自升式移動鉆井平臺齒條修復案例介紹

李 軍

(中國船級社青島分社,青島 266000)

自升式移動鉆井平臺齒條修復案例介紹

李 軍

(中國船級社青島分社,青島 266000)

針對自升式移動平臺樁腿齒條易于磨損的情況,以國內某自升式移動平臺為例,重點介紹其樁腿齒條的修復方法。

鉆井平臺;齒條;修復

Abstract:In this paper,for the case of one domestic self-elevating drilling unit,mainly introduce rack repair methods,in order to achieve the communication and reference.

Key words:self-elevating drilling unit;rack;repair

0 前言

在近幾年營運檢驗中,多次發現自升式移動平臺樁腿齒條和齒輪嚙合處磨損嚴重。顯然,這些平臺隨著使用年限的增加,齒面磨損量會逐年增大,安全勢必受到嚴重影響。營運中平臺的齒條和齒輪磨損問題已備受船東和船級社關注和重視。

2009年國內某自升式移動平臺在某船廠進行了檢驗。根據檢查結果,重點對該平臺齒條齒面進行了大規模修復。如此大規模的修復在國內外尚屬首次,故本文以此為案例,對齒條齒面修復過程予以介紹,以供交流和參考。

1 齒條檢測及磨損情況

該自升式移動鉆井平臺為鋼制非自航,入CCS船級,適于25 m水深以內的鉆井作業。該平臺有4根圓柱形鋼制結構樁腿,呈矩形對稱分布于平臺四角,樁腿材質為DH36高強度船用鋼,齒條材質為ASTM A514。該平臺樁腿外徑2 133.6 mm,總長48.16 m,壁厚28.6 mm～34.9 mm不等。每根樁腿單側齒條101齒,共計808齒,齒間距400 mm,齒寬152 mm。通過外觀目測檢查,發現齒條齒面存在兩種情況:一是壓應力引起的塑性變形;二是因嚙合而引起的表面磨損。經初次檢查,0齒～18齒及76齒～101齒因升降過程中使用較少,磨損微乎其微;19齒～75齒的448個齒條磨損嚴重,被定為本次重點檢測對象。

這448個齒牙經檢測,最小磨損量為4 mm,最大磨損量為13.7 mm。其中磨損量在4 mm～7 mm(不包含7 mm)的有240齒;磨損量在7 mm～13.7 mm的有208齒。以上齒條兩側上表面均有明顯的不同程度的擠壓變形,擠壓變形深度最大處達20 mm～30 mm。

2 方案確定

針對以上情況,經過多次討論,擬確定2種處理方案。方案1:齒條更換。要求根據現有平臺的實際重量,重新計算樁腿受力,并對75齒以下段齒條全部更換。方案2:齒面修復。要求對19齒～75齒磨損擠壓嚴重處齒條齒面進行重點修復。

對以上方案,船級社方面優選方案1。但由于受到船東內部隱患治理上報批復周期長和采購滯后等因素的影響,本次無法更換新齒條,只能對原有齒條齒面進行焊接修復。

3 修復方法

3.1 修復范圍

對齒條如此大面積的修復,國內外應屬首次。我們查閱了很多相關資料,船東也咨詢了幾個較大的齒條制造單位,但對齒條齒面修復方面沒有找到可參照執行的具體規范和標準。為此經過多次討論,并結合曾經在大連造船新廠時對齒條齒面修復的經驗,確定對磨損深度超過7 mm(含7 mm)的齒條進行重點修復,對磨損深度小于7 mm的齒條不予考慮。同時考慮到齒輪的磨損量和與齒輪的嚙合,要求修復后的齒條焊后成型誤差控制在0～4 mm之內,同一水平面上齒條齒面要保證修復厚度相等。

3.2 修復方法

考慮到最大修復深度在13.7 mm以內,現場批準采用對母材堆焊和返修的焊接工藝規程作為施工理論依據。重點采用對母材長肉的方法進行修復。具體采用E11018-G焊條填充和蓋面,同時依據焊接工藝評定和高強度鋼要求進行無損檢測、焊前預熱及焊后熱處理的過程控制。

3.3 修復工藝步驟

3.3.1 外形尺寸測量修復前采用事先做好的鋁皮磨具進行測量,根據磨損程度對現場操作人員進行修復交底。

3.3.2 表面清理采用打磨的方法對齒條上表面進行清理;采用碳弧氣刨和打磨相結合的方法對兩側擠壓變形部位進行清理。目測無缺陷后進行無損檢測。

3.3.3 焊前無損檢測對處理后表面進行100%外觀檢驗和100%MT檢測;如合格進行二次清理表面至可焊條件。

3.3.4 焊前預熱依據CCS《材料與焊接規范》(2006)和批準的WPS要求,對打磨后的齒條上表面進行焊前預熱。當齒條溫度低于0℃時,預熱溫度至少控制在20℃以上;考慮到齒條的寬度和厚度,本次修復時預熱溫度要求控制在150℃±20℃;層間溫度要求控制在110℃～230℃。

3.3.5 焊接

針對齒條材質,選用符合要求的堆焊焊接工藝作為本次修復的理論依據,如表1所示。

焊接中注意事項:①必須采用電加熱片均勻加熱;②焊接過程中確保最小層間溫度;③做好焊接應力的消除(焊接過程可采用木槌敲擊法釋放應力);④確保焊接方向的正確性;⑤注意齒面邊緣的過渡;⑥每一焊層焊接完后(每道焊寬5～7 mm,每層20～30道),要求將焊層表面清理干凈,然后經過緩冷至250℃以下再焊接下一層,依次類推,直至焊完。期間盡量避免焊接中斷,否則需要重新無損檢測、預熱及焊接;⑦焊條使用前必須在325℃～375℃之間保溫2～3小時,必須用保溫桶裝載,焊接時保溫桶必須使用電加熱,保證焊條不低于75℃,且焊工一次領取焊條量不得超過2小時用量。

3.3.6 焊后熱處理依據批準的焊接工藝要求,焊后采用加熱片將齒條均勻加熱至200℃～250℃,加熱后采用石棉被保溫30 min后緩慢冷卻。此時記錄下時間,以控制無損檢測時間間隔。

3.3.7 打磨整形焊后先用磨板進行測量,焊后成型誤差須控制在0～4 mm內。齒面修復采用磨光機和細砂紙結合的辦法進行表面整形。整形后的齒面需經現場驗船師驗收。

3.3.8 焊后無損檢測整形后,齒面需進行100%外觀檢驗和MT檢測。對出現缺陷的部位需按批準的返修程序進行返修,返修次數不超過2次。檢測時間至少在焊后72小時和焊后熱處理完成后進行。

表1 符合要求的堆焊焊接工藝指數

4 修復結果

本次共計修復齒條208齒,占平臺齒條總量的25.74%,修復結果基本滿意。修復后平臺進行了升降試驗和鉆井作業,目前樁腿性能良好。由于樁腿齒條如此大范圍的修復在國內外尚屬首次,為此,我們對修復的每根齒條都建立了修復檔案,以便在日后檢驗過程中對磨損情況的檢查比較提供參考,同時可做為檢驗該齒條修復工藝是否可行的比較依據,為今后類似項目的修理和施工提供經驗和參考。

針對齒條狀況,我們還要求:①在日常作業過程中嚴格控制平臺自身重量,加強對平臺新增重量的監控;②限定平臺的可變工作載荷;③在以后年度檢驗中加強齒條磨損的監控和檢測;④繼續督促船東做好齒條和齒輪的更新工作。

5 結束語

目前國內自升式移動平臺在移動平臺中所占比例達70%。隨著這些平臺使用年限的增長,其樁腿齒條和齒輪嚙合處磨損會日益嚴重,這將對平臺的使用壽命和平臺的安全產生嚴重影響,應該引起各相關方的足夠關注和重視。如何處理解決磨損后或發生意外損傷帶來的問題,就顯得非常重要。通過本文對齒條齒面修復過程的介紹,希望能夠達到交流和參考的目的。

[1] 海上移動式鉆井平臺構造和設備規則[S].1989.

[2] 國家船舶檢驗局.海上移動平臺安全規則[S].北京:人民交通出版社,1993.

[3] 中國船級社.海上移動平臺入級與建造規范[S].北京:人民交通出版社,2005.

[4] 中國船級社.材料與焊接規范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[5] 現場批準的經試驗認可的焊接工藝文件.

Cases in Introduced on Self-Elevating Drilling Unit Rack Repaired

LI Jun
(China Classification Society,Qingdao 266000,China)

P752

B

1001-4500(2010)04-0054-03

2009-12-25

李 軍 (1972-),男,工程碩士,高級驗船師,從事海上石油工程建設和海工檢驗工作。