海洋石油平臺鋼絲繩適用標準分析

曹義威，張士超，陳小偉，吳奇兵

（中海油安全技術服務有限公司，天津 300450）

0 引言

目前我國鋼絲繩標準體系中有基礎標準和專用標準，但針對海上石油設備鋼絲繩尚未建立完整的標準體系，致使海洋平臺鋼絲繩使用壽命短，頻繁發(fā)生事故[1-2]。因此對國家及行業(yè)間鋼絲繩標準進行對比分析，并結合海洋平臺設備用鋼絲繩的使用工況篩選適用的規(guī)定。

鋼絲繩是海洋平臺起升裝置中的重要受力部件，主要用于起重機吊裝、鉆修機絞車、逃生裝置下放工況[2]，鋼絲繩標準的正確選擇關系到裝置的使用安全?，F(xiàn)行的標準中只有GB/T 37452—2019《海洋平臺起重機鋼絲繩選型方法》對海洋平臺起重機用鋼絲繩有一定的規(guī)定，但其以最小破斷拉力為主要選擇準則，選型條件單一，同時未對其他用途鋼絲繩進行選型規(guī)定。因此需要對鋼絲繩相關標準進行對比，根據(jù)實際工況細化海洋平臺鋼絲繩適用標準。

本文梳理出與海洋平臺鋼絲繩相關度較高的國標和行標，從鋼絲繩制作技術要求和制作材料等方面進行標準對比分析，研究適用于在海洋平臺絞車、起重機及逃生裝置等設備上使用鋼絲繩的標準條款，以指導鋼絲繩的選擇、使用和維護。

1 相關標準

因沒有針對海洋平臺鋼絲繩選擇的專用標準，現(xiàn)今在海洋平臺鋼絲繩選擇時會依據(jù)相關程度較高的多項標準進行選擇。根據(jù)標準適用范圍及采用頻率的高低，梳理出與海洋石油鋼絲繩相關的通用及專用標準見表1。

表1 鋼絲繩標準匯總表

2 鋼絲繩重要技術性能比較及分析

2.1 鋼絲繩基本技術要求對比

通過對以上標準進行比較，可以看出各標準對鋼絲繩的結構類別、結構強度和技術要求等方面的要求大致相同，但細節(jié)上還是有諸多差異，具體見表2。

表2 鋼絲繩標準基本技術要求條款對比

由表2 可知，鋼絲繩結構型式均按照GB/T 8706—2017 進行分類，典型結構基本一致。另外，石油天然氣工業(yè)絞車用鋼絲繩可根據(jù)標準SY/T 6666—2017 的規(guī)定選擇鋼絲繩結構和尺寸。其他用途鋼絲繩應選用標準規(guī)定的鋼絲繩結構。

標準中鋼絲繩的強度范圍為1 570～2 160 MPa，只有GB 8918—2006 強度級差約為100 MPa，其他強度級差約為200 MPa。另外GB/T 34198—2017和SY/T 5170—2013最小鋼絲繩強度級別為1 770 MPa，表明起重機用和石油工業(yè)對鋼絲繩公稱抗拉強度要求較高。

在鋼絲繩捻制時，捻向均為右交互捻、左交互捻、右同向捻和左同向捻等4 種，鋼絲繩的捻法應由需方確定。另外標準都鋼絲繩應捻制均勻、緊密和不松散，鋼絲繩內鋼絲不應有交錯、折彎和斷絲。GB/T 20118—2017 和GB 8918—2006 都規(guī)定同直徑鋼絲應為同一公稱抗拉強度，不同直徑鋼絲允許采用相同或相鄰公稱抗拉強度，其他標準未對此做規(guī)定。對于捻距的要求，GB/T 20118—2017 規(guī)定同一條鋼絲繩中，捻距不應有明顯差別。GB/T 34198—2017 規(guī)定圓股和壓實股鋼絲繩的捻距應不大于鋼絲繩公稱直徑的7.5 倍。而SY/T 5170—2013對不同鋼絲繩結構做出更加細致的規(guī)定。

對于鋼絲繩接頭的要求，GB/T 20118—-2017和SY/T 5170—2013 都規(guī)定了同一根股中鋼絲接頭的間距應大于鋼絲繩直徑的18倍，直徑大于0.4 mm的應用對焊連接，小于等于0.4 mm 可用插接和擰合連接。而GB 8918—2006 規(guī)定股同一次捻制中，各連接點在股內的距離不得小于10 mm，其他標準對此未做規(guī)定。

對鋼絲繩公稱直徑偏差和不圓度的規(guī)定基本都與GB/T 20118—2017 一致。

2.2 制繩材料要求對比

國內及行業(yè)標準對鋼絲繩制繩材料要求的比對結果見表3。

表3 鋼絲繩標準制繩材料條款對比

在鋼絲強度中，GB 8918—2006 鋼絲公稱抗拉強度采用鋼絲抗拉強度的下限表示，對制造要求更加嚴格，GB/T 34198—2017 和 GB-T 37452—2019給出起重機用鋼絲繩更具體的鋼絲材料及強度范圍。

制繩鋼絲最小反復彎曲次數(shù)、最小扭轉次數(shù)標準中根據(jù)鋼絲繩的鍍鋅及強度給出詳細的次數(shù)表格，本文以A 級鍍鋅、公稱抗拉強度為1 570 MPa 的一類鋼絲繩為例給出規(guī)定次數(shù)，其他類別的鋼絲繩與此規(guī)律一致?？梢钥闯鲋评K鋼絲最小反復彎曲次數(shù)及最小扭轉次數(shù)GB?T 34198—2017 要求最高。SY/T 5170—2013 中未考慮鋼絲彎曲次數(shù)。

國標和行標基本都將鋼絲繩芯分為鋼芯和纖維芯。其中，GB/T 34198—2017 規(guī)定纖維芯至少由3股捻制而成，纖維股芯應由合成纖維組成。另外在海邊等腐蝕比較嚴重的環(huán)境下，纖維芯繩芯應用劍麻纖維繩芯、合成纖維繩芯或符合纖維繩芯。GB/T 37452—2019 只規(guī)定海洋平臺起重機用鋼絲繩應選用鋼芯。SY/T 5170—2013 規(guī)定直徑大于8.0 mm、用于單層股捻鋼絲繩的纖維繩芯可采用2 次捻制的方法生產。另規(guī)定直徑大于12.0 mm 的單層股捻鋼絲繩用鋼芯應為獨立的鋼芯。

3 海上用鋼絲繩標準的選擇方法

通過對鋼絲繩標準的對比，可以看出各個標準對鋼絲繩規(guī)定的不同點和區(qū)別，在海洋石油平臺鋼絲繩標準選擇時，應按照現(xiàn)行相關規(guī)范、標準進行選擇。

海洋平臺起重機用鋼絲繩選擇時，應按照GB/T 34198—2017 和 GB/T 37452—2019 給出具體的規(guī)定進行選擇。應優(yōu)先采用線接觸型鋼絲繩，起重機起升機構和非平衡變幅機構不應使用接長的鋼絲繩。因海洋平臺起重機起升高度大，起重機宜采用阻旋轉鋼絲繩；海上作業(yè)環(huán)境惡劣，使鋼絲繩處于腐蝕性較大的環(huán)境中，需應采用鍍鋅鋼絲繩。

海洋平臺絞車用鋼絲繩在結構和尺寸上應按照SY/T 6666—2017 標準的規(guī)定進行選擇，絞車用鋼絲繩主要失效形式為磨損和疲勞[9]，應采用耐磨性較高的平行組合捻結構，直徑范圍為16～29 mm，類別為西魯瓦林吞型6×26、6×31、6×36 獨立鋼芯的鋼絲繩。其制鋼絲繩用鋼絲應符合 SY/T 5170—2013 規(guī)定的鋼絲的直徑、拉力、扭轉及鍍層性能。

現(xiàn)有標準體系中沒有海洋平臺逃生艇用鋼絲繩的專用標準，在GB/T 11626—2009《船舶和海上技術—吊放式救生艇降放裝置》對逃生艇用鋼絲繩有簡單的規(guī)定，規(guī)定鋼絲繩應抗銹蝕、防老化以及不受海水過度影響，可采用鍍鋅保護措施；吊艇索應為防旋轉的纖維芯鍍鋅鋼絲繩，除非吊艇索防腐蝕，其直徑不小于10 mm；吊艇索應有足夠的長度，能將艇從存放處降落至水面后，還在絞車卷筒上至少保留3 整圈[10]。因救生艇的使用對于人身安全有較大的影響，需要對鋼絲繩可靠性提出更的高要求，因此在選用逃生艇鋼絲繩時除按照 GB/T 11626—2009 的相關規(guī)定外，鋼絲繩應達到GB 8918—2006 中規(guī)定的性能標準。

4 結論

本文對鋼絲繩相關的國標和行標的適用范圍、結構類型及制繩材料等方面進行了比較，明確了海洋平臺鋼絲繩相關標準的區(qū)別，研究表明：在海洋平臺鋼絲繩選用時應以規(guī)定更加明確的條款為依據(jù)，并結合實際工況篩選出適用于海洋平臺鋼絲繩的標準和條款。