基于標準化成果的海管集成設計平臺研發

潘悅然

(海洋石油工程股份有限公司 天津 300451)

0 引 言

隨著石油行業國際市場環境條件的不斷惡化，石油企業生存與發展的壓力越來越大，降本增效以提高企業的生存能力、保證質量以增強企業的競爭力成為當前亟須完成的重要任務。海管設計技術是海洋工程的核心技術之一，通過技術手段提升海管的設計效率與設計質量具有十分現實的意義。

國內海管設計技術通過近些年的發展在中淺水領域已經較為成熟，并形成了相應的標準化成果，這對提升海管設計效率和質量起到了非常大的促進作用。在現有標準化成果的使用中，通常的做法是先將需要用到的基礎數據匯總到設計基礎中，然后在進行具體計算分析時從設計基礎中將基礎數據手工錄入到相關的標準化文件或軟件中。該方法存在2個缺陷：①由于需要將大量數據手工錄入，工作效率比較低；②在多次手工錄入的過程中容易出現基礎數據錄入錯誤。

基于上述考慮，通過構建一個海管集成設計平臺和海管設計基礎數據庫，將相關標準成果或軟件作為平臺內核，經平臺內部編程實現對標準化軟件的數據輸入，平臺人機交互界面對設計過程進行關鍵項控制，從而減少了手工錄入過程，極大地提升了整個計算的效率，并保證了設計質量。

1 平臺及功能簡介

平臺基于Office第三方接口標準開發，采用VBA程序語言編寫。用戶可以在Office辦公組件的Excel軟件程序界面內使用，憑借Excel軟件強大的數據處理能力，平臺集成了海底管道的基礎數據輸入、穩定性計算、在位強度分析、安裝計算、立管計算結果后處理、隆起計算等功能模塊，每個模塊中都提供相應的設計工具。

海管集成設計平臺以現有的標準化成果和程序作為內核，給用戶提供海底管道基礎數據處理、海底管道穩定性校核、海底管道在位強度分析、海底管道安裝計算分析、立管計算結果后處理、海底管道隆起屈曲分析計算等海底管道設計中通常涉及到的各種輔助功能，用戶界面參見圖1。

圖1 海管集成設計平臺用戶界面 Fig.1 User interface of subsea pipeline integrated design platform

以基礎數據輸入模塊為例，其主要包含數據輸入工具、水深計算工具和管道基本參數計算等相關工具。數據輸入工具可以幫助用戶生成1個涵蓋整個項目管道信息的表格和數據庫，該工具會生成1個基礎數據表格，供其他功能模塊的數據調用。水深計算工具可以根據基礎數據文件中的輸入信息計算得到各種海管校核工作(例如在位強度分析、懸跨分析、屈曲分析、安裝分析等)中需要使用的不同重現期的水深數據[1]。管道基本參數計算工具可以計算管道空氣重量、管道水下重量、管土作用摩擦力等有效信息，用于其他模塊或分析直接調用。整個集成平臺的工作流程如圖2所示。

圖2 海管集成設計平臺工作流程 Fig. 2 Flow chart of subsea pipeline integrated design platform

2 平臺示范應用及驗證

以實際項目中一條輸油海底管道的實際設計條件和環境數據為例，對海管集成設計平臺進行示范應用，以驗證其對單層非埋設海管的設計適用性。

2.1 基礎數據集成

海管集成設計平臺運行后，將在Excel中生成“海管設計軟件集成”選項卡，其中“基礎數據輸入”中的“數據輸入”生成名為Pipe Data的Excel表格，Pipe Data是基礎數據庫表格，用于海管的基礎設計數據輸入。

在海管集成設計平臺中將海管設計數據及環境數據整理并輸入到Pipe Data工作表中，這樣就得到了海管集成設計平臺的基礎數據庫，為其他程序調用做好了準備。當其他程序調用該項基礎數據時，不用再重新進行基礎數據的輸入，這樣就減少了工作量和出錯概率。

圖3框中所示的“數據輸入”為海管集成設計平臺基礎數據庫的接口。

圖3 海管設計軟件集成選項卡 Fig.3 Subsea pipeline design software integration tab

2.2 調用壁厚計算程序

如圖4所示，在完成海管集成設計平臺的基礎數據庫之后，調用平臺中的在位強度分析程序里面的WT_CHECK模塊，如圖5方框中所示，程序將自動調用壁厚計算標準化程序。壁厚計算程序首先將基礎數據庫中的海管設計數據輸入到壁厚計算程序中進行計算，完成之后程序會自動將計算結果整理并打印成PDF文件，供編制計算報告使用。

圖4 基礎數據庫完成圖 Fig.4 Completion diagram of basic database

2.2.1 程序調用

本節程序的主要目的是將海管集成設計平臺中的基礎數據導入到壁厚計算程序中，并對各工況進行計算。作為示例，圖6中給出了1區內壓爆炸工況的輸入和輸出結果。海管的基礎數據都成功地導入到 壁厚計算程序中，并調用壁厚計算程序的計算功能，得出了計算結果。

圖6 海管集成設計平臺流程 Fig.6 Flow chart of subsea pipeline integrated design platform

壁厚計算程序本身是商業軟件(不屬于本程序開發)，而本程序的目的只是將基礎數據庫中的數據導入到壁厚計算程序中，觸發其計算功能并輸出計算結果。從以上的程序調用和計算情況看，海管集成設計平臺成功地完成了這兩項工作。

2.2.2 結果對比

使用海管集成設計平臺調用壁厚設計程序對海管進行了壁厚設計計算分析，并對各工況的計算結果與項目中計算結果進行了比較，如表1所示。

表1 單層管壁厚計算結果對比 Tab.1 Comparison of wall thickness calculation results of single-layer pipe

從結果的對比上看，海管集成平臺調用軟件的計算結果與項目的計算結果是完全一致的，證實本程序在調用數據和判斷性輸入上與對比項目計算結果完全吻合。

2.3 調用軸力計算程序

主要使用海管集成設計平臺調用軸力計算程序，并把平臺中的基礎數據輸入到軸力計算程序中，計算海管在熱膨脹作用下的軸向力和管端膨脹量。在海管集成平臺單擊EXPANSION即可調用軸力計算程序[2]，見圖7。

2.3.1 程序調用

在通過海管集成平臺調用軸力計算程序之后，將彈出如圖8所示的程序用戶界面，對界面中幾個參數，如管道涂層類型、操作工況或水壓試驗工部等進行選擇性設定后，即可通過單擊CAL按鈕進行計算[3]。

圖8 軸力計算界面及對應的計算結果 Fig.8 Axial force calculation interface and corresponding calculation results

2.3.2 結果對比

海管集成設計平臺調用了軸力計算程序，并將海 管集成設計平臺中生成的基礎數據自動導入到軸力計算程序中進行計算。將計算結果與項目中單層管熱膨脹計算程序中得到的計算結果進行比較，如表2所示。

表2 軸力計算結果對比 Tab.2 Comparison of axial force calculation results

從表2的結果對比來看，海管集成設計平臺調用軟件的計算結果與項目的計算結果在軸力計算上完全一致。

3 結 語

本文通過構建海管集成設計平臺，對標準化成果和程序直接調用進行設計計算，數據對比結果顯示平臺和實際手工錄入完全吻合，證實該平臺功能達到了預期目的。

同時，通過研究確立了基于Excel第三方接口的平臺搭建方法，該方法的實踐為淺水海管的設計模式構建了一個新的框架。通過標準接口的使用和基于新模塊、新工具的加入，海管集成設計平臺的功能將越來越強大?！?/p>