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新型大直径立管无损检测方法

新型大直径立管无损检测方法

针对难以进行检查完整性的大直径立管,目前业内出现了一种新颖的组合方法——首次将高能X射线与数字探测器阵列进行结合,对立管的完整性进行测试。

来自 | Offshore
编译 | 周诗雨

最近,一种大直径立管的无损检测(NDT)新方法问世,旨在帮助油公司维持较老海上平台生产的安全性和可靠性。对于北海、墨西哥湾和其他成熟产区的油公司来说,除了确保系统完整性和安全性,针对那些服役已有几十年的设施,如何延长它们的使用寿命,也成了作业者的另一个重要目标。

本文主要介绍的实例便是针对以上问题的解决方案。经过多年的使用,立管上产生了明显的外部腐蚀垢(也称结疤)。直到2016年1月,油公司决定采用NDT方法对立管的完整性进行测试,为维修做准备。

这些立管包括一根24in外径的输油主立管和一根20in外径的产气管。油公司希望,经过维修后,立管能再继续使用一年,直到整个生产结束。那么首先需要确定的就是,立管是否满足能够进行维修服务的要求。

完整性验证

腐蚀的管道可能对作业人员和环境构成危害。为了验证立管是否满足维修条件(FFS),油公司需要整合管道的精确横截面形态,并对两根立管的剩余壁厚度进行360°全方位测量。

立管外部产生的大量腐蚀垢,使得人们无法直接接触到管道的外皮,但又不能直接移除这些垢,因为这样做有可能会在立管上形成小孔,导致油气泄露,从而引发HSE问题。

当天文潮最低时,需要检查的区域仅位于水面上方39英尺(12米)处,但出于平台甲板下方,一般很难接触到,难以直接作业。

目前还没有一种能被业界普遍接受的典型NDT方法或硬件设施能够完成这一检查。而Oceaneering公司为用户提供了一种有效的解决方案。

在对几种备选检查方案进行系统研究对比后,项目工程师认为,射线照相技术的可行性最佳。然而,传统的X射线和伽马射线源的能量不足以完成这种大直径、厚管壁立管在海上环境中的检查。

综合NDT解决方案

对立管壁厚进行360°测量,需要在每根管的圆周上获取切向X射线图像。虽然切向X射线成像是一项标准技术,但要穿透立管这种非常厚的“弦”长度,则需要非常强大的设备,并且需要采用多角度曝光,才能确保全面积覆盖。

Oceaneering公司使用配备了GE DXR 250U数字探测器阵列(DDA)的7.5 MeV PXB电子感应加速器对立管进行检查,可提供近实时的管道厚度测量。电子感应加速器是一种能量非常高、穿透能力非常强的辐射源,在这以前还从未在海上与DDA结合使用。

为了实施这一新颖的解决方案,由油公司和油服人员组成的团队进行了详细的项目计划,包括陆上技术试验、全面的安全规划、电气、脚手架和井场的设计和实施,以及定制硬件的开发。

陆上测试

在海上使用高能X射线是一项前所未有的应用,因此在此之前需要进行陆上测试,以证明其可以安全地完成测试任务。2016年2月,在英国罗赛斯的一个特殊场所中,试验人员使用这种切线技术对24in的管道进行了X射线试验,所测试的管道上带有各种具有代表性的受损缺陷。

在完成陆上测试后,Oceaneering公司的工程师访问了需要作业的平台,让平台人员了解了该检测方法,让整个检查团队能够对工作进行规划,同时定义好安全控制区域、主曝光方向、电气、遥测、电缆路线,同时做好风险评估工作。

辐射安全

辐射安全是该测试中面临的主要问题。为此,团队制定了一个全面的HSE计划,包括设立禁区等,确保人员不受辐射;还包括详细的辐射剂量分布(光束指向的平台位置为高风险区域),配备了特殊的监测仪器和定制的辐射准直仪,用以减少辐射剂量。

硬件定制

为了保证在这次特殊的施工中实现精确的射线照相,Oceaneering为该项目专门设计制造了一辆电车和一台与管道法兰边缘表面相接的辐射束角度导轨仪。这些硬件可以确保每次曝光都是对准目标的,从而提供关于管道厚度的综合数据体。

项目团队还设计架设了一套定制化的脚手架系统,放置在平台甲板下方的立管边。由于工作区距离海洋仅有39英尺,因此设备必须具有防风雨能力,才能防止受潮,以及免受海盐和水沫的侵蚀。X射线头和探头电缆必须按照距离仔细布置,以保证不会出现没电或遥测器丢失的情况。

项目实施

2016年5月,海上的准备工作完成,摄影组成员开始行动。Oceaneering公司共上平台两次,历经四个周,于6月完成了整个检查。

整个项目都得到了安全执行,没有发生任何辐射、健康、安全和环境事件。获得的图像足以识别立管的外表面轮廓,能够定量识别金属损失的结果,足够清晰明确,可作为下一步服务适用性评价和有限元建模的源数据。

检查和计算结果证实,在指定压力下,立管可以继续生产,直至完成油公司预定的整个平台维护期。该NDT解决方案可以与其他作业同时进行,不需要中断生产,不仅能够检查管柱的完整性,还显著节约了成本。

在北海、墨西哥湾和其他地区,许多长期服役的平台都面临上述类似的腐蚀问题,作业者必须对管道和结构的完整性进行验证。该项目的成功实施表明,对那些难以检查的设施来说,高能X射线与数字探测器阵列的组合使用,可以是一项有效的选择。

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