FPSO外輸漂浮軟管性能水壓試驗(yàn)分析

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(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津 300452)

FPSO外輸過程使用的外輸漂浮軟管是以鋼筋為骨架[1]，鋼筋內(nèi)外主要是簾線和橡膠材料的軟管，它重量輕、強(qiáng)度高[2]，空管和輸油時漂浮在海面上，抗彎模量小，可盤卷在滾筒上，敷設(shè)和撤收都很方便，因此，被廣泛應(yīng)用于海洋石油開發(fā)。

目前，海洋外輸漂浮軟管以良好的結(jié)構(gòu)性能及經(jīng)濟(jì)性成為FPSO外輸?shù)奈┮贿\(yùn)輸裝置。我國對外輸漂浮軟管的自主研發(fā)尚存不足，為此，對國內(nèi)生產(chǎn)的外輸漂浮軟管進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證外輸漂浮軟管的性能，在此基礎(chǔ)上對外輸漂浮軟管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 外輸漂浮軟管的結(jié)構(gòu)及類型

1.1 外輸漂浮軟管典型結(jié)構(gòu)

外輸漂浮軟管由數(shù)層材料組合而成，不同層起到不同的功能，以確保軟管完整性及安全性。外輸漂浮軟管的主體由內(nèi)襯、加強(qiáng)層、纏繞鋼絲加強(qiáng)層、漂浮層、外層復(fù)合而成。為輔助制造工藝，添加其它層(中膠層、管體外層)。同時，在軟管兩端安裝端部構(gòu)件形成完整外輸漂浮軟管，見圖1。

1.2 外輸漂浮軟管的類型及性能參數(shù)

一套完整的外輸漂浮軟管由4部分組成，分別為主管、尾管、全漂浮舷管和增強(qiáng)型首管。原油外輸時，增強(qiáng)型首管與FPSO相連接，首管依次連接主管、尾管、全漂浮舷管，全漂浮舷管在于穿梭油船連接。

圖1 外輸漂浮軟管典型剖面

1.2.1 全漂浮軟管(主管)

全漂浮軟管參數(shù)見表1，外形見圖2。

表1 主管參數(shù)表(單層)

圖2 主管外形

1.2.2 全漂浮尾管

漂浮軟管組的尾管參數(shù)見表2，外形與圖2的主管外形相同。

表2 尾管參數(shù)表(單層)

1.2.3 全漂浮舷管

作為漂浮軟管組中的最后一根，與提油輪相連接，參數(shù)見表3，外形見圖3。

表3 舷管參數(shù)表

圖3 舷管外形

1.2.4 增強(qiáng)型首管

作為漂浮軟管組中的第一根，直接與FPSO相連接，參數(shù)見表4，外形見圖4。

表4 增強(qiáng)型首管參數(shù)表

圖4 增強(qiáng)型首管外形

2 外輸漂浮軟管水壓試驗(yàn)方案設(shè)計

水壓試驗(yàn)用以驗(yàn)證外輸漂浮軟管的伸長率。內(nèi)壓荷載是外輸漂浮軟管的功能荷載[3]，外輸漂浮軟管必須首先滿足這個功能荷載。軟管受到內(nèi)部壓力的作用，環(huán)向受內(nèi)壓，軸向受到相應(yīng)的拉力。水壓試驗(yàn)的目的是為了保證外輸漂浮軟管在外輸作業(yè)過程中的安全。

2.1 試驗(yàn)所需設(shè)備

吊機(jī)、起吊橫杠、尼龍帶、液壓泵、壓力計、帶墊圈的蓋板、壓力記錄器、輥?zhàn)印馐帧?/p>

2.2 實(shí)驗(yàn)操作流程

1)將5根輥?zhàn)娱g隔2 m的距離平放在水平地面處。

2)用起吊橫杠和尼龍帶將要檢測的軟管水平吊放在輥?zhàn)由稀?/p>

3)將帶墊圈的蓋板分別用螺絲安裝在軟管兩端。螺絲不能擰得太松或太緊，以免影響測試。

4)用液壓泵向軟管內(nèi)部注水，管內(nèi)空氣同時可通過蓋板上的閥門排出。當(dāng)軟管內(nèi)部注滿水、空氣全部排出之后，保持軟管內(nèi)部壓力為70 kPa，然后測試該條件下軟管的長度La。

5)在5 min之內(nèi)將軟管內(nèi)壓從70 kPa增加到額定壓力的一半，維持10 min，在5 min內(nèi)將壓力減至0。

6)再次在5 min之內(nèi)將壓力增加至額定壓力1.5 MPa，維持10 min，測量該壓力下軟管長度Lb。

7)在5 min之內(nèi)，將管內(nèi)壓力降低至0；暫停15 min，接著再將軟管內(nèi)壓在5 min之內(nèi)提高到70 kPa，測量該壓力狀態(tài)下的軟管長度Lc。

8)計算臨時延長率ete和永久延長率epe。

水壓試驗(yàn)過程見圖5。

圖5 水壓試驗(yàn)流程

3 外輸漂浮軟管水壓試驗(yàn)驗(yàn)證

按照上面介紹的試驗(yàn)流程對4種16 in外輸漂浮軟管(增強(qiáng)型首管、主管、舷管和尾管)分別進(jìn)行水壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果要求外輸漂浮軟管的臨時延長率≤2.5%，永久延長率≤0.7%，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 外輸軟管水壓試驗(yàn)記錄表

從外輸漂浮軟管水壓試驗(yàn)可以看出，4種類型的漂浮軟管(首管、主管、舷管和尾管)臨時伸長率小于2.5%，永久伸長率小于0.7%，說明4種類型的外輸漂浮軟管抗內(nèi)壓能力均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

隨著我國外輸漂浮軟管需求的不斷擴(kuò)大，外輸漂浮軟管國產(chǎn)化研究必將成為我國海洋工程中的重點(diǎn)。外輸漂浮軟管具有重量輕、易敷設(shè)和便于回收等優(yōu)點(diǎn)，但是國外外輸漂浮軟管高昂的價格和技術(shù)封鎖阻礙了外輸漂浮軟管在我國的研究和發(fā)展。

外輸漂浮軟管水壓試驗(yàn)系統(tǒng)可為今后外輸漂浮軟管的研究提供支持。

[1] 趙 偉，呂英民.海上漂浮輸油軟管的強(qiáng)度計算[C]∥中國機(jī)械工程學(xué)會機(jī)械設(shè)計分會論文集，西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002：424-426.

[2] 寧 可，黃榮華，趙 偉.海上浮式輸油軟管的優(yōu)化設(shè)計[J].機(jī)電設(shè)備，2001(1):39-43.

[3] 鄭杰馨.海洋非粘結(jié)性柔性管設(shè)計和分析的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2010.