梁夾在LNG模塊海上運(yùn)輸管道固定上的應(yīng)用

張少華

海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520

梁夾在LNG模塊海上運(yùn)輸管道固定上的應(yīng)用

張少華

海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520

在海上運(yùn)輸過程中，LNG模塊及其內(nèi)部管道會(huì)受到風(fēng)浪流的影響，隨船舶一起發(fā)生搖晃。已有結(jié)構(gòu)梁支撐滿足管道生產(chǎn)時(shí)的受力狀態(tài)，但不能完全滿足海運(yùn)條件下的受力狀態(tài)，因此需要額外增加臨時(shí)約束。根據(jù)海運(yùn)受力分析的結(jié)果，采用梁夾固定的剛性支架對(duì)管道進(jìn)行必要的臨時(shí)約束，所有輔助固定在模塊海上運(yùn)輸結(jié)束后拆除。采用該梁夾固定方式，滿足LNG模塊海上運(yùn)輸管道臨時(shí)固定的受力要求，不需要?jiǎng)踊鹱鳂I(yè)，大大地提升了工效，且減少了焊材、砂輪片、油漆等材料的使用。

LNG模塊；梁夾；海上運(yùn)輸；管道固定

國內(nèi)海上采油平臺(tái)項(xiàng)目基本在近海海域進(jìn)行運(yùn)輸和安裝，模塊受風(fēng)浪流的影響較小，且模塊上管道已連接成整體，因此對(duì)管道本身的破壞程度小，對(duì)管道裝船固定臨時(shí)保護(hù)要求不高，多數(shù)情況下未做處理。

對(duì)于某海外LNG項(xiàng)目，其部分模塊在我國境內(nèi)完成建造，然后通過海上運(yùn)輸?shù)竭_(dá)總裝地。在運(yùn)輸過程中，模塊受風(fēng)浪流的影響非常明顯，且LNG模塊與模塊之間的管道未連接，因而遭受破壞的可能性也更大，已有結(jié)構(gòu)梁支撐不能完全滿足管道海運(yùn)條件受力要求，通過增加臨時(shí)輔助固定以限制管道的晃動(dòng)，對(duì)保護(hù)管道系統(tǒng)內(nèi)的閥組、儀表件及設(shè)備管口非常有必要。本文對(duì)梁夾在該LNG項(xiàng)目海上運(yùn)輸中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 梁夾組成及原理

梁夾組成示意如圖1所示?；⌒误w主體呈弧形，中間較厚，弧形體的中間設(shè)有調(diào)節(jié)螺栓孔，調(diào)節(jié)螺栓孔的兩邊設(shè)有用于安裝調(diào)整滑塊的卡槽，弧形體的兩端的寬度大于中間的寬度，以增大受力面積。調(diào)整滑塊的下表面呈弧形，其弧度與弧形體表面的弧度是一致的，以使弧形體與調(diào)整滑塊表面能夠無縫接觸；弧形表面兩端設(shè)有便于滑塊在弧形體的卡槽內(nèi)移動(dòng)調(diào)節(jié)的凸起；調(diào)整滑塊的上表面是一個(gè)平面；調(diào)整滑塊的中間有螺栓孔。

圖1 梁夾組成示意

根據(jù)梁夾所要安裝位置的結(jié)構(gòu)梁翼緣板厚度不同，調(diào)整弧形體與鋼板之間傾斜的角度，然后根據(jù)弧形體的位置調(diào)整滑塊的位置，以保證螺栓處于豎直狀態(tài)，然后緊固螺栓，并給螺栓加扭矩，將鋼板或者型鋼固定在結(jié)構(gòu)梁上。

2 梁夾加工及承載力校核

2.1 梁夾尺寸

為了節(jié)約工程成本，推薦采用厚鋼板進(jìn)行機(jī)加工制作梁夾。以某國外大型LNG項(xiàng)目使用的梁夾為例，各部位材料特性見表1[1-2]，其中螺栓螺母、彈簧墊片、平墊片為直接采辦的成品。

表1 材料特性

由于受力條件和安裝結(jié)構(gòu)梁的尺寸不同，需配備不同規(guī)格的梁夾，并配套不同規(guī)格的螺栓。在上述某國外LNG項(xiàng)目中，配備了4種規(guī)格梁夾，考慮機(jī)加工時(shí)夾持所需尺寸在內(nèi)，采用的鋼板、螺栓尺寸，適用的結(jié)構(gòu)梁翼緣板厚度如表2所示。

表2 梁夾機(jī)加工尺寸

2.2 梁夾承載力校核

利用ANSYS軟件對(duì)梁夾固定點(diǎn)的受力情況進(jìn)行分析，并建立模型，如圖2所示。

規(guī)格1-4對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)梁尺寸、鋼板尺寸和鋼管規(guī)格見表3。

分別在規(guī)格1～4模型中的鋼管下端面上加載24、80、100、150 kN的力，方向豎直向下，同時(shí)將結(jié)構(gòu)梁的上表面固定，鋼板、梁夾不外加限制。利用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行分析。

圖2 梁夾承載模型示意

表3 不同規(guī)格梁夾對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)梁尺寸及鋼板尺寸鋼管規(guī)格

以規(guī)格1為例：其應(yīng)力分析云圖如圖3所示，由于簡化模型會(huì)造成應(yīng)力奇異，忽略應(yīng)力奇異點(diǎn)，梁夾結(jié)構(gòu)上的最大應(yīng)力為229.5MPa，滿足要求。

圖3 梁夾承載結(jié)構(gòu)ANSY S應(yīng)力分析云圖/MPa

梁夾固定點(diǎn)的變形云圖如圖4所示，鋼板在長度方向上的最大變形為0.401 35 mm，出現(xiàn)在固定鋼板的邊緣處，小于2.6（400/150）mm，滿足要求。

圖4 梁夾承載結(jié)構(gòu)ANSY S變形分析云圖/mm

同理，對(duì)規(guī)格2-4的應(yīng)力和變形進(jìn)行分析，結(jié)果均滿足要求，考慮一定的安全系數(shù)，規(guī)格1-4梁夾成對(duì)使用對(duì)應(yīng)的最大承載力取值分別為20、60、80、120 kN。

3 梁夾的應(yīng)用

3.1 梁夾固定門型支撐鋼架

在海運(yùn)過程中，管道需要臨時(shí)支撐，因此需設(shè)計(jì)臨時(shí)的型鋼支架，如圖5所示，臨時(shí)型鋼支架由鋼板和型鋼焊接組成，使用梁夾將臨時(shí)型鋼支架固定在已有結(jié)構(gòu)梁上，用于支撐管道重量，海運(yùn)結(jié)束后，拆除臨時(shí)支撐。

圖5 臨時(shí)型鋼支架固定示意

3.2 梁夾固定側(cè)向限位型鋼

在海運(yùn)過程中管道需要額外側(cè)向限位，如圖6所示，使用4個(gè)梁夾將臨時(shí)型鋼固定在已有結(jié)構(gòu)梁上，型鋼與管鞋之間的間隙d取值20 mm，以限制管道的側(cè)向移動(dòng)，緊固螺栓。海運(yùn)結(jié)束后，臨時(shí)固定裝置拆除。

3.3 梁夾固定軸向限位型鋼

圖6 臨時(shí)側(cè)向限位示意

在海運(yùn)過程中管道需要額外軸向限位，如圖7所示，使用4個(gè)梁夾將臨時(shí)型鋼固定在已有結(jié)構(gòu)梁上，其固定方式與圖6相同，側(cè)向型鋼與管鞋之間的側(cè)向間隙d取值20 mm（或者根據(jù)應(yīng)力分析要求取值），保證管鞋在側(cè)向可以移動(dòng)，軸向型鋼與管鞋之間的軸向間隙d1取值2 mm，以限制管道的軸向移動(dòng)，緊固螺栓。海運(yùn)結(jié)束后，將梁夾螺栓拆除，整套海運(yùn)固定裝置拆除。

圖7 臨時(shí)軸向限位示意

3.4 梁夾固定管鞋底板

如圖8所示，對(duì)于各個(gè)方向都需要限位的點(diǎn)，在管鞋底板上設(shè)計(jì)螺栓孔，利用梁夾將管鞋固定在已有結(jié)構(gòu)梁上，緊固螺栓，管鞋在6個(gè)方向的移動(dòng)都受到限制。海運(yùn)結(jié)束后，將梁夾螺栓拆除。

圖8 臨時(shí)固定示意

4 應(yīng)用效果

在某大型海外LNG項(xiàng)目模塊海上運(yùn)輸階段，采用上述3.2臨時(shí)固定支架對(duì)某一處連接泵入口管道進(jìn)行固定，該管道管徑DN250，壁厚為12.70 mm，海上運(yùn)輸時(shí)，管道位置相對(duì)于船舶甲板面的高度為5.6 m，距離泵入口1.7 m處已有結(jié)構(gòu)梁支撐（無側(cè)向限位）。在海運(yùn)條件下，該支架支撐點(diǎn)側(cè)向力為5 982 N，在無側(cè)向限位條件下，管道對(duì)泵入口力矩為10 169 N·m，安裝側(cè)向限位型鋼并用梁夾固定后，管道對(duì)泵入口的力矩為12 N·m，經(jīng)臨時(shí)約束后的力矩值滿足設(shè)計(jì)手冊(cè)要求（設(shè)計(jì)手冊(cè)中要求力矩小于5 020 N·m），有效地保護(hù)了泵設(shè)備接口。

5 結(jié)束語

梁夾采用非焊接形式，可以提供穩(wěn)定可靠的承載力，無需動(dòng)火作業(yè)，是管道臨時(shí)輔助固定的較好選擇。目前，該輔助固定方案已經(jīng)在某大型LNG項(xiàng)目中成功應(yīng)用，解決了管道裝船固定的諸多技術(shù)問題，在類似項(xiàng)目上可以推廣使用。

[1]GB 712-2011，船舶及海洋工程用結(jié)構(gòu)鋼[S].

[2]ASTM A230/A320M-01，Standard Specification for Alloy/Steel Bolting Materials for Low-Temperature Service[S].

[3]GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]張德姜.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第一篇）：設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].3版．北京:中國石化出版社，1994：675-676.

Application of beam clamps in piping fixing of L NG module during marine transportation

ZHANG Shaohua
Offshore OilEngineering （Qingdao）Co.，Ltd.，Qingdao 266520，China

During marine transportation，the LNG module and its internal piping will shake with the vessel when affected by wind，wave and current.The existing structural beam supports for the piping meet the stress requirement under the production condition.However，they can’t fully satisfy the stress requirement under the condition of marine transportation.So，it is necessary to add assistant temporary restraints.According to the analysis result of the piping stress in marine transportation，beam clamps are used to fix the rigid supports，which can provide temporary restrain to piping，and then，all the temporary clamp sets are removed after finishing marine transportation.The piping fixing way by the beam clamps meets the stress requirement of piping during LNG module shipping and does not need hot work.It greatly enhances the work efficiency and reduces the use of welding material，grinding wheel，paint，etc.

LNG module；beam clamp；marine transportation； piping fixing

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.023

張少華（1986-），男，四川宜賓人，工程師，2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，現(xiàn)從事海洋工程加工設(shè)計(jì)工作。Email：zhangsh@mail.cooec.com.cn

2017-05-23；

2017-08-01