成品支吊架在極寒地區(qū)LNG項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

許 可

海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司

成品支吊架在極寒地區(qū)LNG項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

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本文對(duì)極寒地區(qū)LNG項(xiàng)目中成品支吊架的使用原因、適用性、耐低溫、強(qiáng)度計(jì)算、設(shè)計(jì)流程進(jìn)行說(shuō)明，同時(shí)將成品支吊架及傳統(tǒng)焊接支吊架的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比進(jìn)行了比較，為后續(xù)國(guó)內(nèi)類(lèi)似環(huán)境下類(lèi)似項(xiàng)目提供了參考。

極寒地區(qū)；成品支吊架；支架強(qiáng)度；成本對(duì)比

1 概述

本文涉及項(xiàng)目位于北極極寒地區(qū)，嚴(yán)酷的低溫環(huán)境（-50℃），國(guó)內(nèi)支架安裝沒(méi)有類(lèi)似低溫環(huán)境使用的先例。同時(shí)，由于項(xiàng)目工期緊張，為節(jié)省人力和工期，考慮使用成品支吊架方案應(yīng)運(yùn)而生。

就整個(gè)電氣安裝施工方案而言，支吊架承擔(dān)著不可替代的作用，是電氣連接實(shí)現(xiàn)的橋梁，支吊架方式的不同決定了其承載能力、施工質(zhì)量及施工進(jìn)度的差異，而安裝方法的不同也使安裝工程呈現(xiàn)出多樣性和靈活性。

在建的絕大部分LNG項(xiàng)目中，基本使用傳統(tǒng)支吊架。傳統(tǒng)支吊架是用角鋼、槽鋼等焊接制作成型，然后將其與鋼結(jié)構(gòu)焊接固定，形成支撐系統(tǒng)，這種方式取材方便，材料成本低。

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目建造標(biāo)準(zhǔn)要求逐漸提高、人工成本增加、清潔施工、項(xiàng)目快速推進(jìn)等因素影響，成品支吊架隨之應(yīng)運(yùn)而生并體現(xiàn)出出巨大的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景。

2 成品支吊架的優(yōu)勢(shì)

成品支吊架一般為用外形為U型、內(nèi)含鎖緊鋸齒的冷彎高強(qiáng)槽鋼及其多種連接件快速組裝的支架，材質(zhì)分為不銹鋼、熱浸鋅和電鍍鋅，均為批量生產(chǎn)，產(chǎn)品均為標(biāo)準(zhǔn)件。主要優(yōu)點(diǎn)有：

(1)支架選型采用專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件，避免傳統(tǒng)支吊架選型時(shí)的盲目及全憑經(jīng)驗(yàn)的老辦法。由于所有配件基本均為標(biāo)準(zhǔn)件，承載力、強(qiáng)度等參數(shù)基本根據(jù)材料已經(jīng)定型，計(jì)算速度快，結(jié)果可靠。

(2)所有連接件與槽鋼可實(shí)現(xiàn)拼裝構(gòu)件的剛性配合，精確定位，可方便的進(jìn)行拆改和調(diào)整，后續(xù)更換，維護(hù)非常方便。

(3)各專(zhuān)業(yè)良好的兼容性，節(jié)省空間。充分利用空間，共架設(shè)計(jì)，可使各專(zhuān)業(yè)得以良好的協(xié)調(diào)

(4)施工效率高，是傳統(tǒng)焊接支架安裝效率的6倍，在符合管理規(guī)范的前提下，各專(zhuān)業(yè)和工種可以交叉作業(yè)，大大提高工效，縮短支吊架的安裝工期。

(5)清潔施工，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需焊接和鉆孔，最大程度降低現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)火焊接作業(yè)，提高了安全性。

(6)外形美觀(guān)，整齊。

3 耐低溫及強(qiáng)度驗(yàn)證

本項(xiàng)目使用的成品支吊架是國(guó)際知名品牌，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，316L不銹鋼即支吊架本體可耐受-50℃低溫，對(duì)于射釘、斷口密封膠等均通過(guò)了低溫實(shí)驗(yàn)，并取得低溫實(shí)驗(yàn)證書(shū)。

對(duì)于支架強(qiáng)度除根據(jù)SNiP_2.01.07考慮靜態(tài)電纜自重、托架自重、支架自重、維修載荷（100kg）、雪載（本項(xiàng)目為2.8 kN/m2）、風(fēng)載（X向0.1 kN/m，y向0.08 kN/m）、冰載（0.05kN/m2）等載荷外，也考慮了從國(guó)內(nèi)至北極的海運(yùn)動(dòng)態(tài)工況（船體加速度）。

因?yàn)楸卷?xiàng)目采用快速射釘作為固定點(diǎn)，射釘?shù)奶攸c(diǎn)是上下震動(dòng)及抗拉性非常好，但是側(cè)向剪切力受力情況相比較傳統(tǒng)焊接式支架不理想。因此，海運(yùn)工況不僅考慮船體加速度，還要對(duì)模塊層高，支架朝向、形式進(jìn)行不同的計(jì)算以考慮加強(qiáng)方案。

加強(qiáng)方案主要有額外斜撐固定及間斷性使用焊接支架。

4 設(shè)計(jì)流程

(1)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求，設(shè)計(jì)托架路徑，出版相應(yīng)布置圖。

(2)結(jié)合托架路徑設(shè)計(jì)，進(jìn)行電纜選型，布線(xiàn)設(shè)計(jì)，出版布線(xiàn)圖及電纜載荷計(jì)算。

(3)根據(jù)托架附近結(jié)構(gòu)特征，初步托架和電纜載荷設(shè)計(jì)支架形式。

(4)路徑完善后，根據(jù)電纜自重、托架自重、支架自重、維修載荷、雪載、風(fēng)載（X向、冰載，復(fù)核支架載荷，確定支架形式，包括懸臂、橫擔(dān)長(zhǎng)度及材質(zhì)。

(5)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)考慮是否有對(duì)尤其是防腐油漆或防火漆影響，確定支架固定形式，如射釘、梁夾或提前焊接連接片。

(6)根據(jù)支架載荷和支架安裝、固定形式，根據(jù)海運(yùn)過(guò)程中的船體各方向加速度，針對(duì)不用位置、不同朝向、不同形式的支架做整體校核，對(duì)于薄弱處考慮額外斜撐固定及間斷性使用焊接支架方案。

(7)出版計(jì)算書(shū)及相應(yīng)圖紙。(8)出具材料使用清單。

5 施工方案注意事項(xiàng)

(1)成品支吊架由于結(jié)構(gòu)形式為拼接式，且為成品件，對(duì)于不同形式需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。相比于傳統(tǒng)支架，計(jì)算相對(duì)繁瑣，但在材料的使用上可以達(dá)到最優(yōu)。

(2)成品支吊架底座與結(jié)構(gòu)有不同的連接方式，一種為焊接式，部分廠(chǎng)家稱(chēng)之為Grid系統(tǒng)，形式如圖：

(3)底座可提前與結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，而且可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目大量提前焊接，并統(tǒng)一進(jìn)行防腐處理解決人工。

另外一種為射釘/梁夾連接，本項(xiàng)目使用的某廠(chǎng)家火藥射釘，此類(lèi)連接方式可以完全避免焊接作業(yè)，根據(jù)需求使用，降低材料成本。但不推薦大面積使用，這是由于目前市面射釘類(lèi)產(chǎn)品，橫向剪切受力較小，可適用于小范圍，且不存在震動(dòng)的場(chǎng)合，如果需要大面積使用，最好與焊接式支架穿插安裝，已保證水平溫度。梁夾使用應(yīng)視是否影響結(jié)構(gòu)防腐或油漆系統(tǒng)等具體要求進(jìn)行使用，但不推薦在存在水平震動(dòng)區(qū)域使用。

6 結(jié)論

根據(jù)本項(xiàng)目使用支架數(shù)量，現(xiàn)將傳統(tǒng)支架及成品支吊架材料成本對(duì)比，經(jīng)對(duì)比，如按照現(xiàn)有20萬(wàn)套支架（包括18萬(wàn)套F形，2萬(wàn)套門(mén)形）來(lái)統(tǒng)計(jì)，采用傳統(tǒng)支吊架的綜合經(jīng)濟(jì)成本約為1.62億元，采用成品支吊架的綜合經(jīng)濟(jì)成本約為1.79億元，相差約為1700萬(wàn)元?？紤]到傳統(tǒng)支吊架的工序較多，流程復(fù)雜，有很多非可控因素以及大量施工輔料的損耗，本人認(rèn)為最終兩種方式的總體費(fèi)用會(huì)比較接近，但是=成品支吊架安裝施工周期卻大大減少，共計(jì)減少40萬(wàn)人工時(shí)。無(wú)形中可節(jié)省大量的場(chǎng)地資源，如場(chǎng)地占用，吊車(chē)占用等資源。

成品支吊架作為新的支架種類(lèi)，其多項(xiàng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)支吊架系統(tǒng)，在石化、海洋平臺(tái)、陸地LNG以及極寒等惡劣環(huán)境下可考慮使用。