海洋工程浮式生產(chǎn)儲油平臺錨樁焊接工藝及建造技術(shù)研究

冉祥鵬

摘 要：因為深海環(huán)境比較復(fù)雜，有著復(fù)雜的交變應(yīng)力情況，所以為了保障海洋平臺的錨樁足夠穩(wěn)定，需要做好鑄鋼材料研究。本文將對比美標(biāo)與德標(biāo)在建筑材料中的要求與性能，優(yōu)化控制鑄造工藝，探索熱軋件焊接質(zhì)量控制思路和鑄鋼件焊接辦法。焊接中做好余熱溫度控制，嚴格管理焊接層間溫度和參數(shù)，確保焊后熱處理效果與質(zhì)量，以防出現(xiàn)焊接裂紋，保障焊接效果。利用工程實踐，分析焊接工藝應(yīng)用思路，提高錨樁的焊接水平。

關(guān)鍵詞：海洋工程;浮式生產(chǎn)儲油平臺;錨樁焊接

海洋表面建設(shè)浮式平臺用于生產(chǎn)和儲存油品。平臺生產(chǎn)具有儲量大、運量大的特點，為保障穩(wěn)定生產(chǎn)，需要確保平臺有足夠的抵御風(fēng)浪能力。平臺的固定，使用的是錨鏈。為防止風(fēng)浪引起錨鏈劇烈晃動，產(chǎn)生交變載荷，需要充分利用錨樁吊耳，延長吸力錨壽命。在現(xiàn)有技術(shù)限制下，目前鑄件的內(nèi)部晶體很容易出現(xiàn)焊接裂紋。焊接期間，如果控制不當(dāng)，就會影響鑄件的焊接效果，無法有效使用海洋平臺。本文將研究對平臺錨樁質(zhì)量有影響的焊接技術(shù)和鑄件鑄造手段，探索提高質(zhì)量控制效果的辦法。

1材料選擇

海洋平臺，焊接工藝影響最明顯的環(huán)節(jié)是熱軋件和鑄鋼件選型。以過往經(jīng)驗判斷，美標(biāo)和德標(biāo)是鑄鋼材料中廣泛使用的要求。主要熱軋材料為EH36和DH36。本文將對比德標(biāo)和美標(biāo)材料性能，按照國內(nèi)海域?qū)τ阼T鋼材料的需求進行合理選擇。德標(biāo)明確規(guī)定了各種合金元素要求和規(guī)范，有著更高的鑄鋼件原料要求。美標(biāo)中，影響鑄鋼性能比較大的因素包括P和S的元素成分，其他元素并沒有具體的要求，S元素的要求比較寬，P元素的要求比較嚴。相較于德標(biāo)要求美標(biāo)抗拉強度和屈服度更好。以抗疲勞性和抗沖擊的角度考慮，本次的母材選擇，決定考慮美標(biāo)。

2鑄鋼鑄造流程和控制

鑄造鑄鋼件的時候，需要先設(shè)計模型，然后制造芯和制造型，隨后澆筑與熱處理，最后逐漸進行檢驗檢查。設(shè)計模型的時候，必須充分考慮工程要求，按照鑄造工藝和廠家設(shè)備，編制與工程匹配的文件還有圖紙，參照作業(yè)圖紙的描述和尺寸情況，完成結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)置，完成三維模型的創(chuàng)作。再之后，就可以按照圖紙的數(shù)據(jù)情況生產(chǎn)加工，完成一切的準備工作。砂芯的制作，使用混砂機，分解芯盒也要提前的進行準備。最后把砂芯和模子結(jié)合到一起初步完成模樣制作。在鑄造鑄鋼件中，澆筑屬于十分重要的步驟。在澆筑前，需要先做好澆筑包質(zhì)量檢查工作。澆筑期間，澆筑速度和溫度是必須嚴格控制的因素，應(yīng)確保型腔中，鋼液能夠緩慢平穩(wěn)的流動，不能有空洞和渦流現(xiàn)象。操作流程中，有著十分嚴肅且高標(biāo)準的要求，提前解決好添加元素比例的設(shè)計與使用非常關(guān)鍵。優(yōu)化處理脫硫去鱗的步驟，加強合金元素的配比管理，結(jié)合情況，選擇磁粉探傷以及外觀檢測，必須保障鑄件整體干凈，不能有氧化皮、污垢和毛刺。鑄鋼吊耳型線變化大和高應(yīng)力部位，需要使用雙晶直探頭展開超聲波檢測，順利完成質(zhì)量驗收。

3焊接工藝與過程控制

3.1參數(shù)

作業(yè)中，錨樁焊接點包括熱軋件與鑄鋼件。熱軋件材質(zhì)為熱軋鋼板，鑄鋼件材質(zhì)為ASTM A148 Gr.90-60。焊接中，用LB52U焊條，通過手工焊的方法打底。蓋面和填充，使用的是DW-A55LSR。

3.2坡口

鑄鋼件固有鑄造特點，在嚴苛工藝中，完成檢驗和過程控制。此時鑄鋼件或多或少還有一些質(zhì)量問題需要處理。焊接熱軋件和鑄鋼件之前，需要探傷檢查焊縫周圍母材，以此確保鑄鋼材料質(zhì)量效果。熱軋件與鑄鋼件厚度大小都是100毫米，是超厚鋼板。使用K形和X形坡口與全熔透焊接[4]。需要加工處理鑄鋼件坡口，坡口的角度、鈍邊和間隙必須保持良好的狀態(tài)。

3.3工藝流程與過程管理

現(xiàn)場需要制作鋼框架支撐，順利完成鋼鑄件焊接。焊接之前，先預(yù)熱，溫度控制在110至150攝氏度，層溫不能超出200攝氏度。正式焊接之前，不可以在工件的上面進行焊機電壓、電流參數(shù)調(diào)整。坡壁起弧操作是可行的，應(yīng)做好填充與蓋面熱輸出值控制，絕不能超過1.8kJ/mm。焊接填充層，需要先完成焊渣清理工作，不能讓焊道有雜質(zhì)。焊接雙面坡口時候，采用背部清根辦法，清理的深度需要超過4毫米，一直到能看到平滑母材，之后探傷，選擇磁粉技術(shù)。探傷沒問題，則繼續(xù)進行后續(xù)焊接，完成整體操作。

應(yīng)做好焊接過程的控制和管理，認真檢驗，才能保障鑄件的焊接質(zhì)量。為防止焊接中違規(guī)操作和電流過大導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要重視焊工的技能培訓(xùn)。選擇焊工的時候，一定要考慮其作業(yè)能力、責(zé)任心意識與操作水平，應(yīng)以標(biāo)準規(guī)定操作。作業(yè)之前，參數(shù)表的填寫是必不可少的工作。對于高度集中應(yīng)力的地點，更是要重點控制。操作中，旁邊應(yīng)當(dāng)安排檢驗員進行旁站，做好熔池清潔工作。使用空氣吹掃焊道，隨后繼續(xù)焊接。

熱處理以后，鑄件內(nèi)應(yīng)力實現(xiàn)可靠控制，并利用熱電偶對鑄件加熱。母材、母材焊縫都要設(shè)置加熱片，有需要的時候進行加熱操作。操作前，先清理污垢。鑄鋼件與熱軋件焊縫處理寬度需要超過250毫米，應(yīng)保障受熱均勻，時間需要超過2.5個小時。鑄件的熱處理，采用保型工裝就能規(guī)避撓度發(fā)生問題。保溫工作十分重要，通常會用到加熱毯。一般情況下，焊縫的操作，需要將溫度限制于580至600攝氏度。結(jié)束焊接作業(yè)之后，使用超聲波對鑄鋼件進行探傷檢查。

做好局部缺陷問題檢查和分析，焊縫區(qū)域的殘余應(yīng)力，應(yīng)呈現(xiàn)出逐步下降特點。之后用碳弧氣刨對其進行打磨與處理，不可以使用熱切割，不可以傷害母材。應(yīng)保障開槽長度和母材，讓二者的過渡能夠比較圓滑。缺陷問題的處理，應(yīng)配合使用磁粉或是滲透等方式，返修問題影響很大，需要認真進行重復(fù)性操作，直到作業(yè)質(zhì)量符合規(guī)定。

4鑄鋼件錨樁筒體的建造

4.1技術(shù)要求

平臺建設(shè)中，錨樁筒體十分重要，徑厚比需要維持在一定的比例。鑄造件為錨樁吊耳，壁厚100毫米，熱軋件剪力板同樣100毫米厚，為槽口設(shè)計。筒體壁厚和剪力板為1比4的過渡焊接。筒體建造的公差，按照EEMUA158規(guī)范和圖紙要求。與過去項目相比，同心度、組對錯皮、不圓度、直線度和周長要求更高。對于錨樁筒體來說，冷彎加工其鋼板的時候，最佳方法就是鋼板回彈，一定要優(yōu)化控制與處理，以免在反復(fù)過彎中，卷板機過度疲勞，出現(xiàn)裂紋，影響使用效果。

4.2分段劃分

錨樁吊耳、加強板架共同組成了錨樁筒體。外筒體包括7個單節(jié)管，由三個總段組成。首先是第一段，包括4管段，全部為剪力板、錨樁吊耳。第二總段的構(gòu)成是預(yù)知的2個分段。第三總段則是管段的外筒體還有單筒內(nèi)的加強板架，需要噴涂操作，筒體在不包括錨鏈情況下，單個重量為120噸。三個總段都是單獨臥式預(yù)制，之后總裝接長。

4.3建造工藝

1）按照圖紙情況，以半自動的方式進行作業(yè)生產(chǎn)，預(yù)制筒體總段。

2）總段附件包括剪力板和鑄鋼吊耳。使用本文提到的焊接工藝與控制手段預(yù)制。生產(chǎn)前預(yù)熱并加工坡口，做好層溫控制，參數(shù)調(diào)整，焊后熱處理，過程中，嚴格控制質(zhì)量檢驗步驟。

3）單獨預(yù)制筒體內(nèi)的縱橫加強框，尤其要注意的是焊接的變形控制。在預(yù)制墊墩上放置片狀圓形框架。外筒的吊裝，從外套進筒體板架，頂住蓋板，焊接完加強框架組和外筒體以后，翻身與噴涂整體。

4）噴涂完以后正立放總段，并進行吊點孔機和法蘭組對。

5）焊接接長與組對總段，精準定位。

6）開孔，做好坡口對接，吊裝剪力板和鑄鋼吊耳，應(yīng)用超聲波進行檢查。

7）將其余附件安裝好。

8）建造完錨樁筒體，逐個吊裝送至碼頭出海。

結(jié)語：海洋油氣的生產(chǎn)和存儲，需要使用特定的平臺。建設(shè)平臺的時候，一定要選擇合適的材料，做好焊接工藝控制，應(yīng)保障所有焊接材料符合規(guī)定，做好應(yīng)力結(jié)構(gòu)監(jiān)測，優(yōu)化調(diào)整建造流程，保障安裝精準度。

參考文獻：

[1]華霖，陳哲，程晉宜等.EEMUA及DNV標(biāo)準下支管與主管連接節(jié)點的焊接工藝[J].焊接技術(shù)，2021，50（04）：45-48.

[2]楊麗麗，舒寧華，許志恒等.海洋石油工程焊接變形控制要點探討[J].清洗世界，2021，37（03）：88-89.