淺析海上采油平臺(tái)吊機(jī)鋼絲繩損傷與治理

曹天兵 翟海剛 譚春楠 鄂曈曈

摘要：吊機(jī)作為海上采油平臺(tái)的重要設(shè)備，而鋼絲繩作為吊機(jī)的核心部件，又是重中之重，鋼絲繩的損傷或破斷而引發(fā)的重大事故時(shí)有發(fā)生。

關(guān)鍵字：吊機(jī)鋼絲繩;損傷;治理;案例分享

一、 項(xiàng)目背景

某油氣田平臺(tái)調(diào)試投產(chǎn)以來(lái)，存在吊機(jī)鋼絲繩斷絲、卷筒排繩磨繩、咬繩現(xiàn)象，為此不到兩年時(shí)間更換4根條鋼絲繩。平臺(tái)維修團(tuán)隊(duì)分析吊機(jī)鋼絲繩損傷的各種原因和防治方法，進(jìn)行總結(jié)整理，系統(tǒng)的提煉出一套可行性較高的維保措施，確保吊機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、 技術(shù)簡(jiǎn)介

1、鋼絲繩損傷的類型

海上吊機(jī)鋼絲繩在使用過(guò)程中的損傷主要分為斷絲、磨損、咬繩、疲勞、過(guò)載、變形、銹蝕等七大類。

2、鋼絲繩損傷的防治與管理

鋼絲繩的失效過(guò)程是從鋼絲表面開始的，磨損發(fā)生在鋼絲表面，銹蝕也從鋼絲表面開始，疲勞微裂紋在鋼絲表面或次表面萌生然后向內(nèi)逐步擴(kuò)展至鋼絲斷裂，因此，延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命的技術(shù)措施，必須能夠抑制鋼絲表面微動(dòng)磨損損傷，防止腐蝕，減緩疲勞微裂紋的萌生與擴(kuò)展。所有針對(duì)延長(zhǎng)使用壽命的技術(shù)措施均需以此為原則制定與實(shí)施。

根據(jù)采油平臺(tái)的維修條件，降低鋼絲繩損傷具有一定操作性的治理方式：

（1）通過(guò)潤(rùn)滑降低摩擦因數(shù)

（2）消除卷筒對(duì)鋼絲繩外部因素導(dǎo)致的磨損，可以從如下幾方面入手：

① 入繩角是否合理。

② 第一層鋼絲繩的卷繞的預(yù)緊力是否合理。

③ 滾筒從死繩端引導(dǎo)進(jìn)滾筒后的彎度設(shè)計(jì)是否合理。

④ 在滾筒壁焊接擋繩塊以消除咬繩、磨繩等鋼絲繩排列問(wèn)題。

⑤ 調(diào)整爬升塊（引導(dǎo)臺(tái)）。

⑥ 鋼絲繩捻向與卷筒旋向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

⑦ 此外一些先天因素導(dǎo)致的卷筒對(duì)鋼絲繩磨損。

（3）消除滑輪對(duì)鋼絲繩的影響可以從如下幾方面入手：

① 選取合適材質(zhì)硬度的滑輪?；営捕扰c鋼絲繩硬度選用合適，可以增加兩者使用壽命。

② 滑輪與鋼絲繩D/d比對(duì)滑輪磨損的影響。鋼絲繩與滑輪的接觸弧長(zhǎng)，進(jìn)出繩間的夾角，它們又與D/d相關(guān)，D/d越大，法向載荷越小。故選用大比值D/d比的滑輪能有效降低繩槽槽底法向載荷，從而減少滑輪磨損。

③ 鋼絲繩與滑輪匹配度。檢查鋼絲繩是否與滑輪的凹槽匹配，正確的凹槽直徑應(yīng)該為1.05×d，最優(yōu)的凹槽直徑為：1.06-1.08×d。

④ 潤(rùn)滑。定期做好滑輪軸承的注油潤(rùn)滑，不要遺漏，越是難于維保，越是安全的薄弱點(diǎn)，尤其是高處難于維保的滑輪組。檢查滑輪是否可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承潤(rùn)滑脂是否充足，品質(zhì)良好，滑輪與鋼絲繩接觸的地方是否有多余的磨痕等。

⑤ 擋繩裝置是否安裝合適?；喲b置上如果沒(méi)有設(shè)置防跳繩裝置或防跳繩裝置與滑輪之間的間隙過(guò)大，超過(guò)鋼絲繩直徑的20%或防跳繩裝置剛度不能滿足使用要求，鋼絲繩會(huì)跳繩引起損傷。

3、案例分享——卷筒與滑輪對(duì)中不好造成鋼絲繩排繩咬繩現(xiàn)象

某平臺(tái)電動(dòng)吊機(jī)吊臂變幅采用卷筒鋼絲繩連接的結(jié)構(gòu)形式，平臺(tái)投產(chǎn)一年以來(lái)，先后更換過(guò)三次變幅鋼絲繩，期間曾出現(xiàn)過(guò)滾筒二層鋼絲繩擠壓斷絲、二層鋼絲繩磨損嚴(yán)重等現(xiàn)象，第三次換繩后出現(xiàn)的咬繩現(xiàn)象。該現(xiàn)象具體表現(xiàn)為變幅卷筒盤繩最多時(shí)，共有鋼絲繩三層，起升吊臂使變幅卷筒盤繞的鋼絲繩從第二層變至第三層時(shí)，出現(xiàn)“嘎嘎嘎”的嚴(yán)重咬繩現(xiàn)象。該現(xiàn)象若不解決，將極大縮短鋼絲繩的使用壽命。對(duì)此現(xiàn)象曾采用滾筒壁增加擋繩塊、在滾筒槽邊緣第一槽增加爬繩塊等方式，現(xiàn)象有所減輕，但并沒(méi)有從根本上得以解決。最終從調(diào)整入繩角，以及卷筒對(duì)中的方向入手，將鋼絲繩排繩問(wèn)題徹底解決。

（1）入繩角的測(cè)量

當(dāng)測(cè)量出滑輪出繩點(diǎn)到滾筒的中線垂直高度H和滑輪中心線到滾筒兩側(cè)內(nèi)壁的距離a/b，即可計(jì)算出滾筒鋼絲繩的入繩角α/β，即 或 。

吊墜下方重錘不要有任何阻擋，使其自然下落，當(dāng)?shù)鯄嫹€(wěn)定后的位置，及為上方定滑輪與下方變幅滾筒的相對(duì)垂直位置。通過(guò)測(cè)量吊墜下落的高度加上吊墜到滾筒中心線的垂直高度，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量為H=8240mm。

測(cè)量吊墜中心到滾筒內(nèi)壁兩側(cè)的距離，即可得出圖16所示的a/b，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量為a=225mm，b=205mm。

（2）角度計(jì)算

根據(jù)入繩角測(cè)量中所列公式用計(jì)算器計(jì)算得出

=1.564° ? ? ? ? ?=1.425°

（3）測(cè)量結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)測(cè)量和計(jì)算，可以明顯看出α>β，實(shí)際測(cè)量的a/b兩邊距離也是a>b，即滾筒安裝的位置相對(duì)上部定滑輪中心偏左，約20mm（a=225mm;b=205mm）。咬繩現(xiàn)象出現(xiàn)的位置也是緊貼右側(cè)滾筒壁，即鋼絲繩二層變至三層時(shí)發(fā)生，說(shuō)明滾筒靠左20mm后，右側(cè)滾筒壁對(duì)鋼絲繩盤繞時(shí)有向左的擠壓作用，故判斷滾筒向左偏離的20mm是造成咬繩現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因。若整改需將滾筒向右平移10mm，使?jié)L筒與定滑輪中心線對(duì)中。同時(shí)，α>1.5°，對(duì)于雙折線卷筒結(jié)構(gòu)，入繩角最好要滿足小于1.5°。

（4）現(xiàn)場(chǎng)整改。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及施工方案的制定，最終方案是將變幅卷筒向右平移10mm，使卷筒與上方定滑輪中心線對(duì)中，具體是通過(guò)擴(kuò)大卷筒地腳螺栓，并增加側(cè)向頂絲固定的方式。

（5）再次確認(rèn)卷筒對(duì)中情況。經(jīng)過(guò)調(diào)整地腳孔重新定位的卷筒，再測(cè)量吊墜中心到滾筒內(nèi)壁兩側(cè)的距離，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量a/b兩邊距離均為215mm，通過(guò)公式計(jì)算入繩角也達(dá)到了1.49°，小于雙折線卷筒使用條件要求的1.5°。

（6）起車試運(yùn)行。經(jīng)過(guò)吊臂反復(fù)升降以及吊物測(cè)試，通過(guò)卷筒的對(duì)中調(diào)整，原有嚴(yán)重的咬繩現(xiàn)象已徹底消除，鋼絲繩可以順利的沿著卷筒繩槽以及繩間進(jìn)行順利排繩。

海上采油平臺(tái)吊機(jī)鋼絲繩磨損的治理更多的是依靠廣大維修人員的努力付出，通過(guò)該論文的總結(jié)歸納，本人希望在鋼絲繩磨損與治理方面能夠?qū)π燎诟冻龅暮Ｓ凸と艘约耙痪€維修人員起到些許幫到，將因鋼絲繩損傷給起重作業(yè)造成的危險(xiǎn)降到最低，讓我們可以安全可靠、降本增效的完成生產(chǎn)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐政峰. 《海洋工程大型起重設(shè)備及其關(guān)鍵技術(shù)研究》.華東科技.2017年.全國(guó)船用機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).海洋平臺(tái)起重機(jī)卷筒設(shè)計(jì)方法.GB/T 37442-2019

曹天兵：1989.12、男、漢、遼寧省、工程師、本科、機(jī)械

翟海剛：1979.9、男、漢、河南省、工程師、本科、機(jī)械

譚春楠：1988.11、男、漢、天津市、助理工程師、專科、機(jī)械

鄂瞳瞳：1987.3、男、滿族、遼寧省、助理工程師、本科、機(jī)械