帶孔角鋼在海洋石油平臺應用與研究

張 群，胡 雙，楊洪所

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

本研究所述的帶孔角鋼主要是應用于海洋石油工程海上平臺中電纜托架支撐，同時也可以應用到海洋平臺上各種其他支架中，施工方便，形式不受限制，有著易于預制、易于安裝、易于修改等優勢，并且可以代替傳統的馬腳、電儀支架等，應用十分廣泛，是海油工程自主在成熟工程領域開拓和發展的延續。

1 帶孔角鋼應用于電纜托架支撐的形式

1.1 托架支撐形式

（1）傳統的托架支撐，支撐腿使用不帶孔角鋼，橫擔使用帶孔角鋼，支撐腿和橫擔進行焊接，而本研究所述使用的托架支撐，支撐腿和橫擔全部使用帶孔角鋼，并且支撐腿和橫擔之間使用螺栓連接。使用帶孔角鋼用于托架支撐，非常適合改造項目，改造項目通常為基于舊平臺改造，托架路徑的設計與托架支撐的設計分屬詳細設計和加工設計，在改造項目中，由于現場情況復雜，詳細設計在設計好托架路徑后，在加工設計期間可能會發生托架支撐與利舊設備發生碰撞。尤其是服役年限較長的油田，平臺老舊結構、管線、托架、設備、支架等許多需要保留利舊，增加新的托架就必須進行避讓，這樣托架的路徑會非常復雜，并且可能會發生現場與圖紙不符的情況，如果用傳統的托架，預制好后進行安裝，可能會發生很多不合適修改的地方，不僅工作量增加，還會耗費更多的人力物力。而使用本次項目研制的帶孔角鋼應用于托架支撐，不需要像傳統托架支撐進行預制，而且焊接工作量大大減少，工作量越大，則越節省時間、人力和物力。

（2）施工中采用的角鋼為（75×75×6）mm 的角鋼，開孔為Φ11×40 mm，孔中心距70 mm。圖1。

圖1 帶孔角鋼開孔形式

圖1 為角鋼開孔圖，角鋼2 個邊都進行開孔，這樣便可以使用螺栓進行連接安裝，施工非常便捷。

1.2 帶孔角鋼所受剪切力計算

托架支撐的橫擔與支撐腿之間使用1 個M10 螺栓連接，螺栓受到的主要力為剪切力。根據螺栓桿的剪切強度條件，見式（1）：

其中，Fs為螺栓抗剪面受力，N；ds為螺栓抗剪面直徑，mm；m 為螺栓抗剪面數目，在本研究中取1。，其中σs對應各種材料的取值范圍是210～900，這里按最小值取210，即得［τ］=84。

電纜托架一般最寬為1200 mm，高度為150 mm，按其中敷設滿3×150 mm3電纜估算，電纜外徑為（48～52）mm，按托架內全部敷設滿電纜（設計時要求托架內電纜不得超過托架高度的2/3，實際施工時敷設電纜約為托架高度1/2）約可敷設78 根，電纜每米重約5 kg，每隔2 m 設置1 個托架支撐，一個托架支撐有2 條M10 螺栓受力，即得每條螺栓抗剪面受力為：Fs=3920 N；ds=10 mm。

綜上得出，在極限工況下（實際施工時遠小于極限工況），τ=49.9＜［τ］=84。

由此可知，使用2 條M10 螺栓固定安裝一個托架支撐，完全滿足需求。

2 帶孔角鋼使用中的優點

2.1 易于預制

易于預制，只需現場下料，預制過程不需要焊接。此種托架支撐使用螺栓連接，不用提前預制，只需要在施工現場根據圖紙和現場情況，用無齒鋸切割下料，下好料后只需將支撐腿根部打磨，不需要進行組合安裝，預制過程不需要焊接（圖2）。

2.2 易于安裝

在安裝過程中使用螺栓進行連接，減少焊接工作量；在安裝過程中，只需將2 條支撐腿焊接到結構梁上，而橫擔不用焊接，橫擔使用M10 螺栓固定在2 條支撐腿上，相比傳統托架支撐，整個預制、安裝過程至少減少50%的焊接工作量，并且在安裝時，是使用2 個螺栓連接，安裝簡單，不需要特別專業的工種，也大大節省了時間和人力。

圖2 帶孔角鋼預制

在托架支撐安裝中可以多種形式組合，特別在托架彎通處或雙層托架位置優勢明顯，只需很少的焊接工作量，可以實現復雜的托架安裝組合形式，并且省時省力和易于施工（圖3）。

圖3 帶孔角鋼用作托架支撐效果

2.3 易于修改

如果在施工過程中有需要修改處，只需要調整橫擔高低即可，減少了工作量。托架支撐在施工過程中，會發生差錯、碰撞，需要對托架的高低進行調整修改，如果使用傳統的托架支撐，需要進行切割再焊接，工作量較大。而本次項目使用的托架支撐如果進行提高修改，只需拆下螺栓，將橫擔提高到需要的高度，再使用螺栓進行安裝，使用砂輪機將多余部分切割掉即可；如果降低標高，則拆下橫擔，也使用螺栓將支撐腿進行加長，再將橫擔安裝上即可，修改過程全程不用氣焊、電焊，省時省力和省工作量（圖4 和圖5）。

圖4 多層托架及轉角處托架支撐效果

圖5 多層托架遠景效果

3 帶孔角鋼的其他應用

3.1 代替馬腳

施工中如果遇到帶舾裝房間，舾裝內以及房間外墻面上有許多電儀設備需要敷設電纜，帶孔角鋼會起很大作用，用帶孔角鋼代替馬腳，美觀漂亮、施工方便、省時省力，例如，某處電纜路徑為6 m，如使用馬腳則需要（10～12）個，需焊接（20～24）個腳。但采用帶孔角鋼時，使用1 根6 m 角鋼即可，在結構上只需焊接3 處支撐，然后將角鋼用螺栓固定在支撐上，非常容易找平，僅相當于3個馬腳的工作量，修改起來也很方便。如果一個通路上既有電氣電纜又有儀表電纜，馬腳需要焊接2 排，并將電氣儀表電纜分開時，帶孔角鋼即可以解決上述問題（圖6，圖7）。

3.2 代替電儀支架

如果托架距離護管較高或較遠時，僅需將角鋼用螺栓固定在相鄰托架支撐的支撐腿上，便可使電纜順利進入護管。如有的項目井口區甲板不設護管，井口區探頭電纜為上方托架電纜敷設到甲板上，使用帶孔角鋼制作通路可以解決該問題。即將電纜綁扎在角鋼下部，既方便電纜敷設，又保護了電纜（圖8，圖9）。

圖6 用帶孔角鋼代替馬腳

圖7 電纜綁扎在角鋼上的細節

圖8 從托架中穿出向上穿入護管的電纜

圖9 海上平臺井口區硫化氫探頭

3.3 其他專業臨時支架使用

帶孔角鋼不僅可用于電儀專業施工，還可用于其他專業的施工。例如，可以用來制作臨時放置管線等的貨架，比腳手架更易于施工，也可以用來制作管線預制的臨時支架，方便管線預制組對等。圖10。

圖10 管線存放及預制用臨時支架

4 總結

帶孔角鋼應用在托架支撐和其他電儀支撐上，既易于施工，提高了工作效率，又節省了人力物力，并且可以替代馬腳等電纜支撐，應用廣泛。該研究是結合項目工程技術要求編制而成的，實際運用情況良好，也解決了項目施工過程中的難題。帶孔角鋼的研究與應用，不僅保證了工程項目達到了順利施工的目的，而且保障了油田安全生產，取得了良好的經濟效益，該研究與應用開拓了海油工程托架支撐安裝的全新領域，應用前景廣闊。