帶孔角鋼在海洋石油平臺(tái)應(yīng)用與研究

張 群，胡 雙，楊洪所

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

本研究所述的帶孔角鋼主要是應(yīng)用于海洋石油工程海上平臺(tái)中電纜托架支撐，同時(shí)也可以應(yīng)用到海洋平臺(tái)上各種其他支架中，施工方便，形式不受限制，有著易于預(yù)制、易于安裝、易于修改等優(yōu)勢，并且可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的馬腳、電儀支架等，應(yīng)用十分廣泛，是海油工程自主在成熟工程領(lǐng)域開拓和發(fā)展的延續(xù)。

1 帶孔角鋼應(yīng)用于電纜托架支撐的形式

1.1 托架支撐形式

（1）傳統(tǒng)的托架支撐，支撐腿使用不帶孔角鋼，橫擔(dān)使用帶孔角鋼，支撐腿和橫擔(dān)進(jìn)行焊接，而本研究所述使用的托架支撐，支撐腿和橫擔(dān)全部使用帶孔角鋼，并且支撐腿和橫擔(dān)之間使用螺栓連接。使用帶孔角鋼用于托架支撐，非常適合改造項(xiàng)目，改造項(xiàng)目通常為基于舊平臺(tái)改造，托架路徑的設(shè)計(jì)與托架支撐的設(shè)計(jì)分屬詳細(xì)設(shè)計(jì)和加工設(shè)計(jì)，在改造項(xiàng)目中，由于現(xiàn)場情況復(fù)雜，詳細(xì)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)好托架路徑后，在加工設(shè)計(jì)期間可能會(huì)發(fā)生托架支撐與利舊設(shè)備發(fā)生碰撞。尤其是服役年限較長的油田，平臺(tái)老舊結(jié)構(gòu)、管線、托架、設(shè)備、支架等許多需要保留利舊，增加新的托架就必須進(jìn)行避讓，這樣托架的路徑會(huì)非常復(fù)雜，并且可能會(huì)發(fā)生現(xiàn)場與圖紙不符的情況，如果用傳統(tǒng)的托架，預(yù)制好后進(jìn)行安裝，可能會(huì)發(fā)生很多不合適修改的地方，不僅工作量增加，還會(huì)耗費(fèi)更多的人力物力。而使用本次項(xiàng)目研制的帶孔角鋼應(yīng)用于托架支撐，不需要像傳統(tǒng)托架支撐進(jìn)行預(yù)制，而且焊接工作量大大減少，工作量越大，則越節(jié)省時(shí)間、人力和物力。

（2）施工中采用的角鋼為（75×75×6）mm 的角鋼，開孔為Φ11×40 mm，孔中心距70 mm。圖1。

圖1 帶孔角鋼開孔形式

圖1 為角鋼開孔圖，角鋼2 個(gè)邊都進(jìn)行開孔，這樣便可以使用螺栓進(jìn)行連接安裝，施工非常便捷。

1.2 帶孔角鋼所受剪切力計(jì)算

托架支撐的橫擔(dān)與支撐腿之間使用1 個(gè)M10 螺栓連接，螺栓受到的主要力為剪切力。根據(jù)螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件，見式（1）：

其中，F(xiàn)s為螺栓抗剪面受力，N；ds為螺栓抗剪面直徑，mm；m 為螺栓抗剪面數(shù)目，在本研究中取1。，其中σs對(duì)應(yīng)各種材料的取值范圍是210～900，這里按最小值取210，即得［τ］=84。

電纜托架一般最寬為1200 mm，高度為150 mm，按其中敷設(shè)滿3×150 mm3電纜估算，電纜外徑為（48～52）mm，按托架內(nèi)全部敷設(shè)滿電纜（設(shè)計(jì)時(shí)要求托架內(nèi)電纜不得超過托架高度的2/3，實(shí)際施工時(shí)敷設(shè)電纜約為托架高度1/2）約可敷設(shè)78 根，電纜每米重約5 kg，每隔2 m 設(shè)置1 個(gè)托架支撐，一個(gè)托架支撐有2 條M10 螺栓受力，即得每條螺栓抗剪面受力為：Fs=3920 N；ds=10 mm。

綜上得出，在極限工況下（實(shí)際施工時(shí)遠(yuǎn)小于極限工況），τ=49.9＜［τ］=84。

由此可知，使用2 條M10 螺栓固定安裝一個(gè)托架支撐，完全滿足需求。

2 帶孔角鋼使用中的優(yōu)點(diǎn)

2.1 易于預(yù)制

易于預(yù)制，只需現(xiàn)場下料，預(yù)制過程不需要焊接。此種托架支撐使用螺栓連接，不用提前預(yù)制，只需要在施工現(xiàn)場根據(jù)圖紙和現(xiàn)場情況，用無齒鋸切割下料，下好料后只需將支撐腿根部打磨，不需要進(jìn)行組合安裝，預(yù)制過程不需要焊接（圖2）。

2.2 易于安裝

在安裝過程中使用螺栓進(jìn)行連接，減少焊接工作量；在安裝過程中，只需將2 條支撐腿焊接到結(jié)構(gòu)梁上，而橫擔(dān)不用焊接，橫擔(dān)使用M10 螺栓固定在2 條支撐腿上，相比傳統(tǒng)托架支撐，整個(gè)預(yù)制、安裝過程至少減少50%的焊接工作量，并且在安裝時(shí)，是使用2 個(gè)螺栓連接，安裝簡單，不需要特別專業(yè)的工種，也大大節(jié)省了時(shí)間和人力。

圖2 帶孔角鋼預(yù)制

在托架支撐安裝中可以多種形式組合，特別在托架彎通處或雙層托架位置優(yōu)勢明顯，只需很少的焊接工作量，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的托架安裝組合形式，并且省時(shí)省力和易于施工（圖3）。

圖3 帶孔角鋼用作托架支撐效果

2.3 易于修改

如果在施工過程中有需要修改處，只需要調(diào)整橫擔(dān)高低即可，減少了工作量。托架支撐在施工過程中，會(huì)發(fā)生差錯(cuò)、碰撞，需要對(duì)托架的高低進(jìn)行調(diào)整修改，如果使用傳統(tǒng)的托架支撐，需要進(jìn)行切割再焊接，工作量較大。而本次項(xiàng)目使用的托架支撐如果進(jìn)行提高修改，只需拆下螺栓，將橫擔(dān)提高到需要的高度，再使用螺栓進(jìn)行安裝，使用砂輪機(jī)將多余部分切割掉即可；如果降低標(biāo)高，則拆下橫擔(dān)，也使用螺栓將支撐腿進(jìn)行加長，再將橫擔(dān)安裝上即可，修改過程全程不用氣焊、電焊，省時(shí)省力和省工作量（圖4 和圖5）。

圖4 多層托架及轉(zhuǎn)角處托架支撐效果

圖5 多層托架遠(yuǎn)景效果

3 帶孔角鋼的其他應(yīng)用

3.1 代替馬腳

施工中如果遇到帶舾裝房間，舾裝內(nèi)以及房間外墻面上有許多電儀設(shè)備需要敷設(shè)電纜，帶孔角鋼會(huì)起很大作用，用帶孔角鋼代替馬腳，美觀漂亮、施工方便、省時(shí)省力，例如，某處電纜路徑為6 m，如使用馬腳則需要（10～12）個(gè)，需焊接（20～24）個(gè)腳。但采用帶孔角鋼時(shí)，使用1 根6 m 角鋼即可，在結(jié)構(gòu)上只需焊接3 處支撐，然后將角鋼用螺栓固定在支撐上，非常容易找平，僅相當(dāng)于3個(gè)馬腳的工作量，修改起來也很方便。如果一個(gè)通路上既有電氣電纜又有儀表電纜，馬腳需要焊接2 排，并將電氣儀表電纜分開時(shí)，帶孔角鋼即可以解決上述問題（圖6，圖7）。

3.2 代替電儀支架

如果托架距離護(hù)管較高或較遠(yuǎn)時(shí)，僅需將角鋼用螺栓固定在相鄰?fù)屑苤蔚闹瓮壬?，便可使電纜順利進(jìn)入護(hù)管。如有的項(xiàng)目井口區(qū)甲板不設(shè)護(hù)管，井口區(qū)探頭電纜為上方托架電纜敷設(shè)到甲板上，使用帶孔角鋼制作通路可以解決該問題。即將電纜綁扎在角鋼下部，既方便電纜敷設(shè)，又保護(hù)了電纜（圖8，圖9）。

圖6 用帶孔角鋼代替馬腳

圖7 電纜綁扎在角鋼上的細(xì)節(jié)

圖8 從托架中穿出向上穿入護(hù)管的電纜

圖9 海上平臺(tái)井口區(qū)硫化氫探頭

3.3 其他專業(yè)臨時(shí)支架使用

帶孔角鋼不僅可用于電儀專業(yè)施工，還可用于其他專業(yè)的施工。例如，可以用來制作臨時(shí)放置管線等的貨架，比腳手架更易于施工，也可以用來制作管線預(yù)制的臨時(shí)支架，方便管線預(yù)制組對(duì)等。圖10。

圖10 管線存放及預(yù)制用臨時(shí)支架

4 總結(jié)

帶孔角鋼應(yīng)用在托架支撐和其他電儀支撐上，既易于施工，提高了工作效率，又節(jié)省了人力物力，并且可以替代馬腳等電纜支撐，應(yīng)用廣泛。該研究是結(jié)合項(xiàng)目工程技術(shù)要求編制而成的，實(shí)際運(yùn)用情況良好，也解決了項(xiàng)目施工過程中的難題。帶孔角鋼的研究與應(yīng)用，不僅保證了工程項(xiàng)目達(dá)到了順利施工的目的，而且保障了油田安全生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，該研究與應(yīng)用開拓了海油工程托架支撐安裝的全新領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。