浅谈大口径长输管道下沟技术1.doc

论文题目：浅谈大口径长输管道下沟技术作者：李守国工作单位：江苏石油勘探局油田建设处（江苏省江都市邵伯镇 225261中国）收稿日期： 2010-03-05基金项目：中石化阿尔及利亚水管道项目作者简介： 第一作者：李守国（1972.3）；男；1992年7月毕业于胜利石油学校油田地面设备安装专业；工程师；专科；当下在建中石化阿尔及利亚水管道项目；研究方向：管道项目工艺安装工程。通讯地址：江苏省扬州市文昌中路名都华庭12幢906室 （225000）联系人姓名电话：李守国E-mai： QQ号码：356564277浅谈大口径长输管道下沟技术记阿尔及利亚水管道项目李守国 江苏石油勘探局油田建设处（江苏省江都市邵伯镇 225261 中国）摘要： 阿尔及利亚沙漠水管线管道项目采用X70钢，直径为1200mm、1000mm、900mm、800mm、700mm，设计压力3.2MPa、2.0MPa、1.5MPa。中国石油化工集团首次在国外从事如此大的管道项目，承揽了其中2个标段共840km的施工任务，施工中采用了滚轮吊篮下沟技术，取得了较好的效果。本文着重对DN1200mm管道滚轮吊篮下沟时管道的弹性弯曲位移、沿线各吊管机承受的载荷分布以及滚轮对3PE防腐层的影响等进行了计算分析，结合实际情况给出了70t、90t吊管机的多种配置方案，为直径1219mm管道的施工提供依据。关键词：大口径管道 滚轮吊篮下沟 吊管机配置 阿尔及利亚沙漠水管线项目其中直径为1219mm(48in)、壁厚17.2 mm的X70钢管，外防腐采用3PE。中国石油化工集团江苏油建承担了128.6km施工任务，是首次从事直径为1219mm管道的施工。1. D1219 mm管道的下沟计算分析 管道钢级为API-5L X70，管径D=1219mm，厚度= 17.2 mm，3PE用量按50 kg/m计，屈服强度s= 485 MPa，弹性模量E=2.1105 MPa，下沟时管道内部压力P= 0.104 MPa，钢管单位长度重量q= 5.6 kN/m。1.1管道曲率半径的计算 =ED/20.54s-PD/(4)=49217.99cm，曲率半径取=495 m。1.2弯曲应力p的计算在下沟过程中，弯曲应力p应低于许用应力许用应力取0.72倍的钢管屈服强度，为349.2MPa，p=ED=260 MPa。1.3管道弹性弯曲长度与高度的关系取管道抬起距地面高度为H，忽略次要因素，下沟管道前端按照一段内凹圆弧和一段外凸圆弧考虑；管沟深度为h，则管道最高点（指单台吊管机作用时，管道起吊的最大高度）与管底距离为H+h；下沟管道后端也按照一段内凹圆弧和一段外凸圆弧考虑；圆弧半径按照曲率半径考虑，R=495m，管道弹性弯曲长度与高度见图1。图1 管道弹性弯曲长度与高度示意根据圆弧的计算式R= (R-H/2)+ (L/2)，得L= 4RH-H。H与L关系的计算结果列于表1。表1 H与L关系的计算结果抬吊高度H/m11.31.522.533.53.744.5弯曲长度L/m44.4950.7254.4862.9070.3177.0183.1785.5188.9094.29 根据现场实际情况，当管道最高点距地面1.5 m时，从地面前端着地点到最高点的管道长度为5根钢管，L约5760m，从沟下后端着地点到最高点的管道长度为7根钢管，L1约8085 m，与表l的计算结果大体吻合。1.4滚轮吊篮下沟时吊管机的载荷分布管沟深度为2.2 m。假定起吊最高点与地面距离为1.5 m，使管道支离地面的土堆高度为0.2 m，地势状况好，由3台90 t和1台70 t吊管机组成滚轮下沟机组，吊管机分布见图2。 第1台放置在最高点的前端5m位置，为90t吊管机，吊钩到履带边缘的距离为2.0m。第2台放置在最高点的后面10m位置，为70t吊管机，吊钩到履带边缘的距离为2.5m。 第3台放置在第2台的后面15m位置，为90t吊管机吊钩到履带边缘的距离为3.0 m。 第4台放置在第3台的后面15m位置，为90t吊管机，吊钩到履带边缘的距离为3.5 m。 钢管单位长度的重量为5.6kN/m，最高点前端钢管的重量(因土堆高度为0.2m，相对抬吊高度为1.3m，根据表1，前端钢管长度取50.72 m)G1=50.72m5.6kN/m=284kN，最高点后端钢管的重量G2=85.51m5.6 kN/m= 478.9 kN。最高点前端的钢管重量（忽略滚轮吊篮重量）全部由第1台吊管机承担，后端的载荷全部由第2、3、4台吊管机承担，安全系数均取1.3，则T1=369 kN；T2+T3+T4=623 kN。1.5吊管机的起吊能力通常吊管机载重支持轮外侧到管沟边的距离是2m。国产泰安70t和90t吊管机行走及静止状态起吊能力分别见表2、表3。表2 70t和90t吊管机行走状态起吊能力/kN吊管机载重轮外侧到吊钩中心的距离/m22.533.544.5DJY70361285233196170149DJY90392308252210182168表3 70t和90t吊管机静止状态起吊能力/kN吊管机载重轮外侧到吊钩中心的距离/m22.533.544.5DJY70425335274231200175DJY90560440360300260240 采用3台90t和1台70t吊管机下沟能力分析见表4，可知本配置是可以满足下沟要求的。表4 3台90t和1台70t吊管机下沟能力分析计算载荷载重轮外侧到吊钩中心的距离/m行走状态起吊能力/kN类型T1=369 kN2.0392T1DJY90T2+T3+T4=623 kN2.5285747T2+T3+T4DJY703.0252DJY903.5210DJY902. 吊篮滚轮对外防腐层的影响吊管机最大承载能力Tmax=392kN，与管道接触的滚轮数量n=52= 10，滚轮与防腐层的滑动摩擦系数= 0.1，滚轮与防腐层接触面积S= 0.20m0.02m=0.004m，在滑动状态下3PE防腐层最小的屈服强度3PE= 19 MPa。滚轮吊篮结构见图3，受力分析见图4。图3 滚轮吊篮结构示意图3 滚轮吊篮受力分析滚轮对防腐层的压力：由2Ncos 60+ 2Ncos30+N=Tmax2可得N= Tmax(4+23)52.52 kN 滚轮与防腐层间的滑动摩擦力：Ff=N=0.152.52 kN= 5.252 kN。 滚轮对防腐层的总压应力：48=RF/S=Ff2+N2=13.2 MPa3PE =19 MPa。 从理论计算和实际使用效果看，滚轮对防腐层无伤害。3. 吊管机配置及实际使用情况3.1吊管机型号 在阿尔及利亚沙漠水管线项目中，使用的70t吊管机有国产泰安DJY70一种型号，使用的90t吊管机有国产泰安DJY90、卡特587T。3.2吊管机现场使用配置 (1)第一种下沟机组配置：采用吊带，2台70t和2台90t吊管机下沟，现场地形宽敞平坦且不塌方，但下沟速度慢，每个台班（10h）在0.60.8 km。 (2)第二种下沟机组配置：采用菲茨滚轮吊篮，3台90t、1台70t吊管机下沟。从地上前端到沟下后端，吊管机布置为：90t、70t、90t、90t，每台间距1215m，现场地形平坦，管沟不塌方，下沟速度每个台班在2 km左右。 (3)第三种下沟机组配置：采用菲茨漆轮吊篮，3台90t、2台70 t吊管机下沟。从地上前端到沟下后端，吊管机布置为：90t、70t、70l、90t、90t，每台间距1215m，现场地形平坦或浅丘，管沟不塌方。下沟速度每个台班在3 km左右。 (4)第四种下沟机组配置：采用菲茨滚轮吊篮，4台90t吊管机下沟。每台间距1215m，现场地形较为平坦或中等丘陵，管沟塌方不严重。下沟速度每个台班在4 km左右。 (5)第五种下沟机组配置：采用菲茨滚轮吊篮，5台9