低鋼級大管徑鋼管海運裝船經(jīng)驗

劉遲，卞軍，陳巧明，王磊，蔡強

（1.中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院，陜西西安710065；2.中油管道物資裝備有限公司，河北廊坊065000；3.塔西南勘探開發(fā)公司油氣開發(fā)部，新疆喀什844804；4.中石化重慶天然氣管道有限責(zé)任公司，重慶404100）

低鋼級大管徑鋼管海運裝船經(jīng)驗

劉遲1，卞軍2，陳巧明3，王磊4，蔡強4

（1.中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院，陜西西安710065；2.中油管道物資裝備有限公司，河北廊坊065000；3.塔西南勘探開發(fā)公司油氣開發(fā)部，新疆喀什844804；4.中石化重慶天然氣管道有限責(zé)任公司，重慶404100）

針對某海洋管道項目用Φ1 016mm×15.9mm規(guī)格X52鋼級雙面螺旋埋弧焊管，經(jīng)海運到達中轉(zhuǎn)站后3層堆放，抽檢時1/3鋼管的橢圓度達不到技術(shù)條件要求的情況，分析了生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)、現(xiàn)場測量抽查結(jié)果，并查閱相關(guān)資料，找出了造成橢圓度超標(biāo)的原因，并提出了具體的改進措施。

鋼管；低鋼級；大管徑；海運；裝船；橢圓度

某海洋管道［1-2］項目用Φ1 016mm×15.9mm規(guī)格X52鋼級雙面螺旋埋弧焊鋼管海運第一船到達中轉(zhuǎn)站后3層堆碼存放，抽檢時發(fā)現(xiàn)超過1/3的鋼管橢圓度達不到該項目技術(shù)條件要求（技術(shù)條件要求橢圓度≤5 mm），不能滿足施工要求。本文主要分析造成橢圓度［3-4］超標(biāo)的原因，并提出改進措施。

1 原因分析

鋼管鋼級為X52，屈服強度360 MPa，相對于目前大量使用的X70、X80鋼級鋼管，是低鋼級鋼管。裸管采用5 000 t級船運，船艙碼放9層；最下層墊放截面110 mm×50 mm墊木4道；鋼管與船幫之間采用木條隔離。第一船400余根鋼管在中轉(zhuǎn)站現(xiàn)場共堆放4垛，每垛碼放3層。

1.1 現(xiàn)場調(diào)查測量

檢查部分橢圓度超標(biāo)鋼管在生產(chǎn)廠的原始測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)發(fā)運前管端橢圓度全部合格，最大值3.3 mm，最小值1.0mm，平均2.1mm。

中轉(zhuǎn)站現(xiàn)場抽檢測量發(fā)現(xiàn)橢圓度不符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼管基本在管垛下層和中層，并且鋼管的垂直方向直徑偏小，水平方向直徑偏大。安排吊車將中上層鋼管吊開，單層放置0.5 h后，再次測量發(fā)現(xiàn)，管徑發(fā)生明顯變化，垂直方向直徑增大，水平方向直徑縮小，變化范圍為1～3 mm；所測量的鋼管除1支外，其余鋼管橢圓度全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求。單層擺放16 h后，再次測量發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)基本無變化，但仍有1支鋼管橢圓度超標(biāo)，不能恢復(fù)到合格值，需要經(jīng)機械調(diào)整才能達到要求?，F(xiàn)場成品管檢測記錄情況（部分?jǐn)?shù)據(jù)）見表1。

表1 現(xiàn)場成品管檢測記錄情況mm

1.2 標(biāo)準(zhǔn)對運輸層數(shù)的要求

目前，鋼管的運輸碼放層數(shù)大多執(zhí)行SY/T 6577.2—2014《管線鋼管運輸?shù)?部分：內(nèi)陸及海上船舶運輸》或APIRP 5LW—2009《管線管內(nèi)陸及海上船舶運輸推薦做法》［5-6］，兩者本質(zhì)相同，鋼管堆放層數(shù)n與公式（1）相關(guān)：

式中σs——靜載荷應(yīng)力，MPa；

D——鋼管公稱外徑，mm；

L——鋼管長度，mm；

B——支撐條的有效數(shù)量；

M——支撐條寬度，mm；

t——鋼管公稱壁厚，mm。

海上運輸時，靜載荷應(yīng)力σs等于鋼管規(guī)定最小屈服強度除以1.4。由公式（1）計算可知，第一船鋼管底部墊4條110 mm×50 mm墊木最多允許碼垛13層，實際碼放9層。

1.3 堆放層數(shù)對底層鋼管的影響

文獻［7］給出了碼垛鋼管最下層受上部重力作用產(chǎn)生的最大形變和最大彎曲應(yīng)力計算公式，具體見表2。將Φ1 016 mm×15.9 mm規(guī)格鋼管的具體數(shù)據(jù)代入表2中各公式，可計算出該規(guī)格鋼管堆放3、4、8、9層時受壓產(chǎn)生的最大形變和最大彎曲應(yīng)力，具體見表3。

表2 碼垛鋼管最下層受上部重力作用產(chǎn)生的最大形變和最大彎曲應(yīng)力計算公式

表3 鋼管形變、彎曲應(yīng)力數(shù)值

通過檢查生產(chǎn)廠的原始生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)，現(xiàn)場抽檢測量及查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［8］、文獻，認(rèn)為造成鋼管橢圓度超標(biāo)的原因有：

（1）該項目鋼管鋼級為X52，規(guī)定最小屈服強度360MPa，是低鋼級鋼管。如果沒有水平方向的鋼管互相擠壓固定，鋼管堆放8層時，底層鋼管可能達到的最大形變量為43.58 mm，產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為362MPa，與規(guī)定的最小屈服強度相當(dāng)；鋼管堆放9層時，底層鋼管可能達到的最大形變量為55.74mm，產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力462 MPa，已超過鋼管規(guī)定的最小屈服強度28%。在實際裝船碼放時，底層鋼管肯定會有一定程度擠壓，同時也有空隙，此時鋼管已發(fā)生變形，可能已發(fā)生塑性變形。

（2）按照SY/T 6577.2—2014標(biāo)準(zhǔn)的公式計算，底層鋼管墊放4道110 mm×50 mm墊木，允許層數(shù)為13層。實際碼放9層，已接近計算允許碼放層數(shù)。

（3）中轉(zhuǎn)站堆放3層時，中下層橢圓度超標(biāo)的鋼管經(jīng)單層擺放后，再進行測量，發(fā)現(xiàn)垂直方向直徑增大，水平方向直徑減小，絕大多數(shù)能恢復(fù)到橢圓度的合格數(shù)值，但平均值大于生產(chǎn)廠的測量值。

由此可以判斷出造成鋼管橢圓度超標(biāo)的原因是：鋼管海運過程中，在船艙中碼放9層，雖然未超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定層數(shù)，但由于只墊放4道墊木，且同一層鋼管水平之間沒有互相擠壓靠緊，底部鋼管受上部鋼管重力擠壓造成彈性變形。絕大多數(shù)鋼管單層擺放后，其橢圓度能夠恢復(fù)到合格數(shù)值，但由于碼放層數(shù)接近標(biāo)準(zhǔn)允許的最大值，鋼管所受的彎曲應(yīng)力或許已超過該鋼級的最小屈服強度，造成極少量屈服強度不均的鋼管發(fā)生了塑性變形，使其橢圓度不能恢復(fù)到合格值。

2 改進措施

（1）為增加對鋼管的保護，從第二船開始，在鋼管底部墊6條110 mm×50 mm墊木，計算可知允許鋼管層數(shù)為17層，實際碼放9層，僅為SY/T 6577.2—2014標(biāo)準(zhǔn)允許碼放層數(shù)的一半。

（2）鋼管斜線堆存，每層鋼管依次騎縫碼放，每隔一層在船幫與鋼管之間用方木加固保護。底層鋼管兩側(cè)使用三角木固定，避免鋼管的橫向移動。

（3）安排監(jiān)督人員登船，保證貨物配載正確。對擺放在不同層數(shù)的鋼管，用白色油漆筆以阿拉伯?dāng)?shù)字在管端內(nèi)壁做好標(biāo)記，標(biāo)記應(yīng)距離管端大于285 mm處，最底層標(biāo)記為“1”，往上層數(shù)依次類推，以便日后復(fù)查測量。

（4）第二船鋼管裝完船后，測量底層鋼管的橢圓度。到港卸貨后，對底層鋼管的橢圓度進行復(fù)查，并與裝船完畢時的測量結(jié)果進行比較，以進一步改進后續(xù)裝船方案。

3 復(fù)查結(jié)果

確定新的裝船方案后，嚴(yán)格按照既定的方案裝船，并安排專人進行監(jiān)督，船艙共裝2垛9層401支。裝船完畢后，測量鋼管的橢圓度。測量發(fā)現(xiàn)2垛最下層的鋼管，其橢圓度全部超標(biāo)。其中，橢圓度最大的2支為管號1398、1347的鋼管，橢圓度分別為18 mm、19 mm；橢圓度最小的2支為管號1543、1155的鋼管，橢圓度分別為7mm、10mm。船到達卸貨碼頭后，卸載上面8層鋼管，隨即測量底層鋼管的橢圓度，發(fā)現(xiàn)其全部合格，橢圓度最大值為4.7mm、最小值為2.1mm、平均值為3.2mm。上述1398、1347、1543、1155管號4支鋼管的橢圓度依次為2.1mm、4.1mm、4.7mm、4.7mm。

4 建議

根據(jù)本次鋼管海運裝船方案的經(jīng)驗和做法，對低鋼級、大管徑鋼管的海運裝船提出以下建議：

（1）鋼管底部的墊木數(shù)量至少6道，每道墊木的寬度不低于100mm。

（2）裝船鋼管碼放層數(shù)按照SY/T 6577.2—2014計算，允許碼放層數(shù)約為計算的1/2。

（3）鋼管按照斜線堆存，每層鋼管依次騎縫疊放，每隔一層在船幫與鋼管間用方木加固保護。底層鋼管兩側(cè)使用方木固定，鋼管之間采用三角木固定，使鋼管盡量互相擠壓，避免鋼管的橫向移動。

（4）安排監(jiān)督人員登船，保證貨物配載正確。

［1］張業(yè)圣，李志衛(wèi).海洋石油用管的發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望［J］.鋼管，2009，38（5）：1-10.

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［3］楊林元，潘學(xué)民.用中徑和橢圓度量規(guī)替代螺紋工作量規(guī)的可行性分析［J］.鋼管，2003，32（2）：37-39.

［4］王釗，李連進，張潔，等.用有限元法分析石油套管的橢圓度對承載能力的影響［J］.鋼管，2004，33（4）：39-44.

［5］SY/T 6577.2—2014管線鋼管運輸?shù)?部分：內(nèi)陸及海上船舶運輸［S］.2014.

［6］APIRP 5LW—2009管線管內(nèi)陸及海上船舶運輸推薦做法［S］.2009.

［7］王昱.鋼管允許堆放層數(shù)的計算方法［J］.焊管，2007，30（5）：82-85.

［8］APISpec 5L—2012管線管規(guī)范［S］.45版.2012.

Prac tica l Experience o f Shipm ento f Large-sized Low SteelGrade We ld Pipes for Sea Transportation

LIU Chi1，BIAN Jun2，CHENQiaoming3，WANG Lei4，CAIQiang4（1.CNPC Tubular Goods Research Institute，Xi’an 710065，China；
2.China Petroleum Pipeline Materials&Equipment Co.，Ltd.，Langfang 065000，China；3.Oil&Gas Development Department，Tarim Southwest Exploration and Development Co.，Kashgar 844804，China；4.Sinopec Chongqing Natural Gas Piping Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China）

TheΦ1 016 mm×15.9 mm X52 double-sided spiral SAW pipes for an offshore pipe line project are shipped by sea to the transfer station where they are piled with three layers.A random check for the stored pipes shows thatone third thereof have their ovality beyond the standard requirement.The causes for this problem are found outbymeans of analyzing relevant raw production data and data from the random inspectionmade at the storage site，and consulting related documents.Accordingly，specific countermeasures are proposed.

steel pipe；low grade steel；large-sized；sea transportation；shipment；ovality

TG801.4

B

1001-2311（2016）06-0049-03

2016-05-16；修定日期：2016-08-03）

劉遲（1970-），男，碩士，高級工程師，從事石油專用管技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)工作。