海洋平臺導管架水上檢測無人化研究

黃培軍，顧偉偉，杜曉雷

引言

根據(jù)國際和國內(nèi)海洋平臺導管架規(guī)范的要求[1-3]，導管架平臺在壽命期內(nèi)需要定期（間隔期不超過五年）進行狀態(tài)評定以確定其適用性，平臺上部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)應對整個結(jié)構(gòu)的狀況、裂紋和疲勞損傷檢測、海底狀況（沖刷、不穩(wěn)定等跡象）、船舶或其他原因造成的損傷、腐蝕狀況和犧牲陽極水上檢查以及外加電流陰極保護系統(tǒng)的有效性等進行徹底的檢查。目前主要采用外觀檢查、主要桿件壁厚檢測、陽極塊電位檢測、水淹桿件（FMD）檢測、海床沖刷調(diào)查等檢測手段。傳統(tǒng)的檢測方法是通過潛水員攜帶檢測設備進行實施，具有作業(yè)風險高、周期長、費用高的特點。為滿足井口平臺無人化管理的需要，同時為降低檢驗費用，本文開展從傳統(tǒng)的“人工潛水+ROV”轉(zhuǎn)變?yōu)椤癛OV”無人化作業(yè)模式的研究工作，通過ROV（潛水器）搭載檢測設備進行檢驗檢測，依托守護船支持，從而降低作業(yè)成本和風險、縮短作業(yè)周期。

1 無人化作業(yè)模式基本原理

固定導管架結(jié)構(gòu)水上檢測無人化（從潮汐帶至海床）項目面臨著安全、管理和技術(shù)上的諸多挑戰(zhàn)，需從方案確認、測點布置、檢測質(zhì)量、安全把控等各方面細化落實，以確保施工按照節(jié)點控制推進項目進展，保證施工全程無傷害事故。

1.1 基于風險的檢驗策略

開展導管架的風險評估可以減少對低風險測點的檢驗周期，降低檢驗風險，減少成本。RBI（Risk Based Inspection）技術(shù)可對結(jié)構(gòu)評估中固有的或潛在的危險及其程度進行定量分析和評估，找出高風險的檢測點和低風險的檢測點，從而指導制定有效的檢驗計劃并降低運行風險。本研究將風險評估和RBI技術(shù)相結(jié)合，在滿足結(jié)構(gòu)安全評估的前提上，優(yōu)化檢驗測點布置，保證導管架安全運行，避免“檢驗不足”或“檢驗過?！保瑴p少檢測成本。

1.2 ROV的應用突破

常規(guī)結(jié)構(gòu)檢測中的超聲波測厚、電位檢測、FMD（Flooded Member Detection）都依靠人工水上作業(yè)，ROV僅負責-50米至海床的外觀錄像檢查。本研究通過ROV搭載超聲波測厚、電位檢測、FMD檢測設備，較好的實現(xiàn)了檢測工具的突破。

1.3 安全質(zhì)量為導向的項目閉環(huán)節(jié)點管理

水上80~100米施工環(huán)境，各種復雜的海況、海底雜物都會對作業(yè)帶來巨大風險。為降低作業(yè)風險，推行項目節(jié)點、每日作業(yè)節(jié)點管理，把每一項工作分割細化，使項目參與各方對節(jié)點、職責、目標、流程等進行明確?！肮?jié)點管理”實現(xiàn)了管理流程化、標準化、規(guī)范化，切實降低了作業(yè)風險；同時為控制檢測質(zhì)量，邀請專業(yè)的第三方監(jiān)理單位作為現(xiàn)場代表，強化安全督查和質(zhì)量把控。

2 研究方案

2018年7月在某平臺實施平臺結(jié)構(gòu)水上檢測無人化，在保證檢驗效果和安全的前提上，順利完成了水上結(jié)構(gòu)特檢工作，檢測成果獲得了第三方船級社的認可，研究方案及與傳統(tǒng)模式對比示意圖如圖1所示。研究方案開展的檢驗檢測項目如上:

圖1 無人化模式與傳統(tǒng)模式對比

2.1 導管架外觀結(jié)構(gòu)檢測

（1）ROV沿導管架由上而上分層、分面依次檢查，然后對周圍50米范圍進行檢查。（2）檢查導管架樁腿及桿件有無變形、凹陷及損傷。（3）檢查導管架四周的陽極有無缺失，目測腐蝕情況。（4）檢查海生物生長情況（提供海生物厚度數(shù)據(jù)）。（5）檢查裙樁狀況。（6）對全過程進行錄像，并在線記錄觀測到的異常情況。

2.2 立管及電纜護管檢查

（1）對各海管、電纜護管從水面至海底進行視線檢查，并全程錄像。（2）檢查海管、電纜護管管卡是否有缺失，松動情況。（3）檢查海管、電纜護管水泥壓塊情況。（4）檢查海管、電纜護管附近垃圾情況。

2.3 結(jié)構(gòu)測厚

對導管架不同水深主受力桿件隨機抽查進行測厚，不少于3%，重點電位異常、防腐層損壞位置，如有壁厚減薄情況，需擴大檢測范圍。

2.4 陽極檢測、電位測量

檢查陽極塊消耗和連接情況，在導管架結(jié)構(gòu)每一層選擇典型結(jié)構(gòu)的陽極塊和鋼結(jié)構(gòu)進行電位測量，每一層1-2個點。以確定防腐系統(tǒng)的工作狀況；當發(fā)現(xiàn)電位異常時，補充檢測異常處鄰近的2-3個陽極塊和鋼結(jié)構(gòu)的電位值。

2.5 FMD檢測

不少于5%，重點主要受力節(jié)點。

2.6 沖刷檢測

查明導管架周圍50米范圍內(nèi)的沖刷情況，測量海床沖刷、樁腿傾斜和沉降等情況，包括因沖刷或淤積造成的平臺位置水深的變化，對平臺各樁腿沖刷堆積情況進行檢查，并記錄沖刷范圍、深度和堆積高度。

2.7 碎片及雜物檢查

檢查平臺導管架是否存在對人員和結(jié)構(gòu)完整性有影響的碎片和雜物。不易清除的大碎片和雜物應給予記錄，并檢查是否對導管架結(jié)構(gòu)和陰極保護系統(tǒng)造成破壞。

研究方案所使用的主要設備如表1所示。

3 研究結(jié)果

研究完成導管架外圍-50米至海床外觀結(jié)構(gòu)檢測、海生物檢驗、立管護管隔水套管檢查、沖刷檢測、陽極和陰極檢測、電位測量、超聲波結(jié)構(gòu)測厚、桿件充水檢測。

3.1 檢驗檢測結(jié)果

3.1.1 導管架外觀檢測結(jié)果

表1 主要設備

圖2 LegB1漁網(wǎng)纏繞情況

（1）導管架樁腿及桿件防腐涂層沒有發(fā)生老化、脫落現(xiàn)象，檢查范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)連接點的裂縫，彎曲，凹坑等機械性損傷；未發(fā)現(xiàn)有明顯的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕情況出現(xiàn)；未發(fā)現(xiàn)整體構(gòu)架及構(gòu)件和設計有明顯的區(qū)別。（2）檢查導管架四周的陽極無丟失現(xiàn)象，均被海生物包裹。（3）ROW-A，ROW-1裙裝喇叭口處有大量漁網(wǎng)無法前進觀察。（4）ROW-2面A2，B2樁腿邊裙裝喇叭口，樁頭狀態(tài)完好。

3.1.2 海生物檢驗結(jié)果

據(jù)調(diào)查結(jié)果，CXB平臺海生物測量從-10m開始直到泥面處進行檢查，每隔10m至20m進行一次海生物側(cè)厚，CXB平臺導管架上的海生物以軟硬質(zhì)為主，普遍覆蓋率為100%，厚度約為2至5cm。

3.1.3 立管、護管、隔水套管檢查結(jié)果

ROV對管卡和法蘭等從不同角度外觀檢查，立管、護管、隔水套管檢查均未發(fā)現(xiàn)任何異常，護管水泥壓塊無丟失、懸空，海管無懸空段，海管膨脹彎無異常情況。

3.1.4 沖刷檢測結(jié)果

導管架海床50m范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)海床沖刷引起樁腿傾斜和沉降的異?，F(xiàn)象。

3.1.5 陽極和陰極檢測、電位測量結(jié)果

本次檢查陽極選取54塊、陰極選取10塊，每個位置測3次（具體數(shù)據(jù)詳見測量過程），所有陽極等級均為B級（A級:剩余陽極95%-100%；B級:剩余陽極80%-94%；C級:剩余陽極50%-79%；D級:剩余陽極50%以上）。陽極塊無丟失，損壞，附著不牢的現(xiàn)象。陽極，陰極電位無異常情況。40%陽極塊被海生物包裹。

圖3 立管（-35m）和護管水泥壓塊處檢查情況

表2 電位測量點（陽極）數(shù)據(jù)表（ROW-1面）

圖4 不同測點電位值

圖5 不同測點厚度值

表3 厚度檢測數(shù)據(jù)表（ROW-1面）

3.1.6 超聲波結(jié)構(gòu)測厚結(jié)果

測量了具有代表性的管段厚度，經(jīng)檢測后發(fā)現(xiàn)并無管段厚度異?，F(xiàn)象。

3.1.7 桿件充水檢測結(jié)果

對具有典型代表處的管段進行測量。FMD檢測數(shù)據(jù)無異?，F(xiàn)象。

表4 檢測位置以及檢測報告如上（ROW-2面）

3.2 實施效果總體評價

研究方案在保證檢驗效果和安全的前提上順利實施，總體效果良好，主要改進和提升指標如上:

（1）海上施工由依托平臺轉(zhuǎn)變?yōu)橐劳惺刈o船支持，降低直升機、海上餐費等成本，尤其針對無人值守平臺，大大降低了作業(yè)費用。（2）海上施工人員由20人減少到8-10人，施工周期由25天縮減到7天左右。（3）有效降低施工安全風險，由機器人代替自然人進行水上作業(yè)。（4）在無人值守平臺作業(yè)期間，不需要協(xié)調(diào)生產(chǎn)人員上平臺協(xié)助施工，較大程度上節(jié)約了人力成本。

4 總結(jié)

本文針對傳統(tǒng)的“人工潛水+ROV”作業(yè)模式進行改進，提出并試驗了無人化作業(yè)模式，在國內(nèi)首次成功實施固定導管架結(jié)構(gòu)水上檢測無人化實踐，研究總結(jié)如上:（1）無人化作業(yè)模式可在導管架結(jié)構(gòu)狀況觀察、裂紋和疲勞檢測、海底狀況觀察、損傷原因分析、腐蝕防護系統(tǒng)檢查等領域達到預期檢測效果，工程可操作性好。（2）無人化作業(yè)模式在作業(yè)費用、施工人員、施工周期、施工風險等方面，相比于傳統(tǒng)“人工潛水+ROV”模式有較大的提升。（3）通過試驗研究，可為海洋環(huán)境上無人化作業(yè)流程標準化設計積累實踐基礎，為后續(xù)工程化應用降本增效。