張國亞，陳志碩

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520 ）

隨著我國海洋石油工業(yè)的發(fā)展，技術(shù)較為成熟的導(dǎo)管架式平臺(tái)被廣泛應(yīng)用于海洋石油開發(fā)工程中[1]。導(dǎo)管架平臺(tái)一般由上部的生活組塊、生產(chǎn)模塊和下部的導(dǎo)管架、立管、鋼樁等結(jié)構(gòu)物組成[2]，其結(jié)構(gòu)較為簡單，在淺水油氣的開發(fā)過程中應(yīng)用較為廣泛，是目前海洋油氣資源開發(fā)的重要設(shè)施[3]。導(dǎo)管架平臺(tái)的結(jié)構(gòu)物一般為鋼結(jié)構(gòu)，如不采取有效的防腐措施，這些鋼結(jié)構(gòu)物極易在海水中發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，極大縮短平臺(tái)服役壽命，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[4]。為了防止海水對導(dǎo)管架平臺(tái)的腐蝕，工程人員通常在導(dǎo)管架平臺(tái)上采用涂層防護(hù)和犧牲陽極陰極保護(hù)法兩種主要防腐措施，并取得了良好的防腐蝕效果。涂層防護(hù)主要是通過對鋼結(jié)構(gòu)物涂裝形成漆膜，從而將金屬與環(huán)境分隔開，保護(hù)金屬免受侵蝕[5]。犧牲陽極陰極保護(hù)法主要是將陽極材料通過陽極腿焊接到鋼結(jié)構(gòu)上，通過電偶作用溶解陽極，產(chǎn)生陰極保護(hù)電流，從而對平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)起保護(hù)作用。

立管作為海洋工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的重要組成部分，是海洋平臺(tái)上部生產(chǎn)設(shè)施管線與海底管道連接的重要管段，通常分為剛性立管和柔性立管[6,7]。對于立管的腐蝕防護(hù)通常采用涂裝防腐涂層和安裝鐲式陽極的方法。本文以荔灣3-1導(dǎo)管架平臺(tái)立管陸地建造施工為題，對立管鐲式陽極安裝工藝進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種鐲式陽極安裝夾具，對于提高陽極安裝效率和安裝質(zhì)量，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省費(fèi)用等具有重要意義。

1 陽極安裝工藝分析

安裝在立管上的犧牲陽極一般為鋁合金材質(zhì)的鐲式陽極，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 鐲式陽極結(jié)構(gòu)圖[8]

1.1 焊接工藝

鐲式陽極通常采用焊接方式固定在立管上，即首先剝離涂層，露出管體后再與陽極腿焊接固定，安裝完陽極后再對破損涂層進(jìn)行修補(bǔ)。該工藝存在如下缺點(diǎn):

1. 為滿足焊接需要，鐲式陽極在焊接前需對立管已有防腐涂層進(jìn)行打磨去除，由此造成大量的立管原有防腐層被破壞；

2. 被破壞的立管防腐層面積較大(平方米量級(jí))，需采用熱縮帶、瑪蹄酯等材料進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)程序復(fù)雜，浪費(fèi)人力、物力。

3. 焊接過程中，焊接的熱輸入量較大，進(jìn)一步破壞焊接區(qū)周圍立管原有防腐層；

1.2 卡裝工藝

鐲式陽極還可采用卡裝方式進(jìn)行固定，與常規(guī)的焊接方式相比，此方法鐲式陽極不需要直接焊接在立管上，而是通過陽極芯扁鐵相互焊接使陽極半瓦抱緊固定于立管上，陽極和立管間的電連接采用電纜進(jìn)行，如圖2所示。采用該工藝，陽極破壞立管的防腐涂層面積?。ㄆ椒嚼迕准?jí)），防腐層修補(bǔ)簡便。

圖2 鐲式陽極卡裝方式安裝[9]

該工藝對鐲式陽極的安裝提出了更高的要求，需采用夾具在陽極上施加一定的壓力，然后將鐲式陽極的兩個(gè)半片陽極進(jìn)行焊接，使陽極抱緊在立管上。由于鐲式陽極為環(huán)形，厚度薄，在對陽極使用夾具施加壓力過程中，若施加的壓力不夠，陽極和立管間的摩擦力太小，陽極會(huì)在重力或振動(dòng)的作用下滑動(dòng)；若施加壓力太大，則可能破壞陽極或立管。

2 鐲式夾具設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

為了滿足鐲式陽極卡裝工藝的安裝要求，需要考慮并解決的關(guān)鍵技術(shù)問題如下：

1. 壓力需要均勻分布在陽極表面；

2. 保證陽極在安裝過程中不受機(jī)械損傷；3. 準(zhǔn)確控制施加在陽極上的壓力。

基于此，設(shè)計(jì)發(fā)明了一套鐲式陽極安裝夾具，該夾具可以準(zhǔn)確的控制施加壓力，而且滿足立管鐲式陽極安裝的要求。

該立管鐲式陽極安裝夾具，由兩個(gè)碳鋼半瓦組成，內(nèi)部粘貼氯丁橡膠片，兩個(gè)半瓦端部具有水平板，水平板上設(shè)有螺栓孔，兩半瓦通過螺栓連接固定。通過力矩扳手張緊夾具上的螺栓，而達(dá)到在陽極上施加壓力的目的（如圖3所示）。

圖3 鐲式陽極安裝夾具

2.2 施工步驟

該鐲式陽極安裝夾具在荔灣3-1導(dǎo)管架平臺(tái)立管陽極安裝上得到了充分應(yīng)用，具體施工步驟如下：

1. 準(zhǔn)備工作：根據(jù)立管的壁厚和材質(zhì)，計(jì)算立管所能承受的最大壓強(qiáng)，根據(jù)陽極和立管接觸面積，計(jì)算需可以施加的最大壓力Fmax；根據(jù)陽極的尺寸、重量和立管原有涂層的摩擦特性，計(jì)算固定陽極所需的最小壓力Fmin。根據(jù)項(xiàng)目需要確定陽極安裝過程中所需施加的壓力F，該壓力應(yīng)小于等于立管可承受的壓力Fmax，大于等于固定陽極所需的壓力Fmin，既Fmin≤F≤Fmax。

2. 將陽極放置在立管上，陽極安裝夾具放置在陽極外側(cè)。

3. 使用力矩扳手旋轉(zhuǎn)夾具上的螺栓，向陽極施加壓力，直至達(dá)到所要求的壓力。

4. 達(dá)到壓力后，將兩片鐲式陽極間進(jìn)行焊接固定，所有陽極安裝均按照此步驟進(jìn)行。

3 結(jié)論

該立管鐲式陽極安裝夾具，結(jié)構(gòu)簡單、制作簡便、價(jià)格低廉；通過常見力矩扳手施加壓力，操作方便、效率高、易于推廣使用。該夾具在荔灣3-1導(dǎo)管架平臺(tái)立管陽極安裝上得到了充分的利用，陽極安裝速度提高至少3倍以上，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，滿足工程質(zhì)量要求的同時(shí)大大加快了施工進(jìn)程。