用于因考慮潛水員健康和安全所需的使用場(chǎng)合。ACFM 是一種用途最廣泛的檢測(cè)技術(shù)，因?yàn)椋海?）部署該裝置無(wú)須把被探測(cè)部位清洗為光亮金屬。（2）提供了可審核的電子儲(chǔ)存結(jié)果。（3）能夠探測(cè)并確定破壁缺陷的尺寸。（4）不受焊接金屬材料屬性變化的影響。（5）可以逐年對(duì)比其結(jié)果。（6）可以在黑暗的環(huán)境中使用。

除了上述所列的優(yōu)點(diǎn)之外，ACFM 技術(shù)的掃描操作簡(jiǎn)單，意味著能夠很好地適用于ROV的遠(yuǎn)程操作。

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