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海底管線膨脹彎安裝關(guān)鍵技術(shù)分析

2020-06-13 11:18:32姜學(xué)錄李曉明黃峰宏常軍韓敬艷海洋石油工程股份有限公司
珠江水運(yùn) 2020年10期
關(guān)鍵詞:測(cè)量施工設(shè)計(jì)

姜學(xué)錄 李曉明 黃峰 宏常軍 韓敬艷 海洋石油工程股份有限公司

近年來(lái),隨著海上油田開(kāi)發(fā)的迅速發(fā)展,平臺(tái)的增多,海底管道也越來(lái)越多,膨脹彎作為海底管道的重要組成部分,起著避免管道由于熱脹冷縮作用而產(chǎn)生應(yīng)力損壞的作用。

膨脹彎安裝之前和安裝過(guò)程中,需要完成一系列的關(guān)鍵工作,需要用到一系列輔助工具。由于膨脹彎安裝往往是成套出現(xiàn),一個(gè)項(xiàng)目中需要安裝數(shù)個(gè)膨脹彎,而膨脹彎安裝過(guò)程在項(xiàng)目中,往往處在海上施工的關(guān)鍵路徑上,施工效率直接影響項(xiàng)目進(jìn)度,因此,研究如何提高這些關(guān)鍵技術(shù)的效率,可以保證施工的順利進(jìn)行。

下面以渤海某油田安裝膨脹彎施工項(xiàng)目為例,介紹膨脹彎安裝前的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備和施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)。

1.膨脹彎的參數(shù)

圖1 膨脹彎?rùn)M截面示意圖

以本項(xiàng)目中其中一節(jié)膨脹彎為例進(jìn)行介紹,該節(jié)膨脹彎?rùn)M截面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

膨脹彎設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

2.膨脹彎的安裝設(shè)計(jì)

膨脹彎施工前,需要進(jìn)行安裝設(shè)計(jì),主要工作是進(jìn)行膨脹彎吊裝分析。這里以一種基于SACS軟件和DNV-OS-F101規(guī)范相結(jié)合的方法為例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

膨脹彎吊裝過(guò)程,首先,需要根據(jù)膨脹彎的設(shè)計(jì)參數(shù),進(jìn)行建模和加載,模型中包含了膨脹彎套管和鋼絲繩,膨脹彎內(nèi)管及隔熱層和防腐層只模擬重量,采用等效密度的方法加載到套管上,模型中包括鋼絲繩。并進(jìn)行加載和施加約束,如法蘭重量。將吊鉤進(jìn)行完全約束,為了避免計(jì)算分析中剛度矩陣的奇異性,彈簧單元被添加到模型上。

其次,通過(guò)試算和調(diào)整鋼絲繩的位置,得到最適合的鋼絲繩數(shù)量和吊點(diǎn)位置,并確定吊高和鋼絲繩長(zhǎng)度,便于施工前的索具配扣準(zhǔn)備。該過(guò)程要保證鋼絲繩與水平面角度要大于60°,滿足規(guī)范要求。并提取出膨脹彎軸力和彎矩,供下一步規(guī)范校核使用。

表1 膨脹彎設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 吊鉤和鋼絲繩計(jì)算結(jié)果匯總

圖2 膨脹彎水下測(cè)量計(jì)算

該節(jié)膨脹彎的鋼絲繩長(zhǎng)度和受力結(jié)果如表2所示。

最后,采用DNV-OS-F101規(guī)范對(duì)其進(jìn)行規(guī)范校核,分別根據(jù)荷載控制條件和位移控制條件進(jìn)行屈曲校核。采用荷載控制條件下的屈曲校核更加保守。因此,本次選用荷載控制條件。校核結(jié)果UC值小于1.0,即為計(jì)算通過(guò)。

3.膨脹彎施工過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)

以渤海灣某油田膨脹彎吊裝項(xiàng)目為例,介紹膨脹彎安裝的施工關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 膨脹彎的水下測(cè)量

在膨脹彎海上安裝過(guò)程中,實(shí)際管線路由與設(shè)計(jì)路由可能存在誤差,因此在最后一節(jié)膨脹彎預(yù)制前需要由潛水員進(jìn)行水下測(cè)量,對(duì)于只有一節(jié)的膨脹彎,首先進(jìn)行測(cè)量后才能預(yù)制,對(duì)于兩節(jié)或三節(jié)的膨脹彎,則在最后一節(jié)膨脹彎安裝前進(jìn)行測(cè)量后預(yù)制,使用法蘭測(cè)量?jī)x進(jìn)行膨脹彎數(shù)據(jù)水下測(cè)量。

根據(jù)水下測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行最后一節(jié)膨脹彎預(yù)制,預(yù)制結(jié)束后再使用法蘭測(cè)量?jī)x測(cè)量預(yù)制膨脹彎,與水下測(cè)量結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。

膨脹彎的水下測(cè)量又分為一個(gè)彎頭的測(cè)量和兩個(gè)彎頭的測(cè)量,根據(jù)測(cè)量結(jié)果由三角函數(shù)計(jì)算得出膨脹彎預(yù)制尺寸,測(cè)量原理如圖2所示。

膨脹彎的水下測(cè)量,是施工過(guò)程中的關(guān)鍵一環(huán),如果測(cè)量不準(zhǔn)確,預(yù)制的最后一節(jié)膨脹彎安裝不上,將導(dǎo)致返工。

3.2 膨脹彎的水下安裝

預(yù)制完成后的膨脹彎吊裝下水前,當(dāng)膨脹彎與平管段對(duì)接時(shí),如果平管端部入泥,還需使用充氣浮袋或克令吊將平管法蘭吊出泥面約50公分,方便膨脹彎對(duì)接。

膨脹彎水下安裝過(guò)程需要潛水員調(diào)整膨脹彎對(duì)接處兩法蘭盤間隙,使兩法蘭處于平行狀態(tài),將墊圈夾緊;用液壓扳手采用對(duì)角的方式對(duì)螺栓進(jìn)行初步加力,至墊圈擠壓足夠緊,然后一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)加力,確保每個(gè)螺母都不再旋轉(zhuǎn),加力過(guò)程中測(cè)量法蘭間隙值,避免出現(xiàn)偏口;最后采用液壓拉伸器,對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行液壓拉伸;加力完成后,潛水員測(cè)量?jī)煞ㄌm3、6、9、12點(diǎn)位置最終間隙并記錄。

4.結(jié)語(yǔ)

本文以渤海灣某工程項(xiàng)目為例,介紹了膨脹彎安裝前和安裝過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)。包括膨脹彎安裝設(shè)計(jì)的方法,膨脹彎安裝過(guò)程中,水下膨脹彎測(cè)量的方法和適用的工具,以及膨脹彎水下安裝過(guò)程中的重點(diǎn)事項(xiàng)。為今后的類似工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工,提供參考。

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