梁夾在LNG模塊海上運輸管道固定上的應用

張少華

海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520

梁夾在LNG模塊海上運輸管道固定上的應用

張少華

海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520

在海上運輸過程中，LNG模塊及其內部管道會受到風浪流的影響，隨船舶一起發生搖晃。已有結構梁支撐滿足管道生產時的受力狀態，但不能完全滿足海運條件下的受力狀態，因此需要額外增加臨時約束。根據海運受力分析的結果，采用梁夾固定的剛性支架對管道進行必要的臨時約束，所有輔助固定在模塊海上運輸結束后拆除。采用該梁夾固定方式，滿足LNG模塊海上運輸管道臨時固定的受力要求，不需要動火作業，大大地提升了工效，且減少了焊材、砂輪片、油漆等材料的使用。

LNG模塊；梁夾；海上運輸；管道固定

國內海上采油平臺項目基本在近海海域進行運輸和安裝，模塊受風浪流的影響較小，且模塊上管道已連接成整體，因此對管道本身的破壞程度小，對管道裝船固定臨時保護要求不高，多數情況下未做處理。

對于某海外LNG項目，其部分模塊在我國境內完成建造，然后通過海上運輸到達總裝地。在運輸過程中，模塊受風浪流的影響非常明顯，且LNG模塊與模塊之間的管道未連接，因而遭受破壞的可能性也更大，已有結構梁支撐不能完全滿足管道海運條件受力要求，通過增加臨時輔助固定以限制管道的晃動，對保護管道系統內的閥組、儀表件及設備管口非常有必要。本文對梁夾在該LNG項目海上運輸中的應用進行分析。

1 梁夾組成及原理

梁夾組成示意如圖1所示。弧形體主體呈弧形，中間較厚，弧形體的中間設有調節螺栓孔，調節螺栓孔的兩邊設有用于安裝調整滑塊的卡槽，弧形體的兩端的寬度大于中間的寬度，以增大受力面積。調整滑塊的下表面呈弧形，其弧度與弧形體表面的弧度是一致的，以使弧形體與調整滑塊表面能夠無縫接觸；弧形表面兩端設有便于滑塊在弧形體的卡槽內移動調節的凸起；調整滑塊的上表面是一個平面；調整滑塊的中間有螺栓孔。

圖1 梁夾組成示意

根據梁夾所要安裝位置的結構梁翼緣板厚度不同，調整弧形體與鋼板之間傾斜的角度，然后根據弧形體的位置調整滑塊的位置，以保證螺栓處于豎直狀態，然后緊固螺栓，并給螺栓加扭矩，將鋼板或者型鋼固定在結構梁上。

2 梁夾加工及承載力校核

2.1 梁夾尺寸

為了節約工程成本，推薦采用厚鋼板進行機加工制作梁夾。以某國外大型LNG項目使用的梁夾為例，各部位材料特性見表1[1-2]，其中螺栓螺母、彈簧墊片、平墊片為直接采辦的成品。

表1 材料特性

由于受力條件和安裝結構梁的尺寸不同，需配備不同規格的梁夾，并配套不同規格的螺栓。在上述某國外LNG項目中，配備了4種規格梁夾，考慮機加工時夾持所需尺寸在內，采用的鋼板、螺栓尺寸，適用的結構梁翼緣板厚度如表2所示。

表2 梁夾機加工尺寸

2.2 梁夾承載力校核

利用ANSYS軟件對梁夾固定點的受力情況進行分析，并建立模型，如圖2所示。

規格1-4對應的結構梁尺寸、鋼板尺寸和鋼管規格見表3。

分別在規格1～4模型中的鋼管下端面上加載24、80、100、150 kN的力，方向豎直向下，同時將結構梁的上表面固定，鋼板、梁夾不外加限制。利用ANSYS軟件對其進行分析。

圖2 梁夾承載模型示意

表3 不同規格梁夾對應的結構梁尺寸及鋼板尺寸鋼管規格

以規格1為例：其應力分析云圖如圖3所示，由于簡化模型會造成應力奇異，忽略應力奇異點，梁夾結構上的最大應力為229.5MPa，滿足要求。

圖3 梁夾承載結構ANSY S應力分析云圖/MPa

梁夾固定點的變形云圖如圖4所示，鋼板在長度方向上的最大變形為0.401 35 mm，出現在固定鋼板的邊緣處，小于2.6（400/150）mm，滿足要求。

圖4 梁夾承載結構ANSY S變形分析云圖/mm

同理，對規格2-4的應力和變形進行分析，結果均滿足要求，考慮一定的安全系數，規格1-4梁夾成對使用對應的最大承載力取值分別為20、60、80、120 kN。

3 梁夾的應用

3.1 梁夾固定門型支撐鋼架

在海運過程中，管道需要臨時支撐，因此需設計臨時的型鋼支架，如圖5所示，臨時型鋼支架由鋼板和型鋼焊接組成，使用梁夾將臨時型鋼支架固定在已有結構梁上，用于支撐管道重量，海運結束后，拆除臨時支撐。

圖5 臨時型鋼支架固定示意

3.2 梁夾固定側向限位型鋼

在海運過程中管道需要額外側向限位，如圖6所示，使用4個梁夾將臨時型鋼固定在已有結構梁上，型鋼與管鞋之間的間隙d取值20 mm，以限制管道的側向移動，緊固螺栓。海運結束后，臨時固定裝置拆除。

3.3 梁夾固定軸向限位型鋼

圖6 臨時側向限位示意

在海運過程中管道需要額外軸向限位，如圖7所示，使用4個梁夾將臨時型鋼固定在已有結構梁上，其固定方式與圖6相同，側向型鋼與管鞋之間的側向間隙d取值20 mm（或者根據應力分析要求取值），保證管鞋在側向可以移動，軸向型鋼與管鞋之間的軸向間隙d1取值2 mm，以限制管道的軸向移動，緊固螺栓。海運結束后，將梁夾螺栓拆除，整套海運固定裝置拆除。

圖7 臨時軸向限位示意

3.4 梁夾固定管鞋底板

如圖8所示，對于各個方向都需要限位的點，在管鞋底板上設計螺栓孔，利用梁夾將管鞋固定在已有結構梁上，緊固螺栓，管鞋在6個方向的移動都受到限制。海運結束后，將梁夾螺栓拆除。

圖8 臨時固定示意

4 應用效果

在某大型海外LNG項目模塊海上運輸階段，采用上述3.2臨時固定支架對某一處連接泵入口管道進行固定，該管道管徑DN250，壁厚為12.70 mm，海上運輸時，管道位置相對于船舶甲板面的高度為5.6 m，距離泵入口1.7 m處已有結構梁支撐（無側向限位）。在海運條件下，該支架支撐點側向力為5 982 N，在無側向限位條件下，管道對泵入口力矩為10 169 N·m，安裝側向限位型鋼并用梁夾固定后，管道對泵入口的力矩為12 N·m，經臨時約束后的力矩值滿足設計手冊要求（設計手冊中要求力矩小于5 020 N·m），有效地保護了泵設備接口。

5 結束語

梁夾采用非焊接形式，可以提供穩定可靠的承載力，無需動火作業，是管道臨時輔助固定的較好選擇。目前，該輔助固定方案已經在某大型LNG項目中成功應用，解決了管道裝船固定的諸多技術問題，在類似項目上可以推廣使用。

[1]GB 712-2011，船舶及海洋工程用結構鋼[S].

[2]ASTM A230/A320M-01，Standard Specification for Alloy/Steel Bolting Materials for Low-Temperature Service[S].

[3]GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[4]張德姜.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊（第一篇）：設計與計算[M].3版．北京:中國石化出版社，1994：675-676.

Application of beam clamps in piping fixing of L NG module during marine transportation

ZHANG Shaohua
Offshore OilEngineering （Qingdao）Co.，Ltd.，Qingdao 266520，China

During marine transportation，the LNG module and its internal piping will shake with the vessel when affected by wind，wave and current.The existing structural beam supports for the piping meet the stress requirement under the production condition.However，they can’t fully satisfy the stress requirement under the condition of marine transportation.So，it is necessary to add assistant temporary restraints.According to the analysis result of the piping stress in marine transportation，beam clamps are used to fix the rigid supports，which can provide temporary restrain to piping，and then，all the temporary clamp sets are removed after finishing marine transportation.The piping fixing way by the beam clamps meets the stress requirement of piping during LNG module shipping and does not need hot work.It greatly enhances the work efficiency and reduces the use of welding material，grinding wheel，paint，etc.

LNG module；beam clamp；marine transportation； piping fixing

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.023

張少華（1986-），男，四川宜賓人，工程師，2009年畢業于西南石油大學材料科學與工程專業，現從事海洋工程加工設計工作。Email：zhangsh@mail.cooec.com.cn

2017-05-23；

2017-08-01