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，詳細闡述了半潛式鉆井平臺的基本結構和無損檢測要求，為該類產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量控制提出了指導，并明確了所采用的無損檢測方法和評價標準。

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)過近半個世紀的發(fā)展，半潛式鉆井平臺已從上世紀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，其技術特點和發(fā)展趨勢包括：工作水深顯著增加、能適應更惡劣海域、可變載荷增大、外形結構簡化、采用高強度鋼、裝備先進化和多功能系列化等。

1 半潛式鉆井平臺基本結構

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在下體的上方，這樣，當平臺移位時，可使它位于水線之上，以減小阻力。平臺上設有供鉆井工作用的機械設備、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支持和咨詢服務。各個船級社的規(guī)范都不太一樣，但是一些原則性的技術要求都是相同的，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)范給定了海上設備設計、建造與維護的標準，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、認證、驗證和咨詢服務的原則和程序；

(2) Offshore Standards 提供了一般用于海上設施行業(yè)及DNV海上設施服務技術基礎的技術規(guī)定和接受標準；

圖2 DNV規(guī)范結構

(3) Recommended Practices 提供經(jīng)證明的技術和良好的工程實踐及更高層面的海上設施服務說明及海上設施標準的導則。

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

(1) DNV-OS-C101 海洋鋼結構的設計，通用法則 (LRFD 法) -2011；

(2) DNV-OS-C103 立柱穩(wěn)定式裝置的結構設計(LRFD法 )-2012；

(3) DNV-OS-C401 海洋結構的制造和結構-2013；

(4) DNV-CN7 無損檢測-2012。

3 結構類型的劃分原則

表1是DNV-OS-C101中第四章C部分結構的分類原則。

結構分類的目的是為了保證以足夠的材料數(shù)量和適當?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。部件的結構分類主要基于以下考慮：

(1) 部件在失效后果方面的嚴重性。

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

表1 結構分類原則

4 焊縫的檢驗分類

檢驗的類別和范圍應符合DNV-OS-C401中的要求，檢驗分類與結構分類的關系見表2。

表2 焊縫檢驗的分類

連接兩個構件的焊接檢驗應按照高級別構件的檢驗標準來進行。

如果制造質(zhì)量的評估是通過測試，當結構分類為主要結構時檢驗范圍可以減少，但不能低于Ⅲ類檢驗的要求。

結構分類為特殊結構和主要結構區(qū)域內(nèi)的疲勞臨界節(jié)點的檢驗應滿足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，在建造時應滿足Ⅰ類檢驗的要求。

垂直于主應力方向的分段或合攏接頭焊縫的無損檢測范圍應不低于Ⅱ類檢驗的要求。

5 半潛式鉆井平臺焊縫結構分類

5.1 特殊結構

(1) 承受集中載荷的部分甲板，重型法蘭，形成“箱型”或“I型”支撐結構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?shù)膶R和足夠的負載轉(zhuǎn)移。

(5) 主要構件交叉處被設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，導纜器和絞車，起重機底座，燃燒壁等支撐。

5.2 主要結構

(1) 不承受集中載荷的部分甲板，重型法蘭，形成“箱型”或“I型”支撐結構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，提供局部加強或結構的連續(xù)性，除了被認為是特殊結構的區(qū)域。

(4) 重底座和設備的主要支撐結構，如錨線、導纜器、起重機、鉆臺底座、救生艇的平臺、推進器基座和直升機甲板。

5.3 次要結構

(1) 除被認為是特殊結構和主要結構以外的上平臺甲板或上船體甲板，

(2) 除被認為是特殊結構和主要結構以外的艙壁、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) 其他除被認為是特殊結構和主要結構以外的結構。

6 無損檢測要求

6.1 通用要求

(1) 制造的承包商開工前應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) 檢驗分類應跟據(jù)DNV-OS-C101來劃分，并在相關圖紙上指定。

(3) 在制造過程中，焊縫需要無損檢測，檢測結果應及時報告給買方。

(4) 檢測方法的選擇應達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)鋼結構焊縫最終的檢查和無損檢測應在焊縫完成后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減少。

(6)如果焊縫需要做熱處理，最終無損檢測應在所有熱處理完成后進行。

(7)在無損檢測之前，所有焊縫應做100%外觀檢查。

(8)所有無損檢測應恰當?shù)挠涗?，確保無損檢測可以重復執(zhí)行。除非有更嚴格要求，一般檢測報告應標注焊縫區(qū)域所有超標缺陷，所有的焊縫返修應記錄。

6.2 無損檢測程序要求

無損檢測應按照批準的書面程序進行，該程序應根據(jù)DNV-CN7要求編制。不同的項目，其他公認的標準可以在批準同意的基礎上使用。批準的程序必須至少提供以下詳細信息：

(1) 適用規(guī)范和標準；

(2) 材料，測試材料的尺寸和溫度；

(3) 設備定期驗證的要求；

(4) 接頭的結構和尺寸；

(5) 檢測技術(在無損檢測報告中引用的草圖/圖表)；

(6) 設備和耗材；

(7) 靈敏度，PT/MT光照/觀察條件；

(8) 校準技術和校準的參考；

(9) 測試的參數(shù)和變量；

(10) 被檢測的表面和缺欠的評估應被記錄，結果應形成文件，報告系統(tǒng)應明確檢測方法，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) 驗收標準。

6.3 人員資質(zhì)要求

進行無損檢測和檢測結果解釋的人員應根據(jù)公認的認證認可方案進行，如相當于ISO 9712、SNT-TC-1A或ASNT中心認證程序(ACCP)二級資質(zhì)。該證書應說明操作人員所認證的檢測方法、級別和所在的工業(yè)領域。

6.4 無損檢測范圍

檢測范圍主要依據(jù)設計應力的水平及型式和所說的接頭重要性。當焊縫連接兩個部件時，焊縫的檢驗分類應為兩連接件中較高的結構分類。

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通常按照III類檢驗分類檢測。結構檢驗分類應在圖紙上標明。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，當要選擇被檢測的焊縫時，要考慮結構完整性的重要程度?？紤]到制造裝配和焊接方法，有代表性取樣的焊縫應做無損檢測。

表3 結構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)計結果。

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

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

如果發(fā)現(xiàn)嚴重缺陷(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，焊接材料的不當處理確認后，在此期間操作的焊縫應接受充分檢查氫致裂紋的產(chǎn)生。

除去買方同意的內(nèi)部構件以外，無損檢測應覆蓋自動焊縫起弧點和止弧點。焊縫超聲檢測應包括焊縫相鄰區(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力的板，焊接完成以后，應進行超聲檢測，以檢測承受拉伸應力的構件中的層狀撕裂，如果鋼板的特性改進，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 無損檢測方法標準和接受標準

對于特殊結構的焊縫目視檢測和無損檢測驗收標準應符合ISO 5817級B級焊縫的要求；對于主要結構/次要結構的焊縫的無損檢測驗收標準，應符合ISO 5817質(zhì)量標準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)量分級的標準，不能直接用于無損檢測，當要將其用于無損檢測時，必須通過ISO 17635 進行轉(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 結語

半潛式鉆井平臺是當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構，精通入級規(guī)范的技術要求，全面使用各種無損檢測方法，熟練運用無損檢測標準，才能有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，從而確保半潛式鉆井平臺結構的可靠性和安全性。

[1] DNV-OS-C401.海洋工程標準[S].2013，10

[2] DNV-CN7.無損檢測入級指導[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