王智勇 朱澧 李凱 劉征 虎攀

摘要：我國(guó)將逐步發(fā)展海上油氣勘探平臺(tái)，推進(jìn)油氣勘探，以滿足我國(guó)巨大的油氣需求，海上石油平臺(tái)管道保障部署應(yīng)根據(jù)具體場(chǎng)景進(jìn)行部署。油氣平臺(tái)由于施工技術(shù)要求高、造價(jià)高、工程化，對(duì)安全有特殊要求，為此，本文將深入分析石油平臺(tái)管道支架的布置，為我國(guó)海洋石油平臺(tái)提供管道支架. 針對(duì)海洋石油平臺(tái)管道支架設(shè)計(jì)與施工存在的問(wèn)題，總結(jié)分析了平臺(tái)管道支架設(shè)計(jì)與施工存在問(wèn)題的原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施和建議。

關(guān)鍵詞：海洋石油平臺(tái);管線支架;PDMS;支架設(shè)計(jì);施工現(xiàn)場(chǎng);改進(jìn)措施

平臺(tái)管道受海洋平臺(tái)空間的影響，既要滿足工藝流程的要求，又要達(dá)到清潔美觀的效果。因此，選擇合適的管線支架是非常重要的。管道中的主要和次要應(yīng)力。 本文對(duì)渤海海上石油平臺(tái)設(shè)計(jì)和施工中常見(jiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)分析，在選擇合適支架的前提下，協(xié)助未來(lái)平臺(tái)管道支架的設(shè)計(jì)和施工。

一、管線支架類(lèi)型

平臺(tái)管道支持分為三類(lèi)，主要根據(jù)其形式。一種是附在管道上的支架，如管靴、U型管夾、彎頭、三通支架等，另一種是鋼制支撐架、門(mén)支架、T形支架、L形支架等結(jié)構(gòu);其他類(lèi)型有彈簧支架、吊架和其他特殊支架。

二、支架典型問(wèn)題及原因

由于海上平臺(tái)空間限制，管線支架難以實(shí)現(xiàn)高度標(biāo)準(zhǔn)化，承包商難以根據(jù)3D管道圖的支護(hù)編號(hào)準(zhǔn)確完成支護(hù)施工，方便現(xiàn)場(chǎng)施工。并且，設(shè)計(jì)工程師對(duì)施工圖紙有特定的要求，圖紙和管線支架的問(wèn)題主要出現(xiàn)在兩個(gè)階段：設(shè)計(jì)階段和施工階段。

1.設(shè)計(jì)階段的問(wèn)題及原因

（1）支架的中心偏離結(jié)構(gòu)梁的中心。PDMS軟件中的支架建模順序?yàn)橹Ъ苊Ъ茕摻Y(jié)構(gòu)支撐類(lèi)型選擇→支撐管道選擇→固定類(lèi)型選擇→固定位置選擇。由于管夾安裝在截面的刀板上而不是截面的中心，此外，支架上的 DATUM 點(diǎn)正好位于管夾的中心。當(dāng)您放置管夾時(shí)，支架的截面成為結(jié)構(gòu)梁的中心，而中心偏離結(jié)構(gòu)梁的中心。在這種情況下，結(jié)構(gòu)梁會(huì)產(chǎn)生脫離力的中心并影響力的效果。

（2）由于后期管道調(diào)整引起的支架問(wèn)題。 如果項(xiàng)目工期緊，施工過(guò)程允許，設(shè)計(jì)方可將部分支架圖連同3D管線圖一起下發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制安裝，支架布置圖稍后再出。如果現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有支撐圖，支撐位置以支撐圖上的定位點(diǎn)（DATUM點(diǎn)）為準(zhǔn)。更改構(gòu)建帶有錨點(diǎn)的支架模型的管道可能會(huì)導(dǎo)致支架問(wèn)題。影響施工進(jìn)度和圖紙的準(zhǔn)確性，如改變錨點(diǎn)坐標(biāo)，支架圖紙尺寸不正確，支架無(wú)法拆除等。

2.施工階段的問(wèn)題及原因

（1） U-BOLT即U形管卡安裝在錯(cuò)誤的位置。對(duì)于小型（小于 8 英寸）碳鋼和合金鋼管道和非絕緣管道，平臺(tái)通常用帶有 PTFE 墊圈的 U 形管夾固定。 預(yù)制支架時(shí)安裝管夾。但是，由于生產(chǎn)前錯(cuò)誤或管道錯(cuò)誤導(dǎo)致的偏差，無(wú)法安裝管夾。

（2）管靴安裝不正確。對(duì)于大型（大于8英寸）碳鋼、不銹鋼和絕緣管道，平臺(tái)通常由管靴支撐，并增加其他功能擋塊，以達(dá)到固定限位的目的。 由于管道的高度不同，對(duì)管靴高度的要求也不同，特別是管排不同尺寸的管道底部高度，所以管靴是按整體預(yù)制的尺寸。無(wú)法滿足要求。

（3）不能安裝特殊的管道支架和附件。由于玻璃鋼管道在平臺(tái)上的柔性和平臺(tái)空間的限制，管道通過(guò)π形彎曲吸收應(yīng)力，支座的位置由應(yīng)力計(jì)算確定。但平臺(tái)上的玻璃鋼管道采用拼接方式連接，管道末端通過(guò)磨錐度與管件連接，由于玻璃鋼管道的制造問(wèn)題和施工人力不同，拋光錐度也不同。由于管件的插入距離不同，安裝后管件之間的距離與建筑圖紙不符，管夾與管件的位置需要軸向固定的地方有支架偏移，可以安裝止推塊的地方，或者管卡固定側(cè)的直管段不夠長(zhǎng)，不能及時(shí)安裝保護(hù)瓦。

三、支架典型問(wèn)題的改進(jìn)措施

1.嚴(yán)格按照支架設(shè)計(jì)的基本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)

（1）管道支架設(shè)計(jì)應(yīng)符合ASME B31.3第321節(jié)中要求。

（2）對(duì)不銹鋼、合金鋼和鍍鋅鋼管，不宜使用焊接型管道支架。若不可避免的要使用焊接型管道支架，材料要與管道材料一致。這幾類(lèi)管道與碳鋼管道支架（如碳鋼管夾、管夾型管托以及型鋼等）接觸時(shí)，應(yīng)加墊PTFE隔離層。

（3）管架設(shè)計(jì)應(yīng)考慮水壓試驗(yàn)和其它附加載荷的作用效應(yīng)。

（4）管道支架應(yīng)有防止冷橋產(chǎn)生的措施。

（5）管道支架載荷大于10kN或力矩大于2kN·m的管道支架，選型應(yīng)慎重，并將支架計(jì)算載荷反饋給結(jié)構(gòu)或土建設(shè)計(jì)方進(jìn)行結(jié)構(gòu)和土建設(shè)計(jì)的校核。

（6）對(duì)于假腿型支架，供應(yīng)商應(yīng)根據(jù)支架荷載校核管道厚度和加強(qiáng)板厚度，并將核算過(guò)程和結(jié)果體現(xiàn)在提交的報(bào)告中。

（7）管道支架的材料可以根據(jù)項(xiàng)目需要選用國(guó)標(biāo)材料或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)材料，最終選用的材料應(yīng)在支架詳圖中注明。

（8）彈簧支吊架應(yīng)成套設(shè)計(jì)。

2.嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支架設(shè)計(jì)和選型

（1）恒力彈簧支吊架的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和選用遵循《恒力彈簧支吊架》NB/T 47038中的要求。

（2）可變彈簧支吊架的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和選用遵循《可變彈簧支吊架》NB/T 47039中的要求。

（3）不銹鋼管道與管部結(jié)構(gòu)之間應(yīng)加置不銹鋼襯墊，防止不銹鋼管道的電化學(xué)損傷。

（4）生根于承載結(jié)構(gòu)上的輔助鋼結(jié)構(gòu)的型式及其與承載結(jié)構(gòu)的連接方式，應(yīng)符合承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。未經(jīng)承載結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)同意，不應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)上開(kāi)孔。

（5）輔助鋼結(jié)構(gòu)的懸臂受力點(diǎn)的懸臂距離應(yīng)根據(jù)荷載及承載結(jié)構(gòu)的型式和截面確定，并不宜大于800mm。

3.設(shè)計(jì)階段的改進(jìn)措施

（1）支架設(shè)計(jì)是在PDMS 3D建模軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，該措施使得施工階段的實(shí)際情況可以及時(shí)與相關(guān)軟件工程部門(mén)的溝通，方便了二次軟件開(kāi)發(fā)。其次設(shè)計(jì)者在建模過(guò)程中熟悉具體的尺寸要求，并且必須是通過(guò)支架截面平臺(tái)，以測(cè)量計(jì)算的偏差隨時(shí)間的變化并手動(dòng)校正支架位置。

（2）在管線支架的設(shè)計(jì)階段需要同時(shí)兼顧支架設(shè)計(jì)和管道設(shè)計(jì)，這兩種設(shè)計(jì)的人員需要及時(shí)溝通施工情況，以便在管道發(fā)生變化時(shí)重新定位支架放置點(diǎn)，尤其是大面積更換或取消管道時(shí)你應(yīng)該。 這是因?yàn)楫?dāng)刪除支架上的管夾或管靴時(shí)，一旦刪除了支架上的定位點(diǎn)，就無(wú)法撤回支架。

（3）對(duì)于玻璃纖維增強(qiáng)塑料等特殊材料管道中的支撐位置，管道和支撐設(shè)計(jì)人員必須注意確保它們有足夠的直管段來(lái)適應(yīng)由于現(xiàn)場(chǎng)施工錯(cuò)誤而引起的變化，而應(yīng)力計(jì)算器則應(yīng)盡量避免。支架的采購(gòu)，在評(píng)標(biāo)時(shí)盡量選擇質(zhì)量過(guò)硬的合格供應(yīng)商。

4.施工階段的改進(jìn)措施

（1）嚴(yán)格按照支架詳細(xì)視圖中的定位點(diǎn)和尺寸標(biāo)記確定管夾在截面鋼中的打開(kāi)位置。對(duì)于具有緊密管排的支架，可以先放置管夾孔以在現(xiàn)場(chǎng)形成開(kāi)口。確保型鋼上的密孔不影響管道，將角鋼固定或焊接在型鋼上。 在設(shè)計(jì)者允許的情況下，不良的管夾孔在轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。

（2）對(duì)于有特殊管靴高度和長(zhǎng)度要求的支架，我們建議現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制安裝。以免安裝尺寸不正確。對(duì)于不同材質(zhì)、不同管子的管道、鞋材或管壁較薄的管道，必須在管道下方添加管道材料。 同一墊板用于防止異種金屬之間的電腐蝕或焊接對(duì)管道強(qiáng)度的影響。

（3）對(duì)于使用玻璃鋼等特殊材料制作的管線支架，管道預(yù)制的技術(shù)水平的提高是最主要且要首先完成的部分，從而提高預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的支持，其次是移動(dòng)支架時(shí)，如果需要更換直管段，應(yīng)及時(shí)對(duì)其應(yīng)力位置進(jìn)行分析計(jì)算，確保新位置合適，不能更改位置。不得未經(jīng)批準(zhǔn)擅自更改，避免發(fā)生危險(xiǎn)事故。

結(jié)論

在進(jìn)行管線支架的設(shè)計(jì)階段，我們需要注意管線支架是否符合海洋平臺(tái)的應(yīng)用，盡可能的考慮細(xì)節(jié)性的問(wèn)題，為避免施工過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)，必須按照施工圖和施工圖進(jìn)行施工。在圖紙的設(shè)計(jì)階段同時(shí)也要考慮施工技術(shù)人員的施工水平和困難發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，只有在設(shè)計(jì)階段及早預(yù)測(cè)和解決問(wèn)題，才能預(yù)防和減少現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題的發(fā)生。

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