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新型大直徑立管無損檢測方法

新型大直徑立管無損檢測方法

針對難以進行檢查完整性的大直徑立管,目前業內出現了一種新穎的組合方法——首次將高能X射線與數字探測器陣列進行結合,對立管的完整性進行測試。

來自 | Offshore
編譯 | 周詩雨

最近,一種大直徑立管的無損檢測(NDT)新方法問世,旨在幫助油公司維持較老海上平臺生產的安全性和可靠性。對于北海、墨西哥灣和其他成熟產區的油公司來說,除了確保系統完整性和安全性,針對那些服役已有幾十年的設施,如何延長它們的使用壽命,也成了作業者的另一個重要目標。

本文主要介紹的實例便是針對以上問題的解決方案。經過多年的使用,立管上產生了明顯的外部腐蝕垢(也稱結疤)。直到2016年1月,油公司決定采用NDT方法對立管的完整性進行測試,為維修做準備。

這些立管包括一根24in外徑的輸油主立管和一根20in外徑的產氣管。油公司希望,經過維修后,立管能再繼續使用一年,直到整個生產結束。那么首先需要確定的就是,立管是否滿足能夠進行維修服務的要求。

完整性驗證

腐蝕的管道可能對作業人員和環境構成危害。為了驗證立管是否滿足維修條件(FFS),油公司需要整合管道的精確橫截面形態,并對兩根立管的剩余壁厚度進行360°全方位測量。

立管外部產生的大量腐蝕垢,使得人們無法直接接觸到管道的外皮,但又不能直接移除這些垢,因為這樣做有可能會在立管上形成小孔,導致油氣泄露,從而引發HSE問題。

當天文潮最低時,需要檢查的區域僅位于水面上方39英尺(12米)處,但出于平臺甲板下方,一般很難接觸到,難以直接作業。

目前還沒有一種能被業界普遍接受的典型NDT方法或硬件設施能夠完成這一檢查。而Oceaneering公司為用戶提供了一種有效的解決方案。

在對幾種備選檢查方案進行系統研究對比后,項目工程師認為,射線照相技術的可行性最佳。然而,傳統的X射線和伽馬射線源的能量不足以完成這種大直徑、厚管壁立管在海上環境中的檢查。

綜合NDT解決方案

對立管壁厚進行360°測量,需要在每根管的圓周上獲取切向X射線圖像。雖然切向X射線成像是一項標準技術,但要穿透立管這種非常厚的“弦”長度,則需要非常強大的設備,并且需要采用多角度曝光,才能確保全面積覆蓋。

Oceaneering公司使用配備了GE DXR 250U數字探測器陣列(DDA)的7.5 MeV PXB電子感應加速器對立管進行檢查,可提供近實時的管道厚度測量。電子感應加速器是一種能量非常高、穿透能力非常強的輻射源,在這以前還從未在海上與DDA結合使用。

為了實施這一新穎的解決方案,由油公司和油服人員組成的團隊進行了詳細的項目計劃,包括陸上技術試驗、全面的安全規劃、電氣、腳手架和井場的設計和實施,以及定制硬件的開發。

陸上測試

在海上使用高能X射線是一項前所未有的應用,因此在此之前需要進行陸上測試,以證明其可以安全地完成測試任務。2016年2月,在英國羅賽斯的一個特殊場所中,試驗人員使用這種切線技術對24in的管道進行了X射線試驗,所測試的管道上帶有各種具有代表性的受損缺陷。

在完成陸上測試后,Oceaneering公司的工程師訪問了需要作業的平臺,讓平臺人員了解了該檢測方法,讓整個檢查團隊能夠對工作進行規劃,同時定義好安全控制區域、主曝光方向、電氣、遙測、電纜路線,同時做好風險評估工作。

輻射安全

輻射安全是該測試中面臨的主要問題。為此,團隊制定了一個全面的HSE計劃,包括設立禁區等,確保人員不受輻射;還包括詳細的輻射劑量分布(光束指向的平臺位置為高風險區域),配備了特殊的監測儀器和定制的輻射準直儀,用以減少輻射劑量。

硬件定制

為了保證在這次特殊的施工中實現精確的射線照相,Oceaneering為該項目專門設計制造了一輛電車和一臺與管道法蘭邊緣表面相接的輻射束角度導軌儀。這些硬件可以確保每次曝光都是對準目標的,從而提供關于管道厚度的綜合數據體。

項目團隊還設計架設了一套定制化的腳手架系統,放置在平臺甲板下方的立管邊。由于工作區距離海洋僅有39英尺,因此設備必須具有防風雨能力,才能防止受潮,以及免受海鹽和水沫的侵蝕。X射線頭和探頭電纜必須按照距離仔細布置,以保證不會出現沒電或遙測器丟失的情況。

項目實施

2016年5月,海上的準備工作完成,攝影組成員開始行動。Oceaneering公司共上平臺兩次,歷經四個周,于6月完成了整個檢查。

整個項目都得到了安全執行,沒有發生任何輻射、健康、安全和環境事件。獲得的圖像足以識別立管的外表面輪廓,能夠定量識別金屬損失的結果,足夠清晰明確,可作為下一步服務適用性評價和有限元建模的源數據。

檢查和計算結果證實,在指定壓力下,立管可以繼續生產,直至完成油公司預定的整個平臺維護期。該NDT解決方案可以與其他作業同時進行,不需要中斷生產,不僅能夠檢查管柱的完整性,還顯著節約了成本。

在北海、墨西哥灣和其他地區,許多長期服役的平臺都面臨上述類似的腐蝕問題,作業者必須對管道和結構的完整性進行驗證。該項目的成功實施表明,對那些難以檢查的設施來說,高能X射線與數字探測器陣列的組合使用,可以是一項有效的選擇。

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