DNV半潜式钻井平台无损检测要求分析

金 磊, 丁 兵, 黄燕琳, 胡文杰, 刘思明, 苏炜炜

(1. 烟台中集来福士海洋工程有限公司， 山东 烟台 264000； 2.上海船舶工艺研究所，上海 200032；3.挪威船级社(中国)有限公司，上海 200336)

DNV半潜式钻井平台无损检测要求分析

金 磊1, 丁 兵2, 黄燕琳2, 胡文杰3, 刘思明2, 苏炜炜2

(1. 烟台中集来福士海洋工程有限公司， 山东 烟台 264000； 2.上海船舶工艺研究所，上海 200032；3.挪威船级社(中国)有限公司，上海 200336)

半潜式钻井平台是诸多海工项目中的一种形式，广泛用于海洋深水作业。按照DNV的入级规范，详细阐述了半潜式钻井平台的基本结构和无损检测要求，为该类产品制造过程中的质量控制提出了指导，并明确了所采用的无损检测方法和评价标准。

半潜式钻井平台; 无损检测; 分析

0 引言

半潜式钻井平台广泛用于深水勘探作业，目前全世界拥有半潜式钻井平台180余艘，使用率95%以上。最新型半潜式钻井平台的钻井深度超过12 000 m，甲板可变载荷超过10 000 t，作业系统高度自动化、智能化，并出现了双井架的配置。经过近半个世纪的发展，半潜式钻井平台已从上世纪六十年代的第一代发展到了第六代智能型深海钻井平台，其技术特点和发展趋势包括：工作水深显著增加、能适应更恶劣海域、可变载荷增大、外形结构简化、采用高强度钢、装备先进化和多功能系列化等。

1 半潜式钻井平台基本结构

半潜式钻井平台又称立柱稳定式钻井平台(如图1所示)，它是大部分浮体沉没于水中的一种小水线面的移动式海洋钻井平台，它从坐底式钻井平台演变而来，由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。此外，在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接，在下体间的连接支撑一般都设在下体的上方，这样，当平台移位时，可使它位于水线之上，以减小阻力。平台上设有供钻井工作用的机械设备、器材和生活舱室等，平台本体高出水面一定高度，以免波浪的冲击，下体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减小波浪的扰动力。平台本体与下体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当距离，以保证平台的稳定性。

图1 半潜式海洋钻井平台

2 DNV入级规范介绍

目前各大船级社如CCS、ABS、LR、BV、DNV等都有自己的入级规范，为那些加入本社的船队提供技术支持和咨询服务。各个船级社的规范都不太一样，但是一些原则性的技术要求都是相同的，比如国际海事组织通过的决议、IACS(国际船级社)的各项决议，以及各国际组织的决议，这些都将消化在各船级社的规范中。

DNV入级规范主要分为船舶规范和海工规范。

DNV海工规范给定了海上设备设计、建造与维护的标准，包含以下三个层面的文件(如图2所示)。

(1) Offshore Service Specifications 提供了DNV入级、认证、验证和咨询服务的原则和程序；

(2) Offshore Standards 提供了一般用于海上设施行业及DNV海上设施服务技术基础的技术规定和接受标准；

图2 DNV规范结构

(3) Recommended Practices 提供经证明的技术和良好的工程实践及更高层面的海上设施服务说明及海上设施标准的导则。

DNV入级规范中与半潜式平台无损检测要求相关的规范有以下四个：

(1) DNV-OS-C101 海洋钢结构的设计，通用法则 (LRFD 法) -2011；

(2) DNV-OS-C103 立柱稳定式装置的结构设计(LRFD法 )-2012；

(3) DNV-OS-C401 海洋结构的制造和结构-2013；

(4) DNV-CN7 无损检测-2012。

3 结构类型的划分原则

表1是DNV-OS-C101中第四章C部分结构的分类原则。

结构分类的目的是为了保证以足够的材料数量和适当的检查来避免脆性断裂。检查的目的也包括消除在使用周期内有可能成长为疲劳裂纹的缺陷。部件的结构分类主要基于以下考虑：

(1) 部件在失效后果方面的严重性。

(2) 考虑了可能出现的焊接缺陷和可能导致脆性断裂的疲劳裂纹的应力条件。

表1 结构分类原则

4 焊缝的检验分类

检验的类别和范围应符合DNV-OS-C401中的要求，检验分类与结构分类的关系见表2。

表2 焊缝检验的分类

连接两个构件的焊接检验应按照高级别构件的检验标准来进行。

如果制造质量的评估是通过测试，当结构分类为主要结构时检验范围可以减少，但不能低于Ⅲ类检验的要求。

结构分类为特殊结构和主要结构区域内的疲劳临界节点的检验应满足Ⅰ类检验的要求。

如果疲劳临界节点在检验和在操作过程中不可接近时，在建造时应满足Ⅰ类检验的要求。

垂直于主应力方向的分段或合拢接头焊缝的无损检测范围应不低于Ⅱ类检验的要求。

5 半潜式钻井平台焊缝结构分类

5.1 特殊结构

(1) 承受集中载荷的部分甲板，重型法兰，形成“箱型”或“I型”支撑结构的平台和上船体的舱壁。

(2) 垂直立柱、甲板、下船体的交叉处外板。

(3) 支撑构件主要交叉处。

(4) 用来连接垂直立柱，上平台甲板和上部或下部船体的“穿舱件”，其作用是提供适当的对齐和足够的负载转移。

(5) 主要构件交叉处被设计用来承受集中载荷的的外部支架，部分舱壁和框架。

(6) 高度利用区 ，锚线，导缆器和绞车，起重机底座，燃烧壁等支撑。

5.2 主要结构

(1) 不承受集中载荷的部分甲板，重型法兰，形成“箱型”或“I型”支撑结构的平台和上船体的舱壁。

(2) 垂直立柱、甲板、下船体的交叉处外板；斜撑和水平撑。

(3) 舱壁、甲板、纵桁和扶强材组成的交叉处，提供局部加强或结构的连续性，除了被认为是特殊结构的区域。

(4) 重底座和设备的主要支撑结构，如锚线、导缆器、起重机、钻台底座、救生艇的平台、推进器基座和直升机甲板。

5.3 次要结构

(1) 除被认为是特殊结构和主要结构以外的上平台甲板或上船体甲板，

(2) 除被认为是特殊结构和主要结构以外的舱壁、扶强材、平台或甲板和垂直立柱；甲板、下船体、斜撑和水平撑。

(3) 甲板室。

(4) 其他除被认为是特殊结构和主要结构以外的结构。

6 无损检测要求

6.1 通用要求

(1) 制造的承包商开工前应提交一份无损检测计划，检测程序和无损检测人员资质的证明文件。

(2) 检验分类应跟据DNV-OS-C101来划分，并在相关图纸上指定。

(3) 在制造过程中，焊缝需要无损检测，检测结果应及时报告给买方。

(4) 检测方法的选择应达到检测方法的灵敏度和检测方法发现缺陷的能力，此缺陷是在所选择的焊接过程中产生的。

(5)钢结构焊缝最终的检查和无损检测应在焊缝完成后48 h以后执行，除非有焊后热处理的要求。如果能证明母材或焊接材料对于延迟裂纹不敏感，对于NV36或以下级别和NV420或以下级别板厚不超过40 mm的焊缝，无损检测延迟时间可以适当减少。

(6)如果焊缝需要做热处理，最终无损检测应在所有热处理完成后进行。

(7)在无损检测之前，所有焊缝应做100%外观检查。

(8)所有无损检测应恰当的记录，确保无损检测可以重复执行。除非有更严格要求，一般检测报告应标注焊缝区域所有超标缺陷，所有的焊缝返修应记录。

6.2 无损检测程序要求

无损检测应按照批准的书面程序进行，该程序应根据DNV-CN7要求编制。不同的项目，其他公认的标准可以在批准同意的基础上使用。批准的程序必须至少提供以下详细信息：

(1) 适用规范和标准；

(2) 材料，测试材料的尺寸和温度；

(3) 设备定期验证的要求；

(4) 接头的结构和尺寸；

(5) 检测技术(在无损检测报告中引用的草图/图表)；

(6) 设备和耗材；

(7) 灵敏度，PT/MT光照/观察条件；

(8) 校准技术和校准的参考；

(9) 测试的参数和变量；

(10) 被检测的表面和缺欠的评估应被记录，结果应形成文件，报告系统应明确检测方法，并给出明确的缺陷位置报告；

(11) 参照适用的焊接工艺；

(12) 人员资格；

(13) 验收标准。

6.3 人员资质要求

进行无损检测和检测结果解释的人员应根据公认的认证认可方案进行，如相当于ISO 9712、SNT-TC-1A或ASNT中心认证程序(ACCP)二级资质。该证书应说明操作人员所认证的检测方法、级别和所在的工业领域。

6.4 无损检测范围

检测范围主要依据设计应力的水平及型式和所说的接头重要性。当焊缝连接两个部件时，焊缝的检验分类应为两连接件中较高的结构分类。

对于没有指定为I类检验分类的加强板与连接扶墙材、纵桁、纵梁和梁腹板与板材相连的焊缝应通常按照III类检验分类检测。结构检验分类应在图纸上标明。除非在允许情况下，无损检测的执行通常不超出表3的要求。对于只按百分率检测的焊缝，当要选择被检测的焊缝时，要考虑结构完整性的重要程度。考虑到制造装配和焊接方法，有代表性取样的焊缝应做无损检测。

表3 结构焊缝无损检测最低范围

如果无损检测的焊缝返修率很低，可以适当减少无损检测范围，但不可以少于III类检验分类检查的要求，并定期递交返修率统计结果。

如果方法适当，买方同意，射线检查可以代替超声波检测，反之亦然。然而，超声检查不得进行厚度小于10 mm的焊缝，若经过认可，可以降低到8 mm。

在一定程度上增加检测范围应以下面方式进行，在所有焊缝进行代表性抽样检查，这样的抽样可以发现所关注区域内所有相关缺陷。当焊缝质量水平恢复后，在买方同意的情况下可以适当减少检测范围。

如果发现严重缺陷(如裂纹、其他平面型缺陷和线状夹渣)，在此期间的所有按此工艺焊接的焊缝应全部检测。有大量气孔频繁发生说明焊接材料处理不适当，焊接材料的不当处理确认后，在此期间操作的焊缝应接受充分检查氢致裂纹的产生。

除去买方同意的内部构件以外，无损检测应覆盖自动焊缝起弧点和止弧点。焊缝超声检测应包括焊缝相邻区域(斜探头扫查区域)和层状缺陷扫查、焊缝和母材的横向缺陷扫查。

十字接头中在板厚方向承受重大拉伸应力的板，焊接完成以后，应进行超声检测，以检测承受拉伸应力的构件中的层状撕裂，如果钢板的特性改进，可以只采用抽查方式检查。在实际图纸中，这种超声检测的要求应包括在“无损检测注释”里。如果钢改善通过厚度性能已被采纳，这种测试可以减少到局部抽检。

6.5 无损检测方法标准和接受标准

对于特殊结构的焊缝目视检测和无损检测验收标准应符合ISO 5817级B级焊缝的要求；对于主要结构/次要结构的焊缝的无损检测验收标准，应符合ISO 5817质量标准C级焊缝的要求。ISO 5817是焊接钢、镍、钛及其合金的熔焊接头(不包括电子束焊)缺陷质量分级的标准，不能直接用于无损检测，当要将其用于无损检测时，必须通过ISO 17635 进行转化。

表4 射线检测

表5 超声检测

表6 磁粉检测

表7 渗透检测

7 结语

半潜式钻井平台是当前海洋资源争夺的重要平台，由于其投入生产后要克服巨大的海浪冲击和严重的海水侵蚀等恶劣工况条件，因此，在其制造加工过程中尤为要注意焊接质量控制。无损检测方法是评估焊接质量的重要手段，只有充分掌握半潜式钻井平台的基本结构，精通入级规范的技术要求，全面使用各种无损检测方法，熟练运用无损检测标准，才能有效控制产品质量，从而确保半潜式钻井平台结构的可靠性和安全性。

[1] DNV-OS-C401.海洋工程标准[S].2013，10

[2] DNV-CN7.无损检测入级指导[S].2012，03.

[3] ISO 17635.焊缝无损检测—金属材料熔焊的一般规则[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，工程师。

1001-4500(2014)04-0051-06

P75

A