海洋石油平臺管線支架典型問題分析

王智勇 朱澧 李凱 劉征 虎攀

摘要：我國將逐步發(fā)展海上油氣勘探平臺，推進油氣勘探，以滿足我國巨大的油氣需求，海上石油平臺管道保障部署應(yīng)根據(jù)具體場景進行部署。油氣平臺由于施工技術(shù)要求高、造價高、工程化，對安全有特殊要求，為此，本文將深入分析石油平臺管道支架的布置，為我國海洋石油平臺提供管道支架. 針對海洋石油平臺管道支架設(shè)計與施工存在的問題，總結(jié)分析了平臺管道支架設(shè)計與施工存在問題的原因，并提出了相應(yīng)的改進措施和建議。

關(guān)鍵詞：海洋石油平臺;管線支架;PDMS;支架設(shè)計;施工現(xiàn)場;改進措施

平臺管道受海洋平臺空間的影響，既要滿足工藝流程的要求，又要達到清潔美觀的效果。因此，選擇合適的管線支架是非常重要的。管道中的主要和次要應(yīng)力。 本文對渤海海上石油平臺設(shè)計和施工中常見的常見問題進行分類分析，在選擇合適支架的前提下，協(xié)助未來平臺管道支架的設(shè)計和施工。

一、管線支架類型

平臺管道支持分為三類，主要根據(jù)其形式。一種是附在管道上的支架，如管靴、U型管夾、彎頭、三通支架等，另一種是鋼制支撐架、門支架、T形支架、L形支架等結(jié)構(gòu);其他類型有彈簧支架、吊架和其他特殊支架。

二、支架典型問題及原因

由于海上平臺空間限制，管線支架難以實現(xiàn)高度標(biāo)準(zhǔn)化，承包商難以根據(jù)3D管道圖的支護編號準(zhǔn)確完成支護施工，方便現(xiàn)場施工。并且，設(shè)計工程師對施工圖紙有特定的要求，圖紙和管線支架的問題主要出現(xiàn)在兩個階段：設(shè)計階段和施工階段。

1.設(shè)計階段的問題及原因

（1）支架的中心偏離結(jié)構(gòu)梁的中心。PDMS軟件中的支架建模順序為支架命名→支架鋼結(jié)構(gòu)支撐類型選擇→支撐管道選擇→固定類型選擇→固定位置選擇。由于管夾安裝在截面的刀板上而不是截面的中心，此外，支架上的 DATUM 點正好位于管夾的中心。當(dāng)您放置管夾時，支架的截面成為結(jié)構(gòu)梁的中心，而中心偏離結(jié)構(gòu)梁的中心。在這種情況下，結(jié)構(gòu)梁會產(chǎn)生脫離力的中心并影響力的效果。

（2）由于后期管道調(diào)整引起的支架問題。 如果項目工期緊，施工過程允許，設(shè)計方可將部分支架圖連同3D管線圖一起下發(fā)，現(xiàn)場預(yù)制安裝，支架布置圖稍后再出。如果現(xiàn)場沒有支撐圖，支撐位置以支撐圖上的定位點（DATUM點）為準(zhǔn)。更改構(gòu)建帶有錨點的支架模型的管道可能會導(dǎo)致支架問題。影響施工進度和圖紙的準(zhǔn)確性，如改變錨點坐標(biāo)，支架圖紙尺寸不正確，支架無法拆除等。

2.施工階段的問題及原因

（1） U-BOLT即U形管卡安裝在錯誤的位置。對于小型（小于 8 英寸）碳鋼和合金鋼管道和非絕緣管道，平臺通常用帶有 PTFE 墊圈的 U 形管夾固定。 預(yù)制支架時安裝管夾。但是，由于生產(chǎn)前錯誤或管道錯誤導(dǎo)致的偏差，無法安裝管夾。

（2）管靴安裝不正確。對于大型（大于8英寸）碳鋼、不銹鋼和絕緣管道，平臺通常由管靴支撐，并增加其他功能擋塊，以達到固定限位的目的。 由于管道的高度不同，對管靴高度的要求也不同，特別是管排不同尺寸的管道底部高度，所以管靴是按整體預(yù)制的尺寸。無法滿足要求。

（3）不能安裝特殊的管道支架和附件。由于玻璃鋼管道在平臺上的柔性和平臺空間的限制，管道通過π形彎曲吸收應(yīng)力，支座的位置由應(yīng)力計算確定。但平臺上的玻璃鋼管道采用拼接方式連接，管道末端通過磨錐度與管件連接，由于玻璃鋼管道的制造問題和施工人力不同，拋光錐度也不同。由于管件的插入距離不同，安裝后管件之間的距離與建筑圖紙不符，管夾與管件的位置需要軸向固定的地方有支架偏移，可以安裝止推塊的地方，或者管卡固定側(cè)的直管段不夠長，不能及時安裝保護瓦。

三、支架典型問題的改進措施

1.嚴(yán)格按照支架設(shè)計的基本要求進行設(shè)計

（1）管道支架設(shè)計應(yīng)符合ASME B31.3第321節(jié)中要求。

（2）對不銹鋼、合金鋼和鍍鋅鋼管，不宜使用焊接型管道支架。若不可避免的要使用焊接型管道支架，材料要與管道材料一致。這幾類管道與碳鋼管道支架（如碳鋼管夾、管夾型管托以及型鋼等）接觸時，應(yīng)加墊PTFE隔離層。

（3）管架設(shè)計應(yīng)考慮水壓試驗和其它附加載荷的作用效應(yīng)。

（4）管道支架應(yīng)有防止冷橋產(chǎn)生的措施。

（5）管道支架載荷大于10kN或力矩大于2kN·m的管道支架，選型應(yīng)慎重，并將支架計算載荷反饋給結(jié)構(gòu)或土建設(shè)計方進行結(jié)構(gòu)和土建設(shè)計的校核。

（6）對于假腿型支架，供應(yīng)商應(yīng)根據(jù)支架荷載校核管道厚度和加強板厚度，并將核算過程和結(jié)果體現(xiàn)在提交的報告中。

（7）管道支架的材料可以根據(jù)項目需要選用國標(biāo)材料或國際標(biāo)準(zhǔn)材料，最終選用的材料應(yīng)在支架詳圖中注明。

（8）彈簧支吊架應(yīng)成套設(shè)計。

2.嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進行支架設(shè)計和選型

（1）恒力彈簧支吊架的設(shè)計、制造、檢驗和選用遵循《恒力彈簧支吊架》NB/T 47038中的要求。

（2）可變彈簧支吊架的設(shè)計、制造、檢驗和選用遵循《可變彈簧支吊架》NB/T 47039中的要求。

（3）不銹鋼管道與管部結(jié)構(gòu)之間應(yīng)加置不銹鋼襯墊，防止不銹鋼管道的電化學(xué)損傷。

（4）生根于承載結(jié)構(gòu)上的輔助鋼結(jié)構(gòu)的型式及其與承載結(jié)構(gòu)的連接方式，應(yīng)符合承載結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。未經(jīng)承載結(jié)構(gòu)的設(shè)計同意，不應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)上開孔。

（5）輔助鋼結(jié)構(gòu)的懸臂受力點的懸臂距離應(yīng)根據(jù)荷載及承載結(jié)構(gòu)的型式和截面確定，并不宜大于800mm。

3.設(shè)計階段的改進措施

（1）支架設(shè)計是在PDMS 3D建模軟件的基礎(chǔ)上進行的，該措施使得施工階段的實際情況可以及時與相關(guān)軟件工程部門的溝通，方便了二次軟件開發(fā)。其次設(shè)計者在建模過程中熟悉具體的尺寸要求，并且必須是通過支架截面平臺，以測量計算的偏差隨時間的變化并手動校正支架位置。

（2）在管線支架的設(shè)計階段需要同時兼顧支架設(shè)計和管道設(shè)計，這兩種設(shè)計的人員需要及時溝通施工情況，以便在管道發(fā)生變化時重新定位支架放置點，尤其是大面積更換或取消管道時你應(yīng)該。 這是因為當(dāng)刪除支架上的管夾或管靴時，一旦刪除了支架上的定位點，就無法撤回支架。

（3）對于玻璃纖維增強塑料等特殊材料管道中的支撐位置，管道和支撐設(shè)計人員必須注意確保它們有足夠的直管段來適應(yīng)由于現(xiàn)場施工錯誤而引起的變化，而應(yīng)力計算器則應(yīng)盡量避免。支架的采購，在評標(biāo)時盡量選擇質(zhì)量過硬的合格供應(yīng)商。

4.施工階段的改進措施

（1）嚴(yán)格按照支架詳細視圖中的定位點和尺寸標(biāo)記確定管夾在截面鋼中的打開位置。對于具有緊密管排的支架，可以先放置管夾孔以在現(xiàn)場形成開口。確保型鋼上的密孔不影響管道，將角鋼固定或焊接在型鋼上。 在設(shè)計者允許的情況下，不良的管夾孔在轉(zhuǎn)換時應(yīng)錯開。

（2）對于有特殊管靴高度和長度要求的支架，我們建議現(xiàn)場進行預(yù)制安裝。以免安裝尺寸不正確。對于不同材質(zhì)、不同管子的管道、鞋材或管壁較薄的管道，必須在管道下方添加管道材料。 同一墊板用于防止異種金屬之間的電腐蝕或焊接對管道強度的影響。

（3）對于使用玻璃鋼等特殊材料制作的管線支架，管道預(yù)制的技術(shù)水平的提高是最主要且要首先完成的部分，從而提高預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)以便對現(xiàn)場施工的支持，其次是移動支架時，如果需要更換直管段，應(yīng)及時對其應(yīng)力位置進行分析計算，確保新位置合適，不能更改位置。不得未經(jīng)批準(zhǔn)擅自更改，避免發(fā)生危險事故。

結(jié)論

在進行管線支架的設(shè)計階段，我們需要注意管線支架是否符合海洋平臺的應(yīng)用，盡可能的考慮細節(jié)性的問題，為避免施工過程中出現(xiàn)差錯，必須按照施工圖和施工圖進行施工。在圖紙的設(shè)計階段同時也要考慮施工技術(shù)人員的施工水平和困難發(fā)現(xiàn)的問題，只有在設(shè)計階段及早預(yù)測和解決問題，才能預(yù)防和減少現(xiàn)場施工問題的發(fā)生。

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