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(中海油能源發(fā)展股份有限公司湛江采油服務(wù)文昌分公司,廣東 湛江 524057)

FPSO單點(diǎn)液滑環(huán)解體大修工藝

林華春，朱澤錦，吳希明

(中海油能源發(fā)展股份有限公司湛江采油服務(wù)文昌分公司,廣東 湛江 524057)

考慮到液滑環(huán)大修作業(yè)的特殊性，從油田管理的角度強(qiáng)調(diào)技術(shù)核心的重要性，以液滑環(huán)解體大修經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)液滑環(huán)的結(jié)構(gòu)、解體大修的作業(yè)內(nèi)容和關(guān)鍵的工藝要點(diǎn)進(jìn)行分析和總結(jié)。

FPSO；單點(diǎn)液滑環(huán)；解體大修

液滑環(huán)(又稱液旋轉(zhuǎn)接頭)是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的核心部件，其內(nèi)環(huán)與FPSO海底相對(duì)固定，外環(huán)與FPSO船體相對(duì)固定[1],它能在FPSO圍繞單點(diǎn)進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)的同時(shí)保證一定溫度、壓力和流量下的流體傳輸，可以在一個(gè)液滑環(huán)上設(shè)置多個(gè)流體通道，也可以將多個(gè)液滑環(huán)疊加使用[2]。液滑環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要部件包括軸芯、滑環(huán)外環(huán)、滑環(huán)內(nèi)環(huán)軸向軸承、軸承壓板、鎖緊大螺母等。

圖1 液滑環(huán)結(jié)構(gòu)

軸芯內(nèi)部加工有原油通道，由軸向通道和徑向通道組成。另外，滑環(huán)內(nèi)環(huán)和滑環(huán)外環(huán)組成一個(gè)環(huán)形的原油通道，滑環(huán)和軸芯接觸的地方設(shè)有密封[3]。原油從滑環(huán)軸芯底部的入口進(jìn)入，沿著軸向原油通道向上流動(dòng)，經(jīng)過徑向的原油通道進(jìn)入滑環(huán)的環(huán)形通道，最后從滑環(huán)出口流出。

液滑環(huán)由旋轉(zhuǎn)、靜止和密封3大部分組成。液滑環(huán)在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，如圖1所示，圖中3個(gè)軸承壓板和2個(gè)滑環(huán)外環(huán)將聯(lián)結(jié)為一體相對(duì)于軸芯及其他部件旋轉(zhuǎn)。密封部分對(duì)靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分接觸面之間的流體進(jìn)行密封，因此軸承壓板的上表面、內(nèi)側(cè)面、外側(cè)面即為液滑環(huán)的關(guān)鍵密封區(qū)域，需要安裝密封圈進(jìn)行密封，與密封圈配合的表面均為重要的密封面，必須處理光滑,滿足密封要求[4]。內(nèi)環(huán)和外環(huán)、軸承壓板和內(nèi)外環(huán)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封面均設(shè)置了多道密封，提供多重密封保護(hù)[5]。密封部分配備密封滑油系統(tǒng)，為密封圈提供密封壓力和潤(rùn)滑，同時(shí)液位液滑環(huán)的滾動(dòng)軸承提供潤(rùn)滑[6]。

1 液滑環(huán)大修的工作內(nèi)容

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)在應(yīng)用中出現(xiàn)過各類故障，液滑環(huán)作為單點(diǎn)核心部件，一旦出現(xiàn)泄漏等故障將直接導(dǎo)致油田停產(chǎn)，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，在液滑環(huán)出現(xiàn)密封異常或者需要延長(zhǎng)使用壽命時(shí)，均需要考慮進(jìn)行大修[7]。

液滑環(huán)大修主要是更換內(nèi)部的軸向軸承、軸襯、密封等易老化、磨損的零件，同時(shí)對(duì)滑環(huán)內(nèi)部進(jìn)行檢查，并修復(fù)損傷的零部件，其中各個(gè)零部件安裝密封位置的密封表面需要重點(diǎn)關(guān)注。

液滑環(huán)的安裝原理是將各個(gè)滑環(huán)、軸承壓板等環(huán)形部件從下至上逐個(gè)套在軸芯上，最后通過鎖緊大螺母將所有套在軸芯上的各部件壓緊鎖固。為了實(shí)現(xiàn)大修，必須將液滑環(huán)解體，將鎖緊大螺母拆下，然后將各滑環(huán)、軸承壓板按從上至下的順序拆下，進(jìn)行相應(yīng)的更換、維修和重新組裝。

液滑環(huán)大修的關(guān)鍵作業(yè)過程包括：鎖緊大螺母的拆裝、環(huán)形部件的拆裝、鎖緊大螺母的修復(fù)、各部件密封面的修復(fù)。

2 關(guān)鍵工藝分析

2.1 鎖緊大螺母的拆裝

鎖緊大螺母安裝在液滑環(huán)頂部，與軸芯頂部的螺紋相配合旋緊，如圖2所示。

圖2 鎖緊大螺母與軸芯頂部螺紋配合示意

鎖緊大螺母的拆除分2步完成：①螺母預(yù)松；②螺母拆除。

首先在軸芯頂部安裝鎖緊大螺母預(yù)緊工裝，通過螺栓將預(yù)緊工裝在軸芯頂部進(jìn)行固定，然后在預(yù)緊工裝和滑環(huán)外環(huán)之間均勻布置4個(gè)液壓千斤頂，如圖3所示。液壓千斤頂將軸芯頂起拉伸，消除鎖緊大螺母的鎖緊力后使用加力桿將螺母擰松半圈完成預(yù)松。

圖3 液壓千斤頂布置示意

鎖緊大螺母直徑約1.5 m，重量接近1 t，為了避免拆除大螺母時(shí)損壞螺紋，需要使用吊機(jī)將大螺母吊起，通過在吊索具中安裝拉力計(jì)，對(duì)吊機(jī)拉力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保持吊機(jī)對(duì)鎖緊大螺母的拉力等于鎖緊大螺母的重力，在吊機(jī)拉力和重力平衡的狀態(tài)下使用加力桿將鎖緊大螺母完全擰下拆除，如圖4所示。

圖4 鎖緊大螺母拆除示意

在這種狀態(tài)下鎖緊大螺母的螺紋受力最小，容易擰松螺母且不易造成螺紋損傷。要特別注意的是，在擰松鎖緊大螺母的過程中，吊機(jī)拉力會(huì)隨著鎖緊大螺母向上松動(dòng)的過程而逐漸減小。因此，需要注意觀測(cè)拉力計(jì)的拉力數(shù)值變化并及時(shí)調(diào)整吊機(jī)拉力，保持吊機(jī)拉力和鎖緊大螺母拉力的平衡。

鎖緊大螺母安裝的工藝要點(diǎn)和拆除的工藝要點(diǎn)相同，重點(diǎn)是在大螺母安裝的過程中進(jìn)行吊機(jī)拉力調(diào)整，保持吊機(jī)拉力的平衡。

在鎖緊大螺母安裝過程中由于吊機(jī)拉力控制失誤導(dǎo)致螺紋損傷而需要再次修復(fù)和重新安裝。根據(jù)安裝工藝要點(diǎn)的分析，建議拆裝大螺母時(shí)，在吊索具中間增加一個(gè)手拉葫蘆，利用手拉葫蘆的微調(diào)控制吊機(jī)拉力，能夠最大限度避免螺紋損傷，提高安裝成功率。

3.2 滑環(huán)環(huán)形部件的拆裝

液滑環(huán)是由多個(gè)套在軸芯上的多個(gè)環(huán)形部件組成的，包括滑環(huán)外環(huán)、滑環(huán)內(nèi)環(huán)、軸承壓板等。這些環(huán)形部件和軸芯共同構(gòu)成了液滑環(huán)的液體通道，環(huán)形部件與軸芯之間的配合面、不同環(huán)形部件之間的配合面均是經(jīng)過拋光處理的密封面，因此在拆裝的時(shí)候需要特別注意密封面的保護(hù)。

以軸承壓板的拆裝為例，在液滑環(huán)的上、中、下共布置有3個(gè)軸承壓板，軸承壓板的主要作用是用于布置軸向軸承、動(dòng)密封、靜密封，如圖5所示。

圖5 液滑環(huán)軸承壓板示意圖

軸承壓板的拆裝需要用到專用的筒形裝配工裝，該工裝可以在拆裝過程中保護(hù)各部件的密封面不受損傷。筒形裝配工裝由吊裝工裝和導(dǎo)向工裝兩部分組成，吊裝工裝形狀為筒形，類似一個(gè)倒扣的圓筒桶，內(nèi)徑比軸芯外徑略大，可以套入軸芯完成各個(gè)環(huán)形部件的吊裝。導(dǎo)向工裝安裝在軸芯頂部作為筒形吊裝工裝的就位導(dǎo)向，其最大外徑比筒形吊裝工裝內(nèi)徑略小,如圖6。

圖6 專用的筒形裝配工裝

筒形裝配工裝在使用時(shí)首先要在軸芯頂部安裝導(dǎo)向工裝，然后將吊裝工裝在導(dǎo)向工裝的導(dǎo)向下套入軸芯。吊裝工裝落在被吊部件頂部后，使用連接螺栓將吊裝工裝和被吊部件，最后被吊部件和吊裝工裝一起被吊起，如圖7所示。

圖7 筒形裝配工裝工作示意

拆裝軸承壓板的工藝要點(diǎn)是避免吊裝過程中發(fā)生碰撞而導(dǎo)致各部件的密封面損傷，主要通過2種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)密封面的保護(hù)：①保持吊裝工裝的準(zhǔn)確對(duì)中，通過吊機(jī)的操作和導(dǎo)向工裝的輔助，在筒形吊裝工裝的下落過程中根據(jù)情況不斷調(diào)整對(duì)中；②通過時(shí)刻監(jiān)控吊索具中的拉力計(jì)讀數(shù)，觀測(cè)吊裝過程中是否發(fā)生摩擦刮碰。如果吊裝工裝和軸芯之間有接觸，會(huì)立刻在拉力計(jì)讀數(shù)的變化上反映出來。拆裝過程中應(yīng)保持吊裝速度緩慢均勻，盡可能中途不停止。如果下落的時(shí)候讀數(shù)變小或者上升的過程中讀數(shù)突然變大，要及時(shí)暫停，觀測(cè)是否有刮碰。建議在筒形吊裝工裝內(nèi)部安裝防碰墊片或者進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐克芴幚怼?/p>

2.3 鎖緊大螺母的修復(fù)

鎖緊大螺母的螺紋以及對(duì)應(yīng)的滑環(huán)軸芯上的螺紋在拆的過程中由于吊機(jī)動(dòng)作和擰松螺母動(dòng)作的不同步會(huì)產(chǎn)生劃傷、壓痕等損傷，這些損傷需要

修復(fù)后才能重新安裝大螺母。首先使用銼刀沿著螺紋方向銼平表面比較嚴(yán)重的損傷，然后使用A400砂紙沿著螺紋方向進(jìn)行打磨修復(fù)，要求外觀光滑，手感順滑，沒有異常的粗糙感。

2.4 各部件密封面的修復(fù)

滑環(huán)完全解體后需要對(duì)拆下來的各個(gè)部件進(jìn)行檢查。各個(gè)部件的配合密封面在解體過程中的反復(fù)吊裝不可避免都會(huì)存在或多或少的劃痕，特別是吊裝過程中產(chǎn)生的徑向和軸向劃痕會(huì)嚴(yán)重影響密封的效果，因此在實(shí)際作業(yè)過程中全都需要打磨修復(fù)，這是一項(xiàng)非常重要的工作。

軸芯的密封面修復(fù)是打磨修復(fù)工作的重點(diǎn)，解體過程中裝配工裝反復(fù)經(jīng)過軸芯很容易在配合密封面上產(chǎn)生多處軸向劃痕，而且會(huì)有不少較嚴(yán)重的劃痕需要進(jìn)行打磨修復(fù)。打磨需要選擇與滑環(huán)各部件材質(zhì)相匹配的工具，滑環(huán)部件的材料既要考慮其耐油介質(zhì)腐蝕、耐海水腐蝕，還要考慮其耐壓性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，通常材料為雙向不銹鋼[8]。較輕的劃痕使用A400-A600的砂紙帶沿著周向進(jìn)行打磨修復(fù)。較嚴(yán)重的劃痕使用拋光機(jī)配合A400-A600的圓砂紙進(jìn)行打磨修復(fù)。為了達(dá)到更好的修復(fù)效果，最后可以使用規(guī)格12 MICRON的拋光液進(jìn)行拋光處理。

[1] 徐化奎,劉錫鵬.FPSO單點(diǎn)系泊核心部件液體滑環(huán)的修復(fù)研究與應(yīng)用[J].石化技術(shù),2005(7)：95-96.

[2] 海洋石油工程設(shè)計(jì)指南編委會(huì).海洋石油工程設(shè)計(jì)指南:海洋石油工程FPSO與單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2007.

[3] 張世雙.單點(diǎn)系泊(液滑環(huán))功能性試驗(yàn)技術(shù)研究[J].重工與起重機(jī)技術(shù)，2012(4):15-16.

[4] 宋志鵬,鄭紹春.浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油船多通道流體旋轉(zhuǎn)接頭性能分析[J].船海工程，2010(4):53-57.

[5] 譚家翔.邊際油田水下液滑環(huán)總體設(shè)計(jì)分析[J].船海工程，2010，39(5):53-59.

[6] 胡國(guó)后.機(jī)械滑環(huán)系統(tǒng)維護(hù)與管理分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013(3):90-92.

[7] 劉生法.單點(diǎn)系泊系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，2012(1):39-43.

[8] 黃佳,范模,王忠暢,等.南海單點(diǎn)系泊系統(tǒng)故障分析[J].船海工程，2015，44(5):88-92.

On Overhual Technology of FPSO Process Swivel

LINHua-chun,ZHUZe-jin,WUXi-ming

(Wenchang Oil Production Servises Company, CNOOC Energy Technology & Services Company, Zhanjiang Guangdong 524057, China)

Considering the speciality of the swivel overhaul is that it only can be taken place when FPSO in dry dock, which also the most tight schedule peroid. The manage group of field side need to know the key of swivel technology that the swivel overhaul can go on well. Based on the experience of process swivel overhaul, the structure of proce swivel and the work scope were analyzed, so as to make valuable conclustion and suggestion for the importance technological requirements of overhaul.

FPSO; process swivel; disassemble and overhaul

P754

A

1671-7953(2017)05-0099-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.05.027

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2017.05.026

2017-07-12

修回日期：2017-08-31

林華春(1982—)，男，碩士，工程師

研究方向：海上油氣開發(fā)