后裝立管海上吊裝計(jì)算分析及安裝工藝

趙剛 孫玉雯 朱武 鄭松賢 張剛賓

【摘要】本文主要針對(duì)海洋石油工程中后裝立管的海上安裝工藝做了詳細(xì)分析，其中包括預(yù)制、浮吊船舶就位、焊接吊耳、甲板配扣、吊裝、調(diào)整角度等具體工序，尤其是對(duì)后裝立管的吊裝過(guò)程及立管角度的調(diào)整進(jìn)行了深入計(jì)算與研究，較為全面地闡述了后裝立管的整個(gè)海上施工流程，對(duì)立管的海上后安裝施工具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】后裝立管；工藝流程；吊裝分析；角度調(diào)整

1、背景描述

伴隨著中國(guó)海洋石油渤海油田提出了建設(shè)海上大慶的奮斗目標(biāo)，渤海的石油開發(fā)進(jìn)入了高峰期。渤海油田的開采也將進(jìn)入了綜合化、大規(guī)模開發(fā)開采階段。

為了節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)原有老平臺(tái)價(jià)值利用的最大化，很多新建平臺(tái)依托于原有老平臺(tái)的油氣處理和集輸系統(tǒng)。新舊平臺(tái)間通過(guò)海底管道和電纜連接，輸送油、氣、水、電等資源。海底管道和老平臺(tái)之間需要通過(guò)安裝在老平臺(tái)導(dǎo)管架樁腿上的立管來(lái)連接，而立管的后安裝通常需要?jiǎng)佑酶〉醮皝?lái)配合施工。本文就以BZ28/34油田綜合調(diào)整項(xiàng)目BZ34-2/4CEPA至KL3-2CEPA輸油管線KL3-2CEPA平臺(tái)側(cè)B3樁腿處立管后期海上安裝詳細(xì)闡述利用浮吊船舶安裝立管的施工方法及流程，重點(diǎn)是后裝立管海上吊裝過(guò)程及角度調(diào)整的計(jì)算分析方法。

2、立管陸地預(yù)制的程度

由于立管本身較長(zhǎng)，一般地，整根運(yùn)輸?shù)脑挸杀据^高，所以在陸地進(jìn)行分節(jié)預(yù)制（一般來(lái)講，盡可能地在陸地進(jìn)行較多的預(yù)制工作以減少海上的預(yù)制工作量，留下兩道口進(jìn)行海上最后的焊接），待運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)且進(jìn)行水下實(shí)際測(cè)量后再在浮吊甲板上進(jìn)行最終預(yù)制，立管陸地預(yù)制工作量一般如下：

①立管底部焊徑法蘭、單層管短節(jié)、錨固件、雙層管短節(jié)與彎頭進(jìn)行組對(duì)焊接，焊口打磨

②立管頂部雙層管、錨固件與單層管短節(jié)進(jìn)行焊接，焊口打磨

③懸掛法蘭預(yù)制，磁粉檢驗(yàn)

④焊接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行檢驗(yàn)（一般地，立管內(nèi)層管節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行射線探傷檢驗(yàn)，套管節(jié)點(diǎn)處包括半瓦節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)）

⑤焊接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行防腐（一般地，飛濺區(qū)處纏繞氯丁橡膠板，非飛濺區(qū)處纏繞熱縮帶）

3、平臺(tái)上立管登陸位置處布置吊點(diǎn)及倒鏈等

3.1立管吊裝吊耳設(shè)計(jì)及計(jì)算

根據(jù)所吊裝立管的重量，一般考慮2倍的動(dòng)力放大系數(shù)來(lái)計(jì)算作用在此吊耳上的載荷，用以校核吊耳的強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求，從而設(shè)計(jì)出合適噸位、適當(dāng)型式的吊耳。

該項(xiàng)目所安裝立管重量為11T，那么考慮2倍的動(dòng)力放大系數(shù)來(lái)計(jì)算作用在此吊耳上的載荷為：

F1=11000×9.8×2N=215600N=215.6KN

方向：與吊耳主板在同一平面內(nèi)垂直向上

同時(shí)考慮此吊耳受到面外力，取值為

F2=F1×5% KN =215.6KN×5% KN=10.78 KN

方向：垂直于吊耳主板所在平面向外

利用ANSYS有限元計(jì)算分析軟件進(jìn)行加載計(jì)算，吊耳的最大節(jié)點(diǎn)應(yīng)力為207.652MPa，小于板材許用應(yīng)力（0.66×355MPa =234.3MPa），因此吊耳的強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3.2現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)腳手架、焊接吊耳及布置倒鏈等工機(jī)具

4、潛水預(yù)調(diào)查及水下測(cè)量

4.1浮吊拋錨帶纜就位

根據(jù)立管在平臺(tái)安裝的位置，選擇合適的浮吊船舶就位方式，按照設(shè)計(jì)錨位圖在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拋錨帶纜就位。

4.2潛水探摸

待浮吊船舶就位之后潛水員沿導(dǎo)管架樁腿下水探摸，清除立管卡子上附著的海生物及立管彎脖安裝位置處其它障礙物（可以沿著立管設(shè)計(jì)彎脖處向外探摸10米左右，確保無(wú)明顯障礙物），擰開所有立管卡子螺栓，打開所有立管卡子合頁(yè)，必要時(shí)用鐵絲等工具暫時(shí)固定，確保管卡在立管下放過(guò)程中始終處于敞開的狀態(tài)，避免立管安裝時(shí)碰撞管卡使其閉合；

檢查立管卡子里面的膠皮墊（氯丁橡膠板）是否完好無(wú)損。

4.3確定立管安裝高度

水下測(cè)量懸掛法蘭處管卡環(huán)板上表面距泥面的垂直高度，從而確定懸掛法蘭在立管上的實(shí)際位置（即立管的實(shí)際安裝高度）。

以KL3-2 CEPA平臺(tái)B3樁腿立管安裝為例：

潛水員實(shí)際測(cè)量泥面距懸掛法蘭處立管卡子環(huán)板上表面的垂直高度為20.4m

為了后續(xù)方便安裝膨脹彎，須保證立管彎脖端法蘭底面距泥面垂直高度為0.5m

那么就可以確定懸掛法蘭在立管上的位置：

設(shè)計(jì)圖紙立管長(zhǎng)度+法蘭半徑+0.5m-20.4m即為懸掛法蘭下表面距離立管頂部錨固件中心線的距離，在此焊接懸掛法蘭。

5、立管海上甲板最終預(yù)制

立管海上最終預(yù)制工作量一般如下：

①剩余兩處節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組對(duì)焊接，焊口打磨

②立管彎頭處內(nèi)口焊接完成后進(jìn)行角度復(fù)測(cè)

③焊接臨時(shí)吊耳，磁粉檢驗(yàn)

④焊接懸掛法蘭，磁粉檢驗(yàn)，并在其表面粘貼氯丁橡膠板

⑤焊接陽(yáng)極（陽(yáng)極爪與套管表面焊接），陽(yáng)極爪處磁粉檢驗(yàn)

⑥立管焊接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行檢驗(yàn)（一般的，立管內(nèi)層管節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行射線探傷檢驗(yàn)，套管節(jié)點(diǎn)處包括半瓦節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)）

⑦立管焊接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行防腐（一般的，飛濺區(qū)處纏繞氯丁橡膠板，非飛濺區(qū)處纏繞熱縮帶）

⑧整根立管進(jìn)行防腐測(cè)漏，包膠修補(bǔ)，連接并緊固立管底部法蘭盲板（安裝盲法蘭）

⑨懸掛法蘭與水上卡子環(huán)板表面接觸處氯丁橡膠板切割下料、粘貼

6、立管吊裝分析計(jì)算

立管的吊裝計(jì)算分析時(shí)，利用SACS軟件可進(jìn)行立管吊裝模型的模擬，立管鋼管結(jié)構(gòu)自重包括立管套管、內(nèi)管、隔熱層和防腐層的重力之和，其中，內(nèi)管、隔熱層和防腐層的重量通過(guò)修正套管的密度實(shí)現(xiàn)，修正套管密度后由程序自動(dòng)計(jì)算，立管底部法蘭重量以集中力的方式進(jìn)行加載。

6.1等效密度的計(jì)算

立管鋼管結(jié)構(gòu)自重包括立管套管、內(nèi)管、隔熱層和防腐層的重力之和，其中，內(nèi)管、隔熱層和防腐層的重量通過(guò)修正套管的密度實(shí)現(xiàn)，修正套管密度后由程序自動(dòng)計(jì)算，該立管分三部分計(jì)算等效密度，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表6-1。

6.2基本荷載

基本荷載由SACS軟件程序自動(dòng)計(jì)算，包含立管及端部法蘭重量

6.3鋼絲繩張力值

6.4桿件UC值

桿件最大UC值見(jiàn)見(jiàn)附表6-4

6.5變形量

桿件最大變形量見(jiàn)見(jiàn)附表6-5

7、根據(jù)吊裝計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行甲板配扣作業(yè)

7.1甲板配扣圖繪制

對(duì)SACS軟件計(jì)算結(jié)果中所有桿件的軸力及彎矩進(jìn)行深入分析，不斷優(yōu)化立管上吊點(diǎn)的布置，結(jié)合計(jì)算結(jié)果中鋼絲繩的張力值選擇適當(dāng)規(guī)格尺寸、適當(dāng)型號(hào)的帶有檢驗(yàn)合格標(biāo)志的吊帶、倒鏈、卡環(huán)及鋼絲繩等吊索具繪制吊裝配扣圖，并進(jìn)行甲板配扣作業(yè)。

7.2立管頂部綁系吊帶

在立管頂部焊接臨時(shí)吊耳處，綁系吊帶，以備下放立管及調(diào)整立管位置。

8、立管甲板吊裝

8.1甲板試吊

立管起吊過(guò)程中調(diào)節(jié)倒鏈，確保立管處于水平平衡狀態(tài)。

8.2甲板正式吊裝

在吊裝過(guò)程當(dāng)中，保證立管水平且緩慢靠近平臺(tái)安裝位置處，直至立管頂部（錨固件以上）所焊接的吊耳處綁系的吊帶連接至平臺(tái)吊點(diǎn)處預(yù)先懸掛的倒鏈上，然后浮吊吊機(jī)不斷下放立管直至該倒鏈完全承重立管重量，同時(shí)不斷收緊吊點(diǎn)下方的倒鏈，直至立管完全進(jìn)入立管卡子內(nèi)，必要時(shí)潛水員下水利用手板葫蘆等工機(jī)具配合使立管靠近并進(jìn)入到立管卡子內(nèi)；

潛水員下水閉合所有立管卡子及穿卡子螺栓，并水下配合卸扣，回收吊裝索具。

9、立管角度調(diào)整

利用浮吊錨機(jī)或者在浮吊甲板布置卷?yè)P(yáng)機(jī)，潛水員下水將錨機(jī)或者卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩連接至立管彎脖處（用吊帶綁系在錨固件處），啟動(dòng)絞車后轉(zhuǎn)動(dòng)立管使其與設(shè)計(jì)圖紙上的安裝角度吻合即可，具體操作方法如下。

可預(yù)先用記號(hào)筆在立管管體上打上標(biāo)記線（備線），其次按照詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙上的立管彎脖朝向計(jì)算出卡子中心線與彎脖朝向之間的角度，而后用記號(hào)筆在水上立管卡子環(huán)板表面做一標(biāo)記，轉(zhuǎn)動(dòng)立管后使其標(biāo)記線（備線）與水上立管卡子環(huán)板表面標(biāo)線重合即可。

10、結(jié)束語(yǔ)

目前立管的后安裝一般都需要?jiǎng)佑酶〉醮皝?lái)配合施工，屬于常規(guī)做法，本篇論文即是對(duì)這種方法進(jìn)行詳細(xì)分析與總結(jié)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及海上施工工藝的日臻成熟，利用平臺(tái)吊機(jī)安裝立管、立管海上分段安裝、立管與膨脹彎進(jìn)行整體安裝等方法也會(huì)日益普及，從節(jié)約成本等角度考慮，這幾種方法也將會(huì)在實(shí)踐中得以檢驗(yàn)與比較。

作者簡(jiǎn)介

趙剛，男，1988年生，大學(xué)本科，助理工程師，工作單位：海洋石油工程股份有限公司維修公司，主要從事海洋工程結(jié)構(gòu)專業(yè)方面的工作。