摘 要：無論是用傳統(tǒng)的潛水服還是ROV技術(shù)，平臺(tái)檢測(cè)都是一項(xiàng)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(fèi)昂貴，使用ROV技術(shù)檢測(cè)耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。常壓潛水系統(tǒng)（ADS）與前兩種方法相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)，不失為平臺(tái)檢測(cè)的一個(gè)可選方案。本文討論了ADS及其設(shè)備在平臺(tái)檢測(cè)上的應(yīng)用，概述了ADS檢測(cè)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(tái)檢測(cè)的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：常壓潛水 平臺(tái)檢測(cè) 空氣潛水 ADS ROV

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

外大陸架（OCS）固定式平臺(tái)的檢測(cè)要求由美國(guó)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(tái)都應(yīng)該進(jìn)行定期的檢測(cè)…”。但是最終只有位于墨西哥灣200米深處的3412座平臺(tái)符合該規(guī)定，可能還更少。人類對(duì)海洋環(huán)境關(guān)注度的提高，淺水平臺(tái)使用壽命的增加和海上暴風(fēng)雨的摧殘，導(dǎo)致了平臺(tái)檢測(cè)市場(chǎng)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(cè)技術(shù)。

傳統(tǒng)的平臺(tái)檢測(cè)方式是利用ROV或帶有專用裝備的潛水員來實(shí)現(xiàn)。用于平臺(tái)檢測(cè)的ROV通常配有攝像機(jī)、照相機(jī)、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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但是ROV存在無法接近平臺(tái)結(jié)構(gòu)，視覺效果有限和空間感有限的缺點(diǎn)。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(tái)檢測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是可以更好的接近平臺(tái)結(jié)構(gòu)和具有良好的視覺效果，同時(shí)可以大量供應(yīng)手持NDT檢測(cè)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(diǎn)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)現(xiàn)平臺(tái)檢測(cè)，例如HARDSUITTM型裝具，該系統(tǒng)結(jié)合了ROV和潛水員的優(yōu)缺點(diǎn)，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?jiǎn)栴}，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(tái)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(tái)檢測(cè)要求

MMS平臺(tái)檢測(cè)要求是基于美國(guó)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(cè)（II級(jí)）和詳細(xì)水下檢測(cè)（III級(jí)）。定期水下檢測(cè)的結(jié)果可以作為將來的NDT檢測(cè)（IV級(jí)）的必要條件?；净騃I級(jí)水下平臺(tái)檢測(cè)由水下外觀檢測(cè)和關(guān)鍵區(qū)域陰極電位測(cè)量組成。外觀檢測(cè)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(jì)或結(jié)構(gòu)缺陷。

（6）存在殘骸。

（7）過量海生物。

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

詳細(xì)或III級(jí)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(cè)。該項(xiàng)檢測(cè)要求先清洗覆蓋在表面的海生物，以保證檢測(cè)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(cè)的指導(dǎo)。

如果在基本或詳細(xì)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)或懷疑平臺(tái)結(jié)構(gòu)有損傷，就需要進(jìn)一步進(jìn)行NDT檢測(cè)（IV級(jí)）。NDT檢測(cè)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(cè)厚法或進(jìn)水構(gòu)件測(cè)試法。此外，裂紋檢測(cè)可能需要使用交流磁場(chǎng)法（ACFM），磁粉探傷（MPI）或超聲波裂紋檢測(cè)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(tái)檢測(cè)的最終結(jié)果是為了給平臺(tái)能繼續(xù)安全工作提供保證。在多數(shù)情況下，檢測(cè)結(jié)果的糾正可以延長(zhǎng)平臺(tái)的使用壽命。陽極的移動(dòng)與替換，過量海生物的清除，殘骸的移動(dòng)和支撐裝置的安裝都是為了延長(zhǎng)平臺(tái)使用壽命而采取的措施的例子。

2 HARDSUITTM型常壓潛水在平臺(tái)檢測(cè)中的應(yīng)用

HARDSUITTM型HS1200（如圖2所示）常壓潛水裝具為平臺(tái)檢測(cè)提供了一個(gè)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(dòng)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(gè)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(dòng)。用于平臺(tái)檢測(cè)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(gè)水面控制艙或工作艙和一個(gè)用于收放裝具的簡(jiǎn)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(dòng)控制或由臍帶纜滾筒絞車控制。

標(biāo)準(zhǔn)的清洗和檢測(cè)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(jī)將產(chǎn)生的視頻信號(hào)傳輸至水面進(jìn)行視頻顯示。該攝像機(jī)由水面控制員控制，并將結(jié)果記錄在SVHS錄像機(jī)上。（3）靜態(tài)影像的拍攝由35mm PhotoSea數(shù)字靜止照相機(jī)和閃光燈完成。該P(yáng)hotoSea照相機(jī)安裝在手部艙內(nèi)的一個(gè)特殊工具上，這使得潛航員可以在裝具內(nèi)部啟動(dòng)照相機(jī)進(jìn)行拍照。（4）陰極電位測(cè)量由一個(gè)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(duì)陰極電位的持續(xù)監(jiān)測(cè)。（5）超聲波厚度測(cè)量和進(jìn)水構(gòu)件測(cè)試通過使用標(biāo)準(zhǔn)的工具完成。Cygnus超聲波厚度測(cè)量探頭與HARDSUITTM型裝具的動(dòng)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(tái)檢測(cè)上提供了很多特殊的優(yōu)勢(shì)。

（1）HARDSUITTM型裝具的潛航員都具有NDT檢測(cè)認(rèn)證的資質(zhì)。檢測(cè)客戶可以直接和正在進(jìn)行可疑探測(cè)的有資質(zhì)的檢測(cè)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(xiǎn)。（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(bǔ)救任務(wù)。如果問題能在第一時(shí)間內(nèi)解決則可以節(jié)約很多成本。

常壓潛水在平臺(tái)檢測(cè)應(yīng)用中的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)其與空氣潛水相結(jié)合時(shí)可以具有更高的工作效率。在典型的空氣潛水檢測(cè)工作中，潛水員會(huì)受到時(shí)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(gè)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(tái)檢測(cè)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(yàn)證的HARDSUITTM型裝具平臺(tái)檢測(cè)性能

墨西哥灣的實(shí)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(tái)檢測(cè)是非常有效和具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的。這種方式已經(jīng)在一段時(shí)間內(nèi)在超過30個(gè)平臺(tái)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(dòng)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(shí)減壓保持在一個(gè)最小值。

（2）船：140’四點(diǎn)系泊潛水船。

該船既可停泊在靠近平臺(tái)上層建筑的下面，也可使用緊繩和前錨系泊。

（3）外觀檢測(cè)：HARDSUITTM型裝具用于對(duì)每一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行近距離游行檢測(cè)。每一個(gè)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(dòng)工具測(cè)量選定的陽極，使用極限度量或卡鉗核實(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)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(shí)現(xiàn)。

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

（5）陰極保護(hù)（CP）讀數(shù)：陰極保護(hù)探測(cè)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(gè)為一組記錄下來。

（6）焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)：在清洗完結(jié)構(gòu)對(duì)象之后，HARDSUITTM型裝具的潛航員需進(jìn)行焊縫外觀檢測(cè)。潛航員都是專業(yè)的檢測(cè)員。焊縫檢測(cè)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(jī)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(shí)別位置或節(jié)點(diǎn)。

（8）進(jìn)水構(gòu)件測(cè)試：Krautkramer進(jìn)水構(gòu)件探測(cè)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(shí)轉(zhuǎn)移殘骸。其執(zhí)行場(chǎng)所清除任務(wù)的能力無須單獨(dú)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(tái)檢測(cè)：31次

II級(jí)檢測(cè)：6次

III級(jí)檢測(cè)：25次

節(jié)點(diǎn)清理：37次

平臺(tái)腳檢測(cè)：166次

J型管檢測(cè)：36次

冒口檢測(cè)：31次

污水坑檢測(cè)：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(shí)間：38 min

HARDSUITTM型裝具：107次

HARDSUITTM型裝具平均下潛時(shí)間：182 min

6 結(jié)論

常壓潛水作為一項(xiàng)滿足如今的平臺(tái)檢測(cè)需要的可選技術(shù)，它的可執(zhí)行性已經(jīng)被證實(shí)，且具有不錯(cuò)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(tái)檢測(cè)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(shí)可以達(dá)到更大的效率。HARDSUITTM型裝具可以用于平臺(tái)檢測(cè)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(cè)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”