膨胀弯安装浅析-转正论文

1、膨胀弯安装浅析 姓 名：赵福臣指导老师：实习单位：安装公司技术部毕业院校：东北石油大学所学专业：化工过程机械2012 年 1 月 18日摘要在海上油气田开发过程中，膨胀弯安装是海管施工的一个重要环节，膨胀弯是由弯头和直管段组成，用于连接立管和平管，本文以JZ9-3海管修复为例，浅谈膨胀弯安装技术。 关键词：膨胀弯, 立管, 平管 AbstractIn the process of offshore oil and gas development. The installation of spool piece is one vital step of pipeline installation

2、.Spool piece is made up of elbow and straight pipe，which is used to connect riser and pipeline. This article introduces the procedure of spool piece installation based on JZ9-3 Repairation.Keywords: Spool piece, riser, pipeline 目录摘要 1一 工程概述4二 施工船舶及施工人员组成6三 膨胀弯安装程序83.1准备工作83.2第一节膨胀弯的安装93.3第二节膨胀弯的安装12

3、3.4. 膨胀弯保护213.5. 膨胀弯安装后调查22四 参考文献23五 致 谢24一 工程概述JZ9-3W 油气田地处渤海辽东湾北部，其中JZ9-3W WHPB 平台至JZ9-3 GCP 平台的6”混输管线长度约1.43km，膨胀弯长度27米，WHPB 平台处水深为8.1m，GCP 平台处水深为8.5m，管线路由水深为7.9m8.1m。 图1-1 锦州9-3位置图2011年10月14日下午，由于施工船舶起锚作业导致WHPB平台附近膨胀弯与平管段连接部分被拉断，从而导致停产。10月24日，主作业船BH109从天津港出发，经过近两天的航行到达JZ9-3W WHPB施工现场，经过潜水员水下对平管、

4、膨胀弯及立管进行探摸后；发现平管段端部变形较大，膨胀弯和立管连接法兰无损坏迹象，螺栓无松动；两段膨胀弯连接处法兰有四处螺栓松动，但螺母未脱离螺栓；膨胀弯和平管连接处已断裂。进而对平管段吹泥、起吊作业，切割海管损伤段。本论文就项目抢修中的膨胀弯预制及安装进行描述。二 施工船舶及施工人员组成2.1施工船舶组成施工船舶由工程船、渔船、锚艇及拖轮组成。表1作业船舶船舶工程船BH109渔船渔02104锚艇苏金工036拖轮BH261、BH282、BH242、德淑、勘401、长城II、深科97、鑫民62.2 施工人员组成膨胀弯安装工程各施工队组成及职责见下表：表2施工队组成及职责人员组织职能负责项目组负责现

5、场施工队的管理、安装技术、现场安全、总协调等。张海波天津分公司负责现场施工队的管理、安装技术、现场安全、监督等。张庆所管道公司负责现场施工队的管理、安装技术、现场安全、监督等。王志伟安装公司负责施工部门与船舶的协调工作。甘惠良维修公司工程部负责膨胀弯的甲板预制包括组对焊接、包胶通球、返修等，协助其他部门工作。李雁峰维修公司潜水部负责膨胀弯水下探摸、测量和安装。国宏伟党志敏维修公司检验部负责现场监督膨胀弯预制、探伤检验、现场检验膨胀弯的包胶通球结果，协助其他部门工作。王会新港湾公司施工人员负责设计作业船的锚位、监控作业与抗风时的船舶位置，协助其他部门工作。高济辉工程船施工人员负责船舶的正常工作，

6、起抛锚就位、吊机作业。矫春胜三 膨胀弯安装程序JZ9-3海管抢修项目中，立管与海底平管间的膨胀弯为两节，先后进行第一节和第二节膨胀弯的安装。立管侧的法兰为taper-lok焊颈法兰，膨胀弯第一节由可旋转的taper-lok旋转法兰与立管法兰连接，另一端法兰由无法旋转的taper-lok焊颈法兰与膨胀弯第二节的tap-lok旋转凸法兰进行连接，第二节的RTJ600#旋转法兰与平管RTG600#法兰连接。3.1准备工作准备工作主要包括移除水泥压块、拆除两节旧膨胀弯、拆除平管侧的盲板。船舶抛锚就位后，潜水员下水移除膨胀弯上面的水泥压块，经潜水员水下调查，锦州9-3中水泥压块有4块，压块移除后，首先拆

7、除靠近立管侧膨胀弯（第一节），然后拆除另一节膨胀弯（第二节）。由于第一节膨胀弯与第二节膨胀弯的连接处已经陷入泥面，故此过程需要挖沟机吹泥作业，将接头悬空后潜水员拆螺栓。拆除过程中注意拆除的顺序，要均匀的将螺栓拆掉，否则会将另一面的螺栓压弯而取不出来。螺栓全部拆除后将封头吊回甲板。拆除盲板法兰的过程与此过程类似，注意拆除盲板法兰之前检查立管是否进水。经潜水员水下调查后，管线实际路由与设计路由偏差较小，因此第一节膨胀弯按照原设计图纸进行预制；第二节膨胀弯可以提前进行相关的预制工作，具体尺寸将以水下测量数据为准。本修复项目中膨胀弯的第一节及第二节的尺寸如下图。图2 第一节膨胀弯图3 第二节膨胀弯3.

8、2第一节膨胀弯的安装3.2.1第一节膨胀弯测量与预制经潜水员水下调查后，管线实际路由与设计路由偏差较小，因此第一节膨胀弯按照原设计图纸进行预制；预制过程包括下料、组对、焊接、无损探伤、包胶通球，按照图纸设计的膨胀弯第一节的长度、弯头角度、进行下料，下料时要保证材料的质量。组对方式采用外对口，焊接完成后在BH109甲板上进行无损探伤检验。探伤合格后则进行通球检验并包胶。3.2.2第一节膨胀弯的起吊下水膨胀弯的起吊要选择在平潮前2小时左右较好，保证膨胀弯入水到位后潜水员有足够的水下作业时间。起吊膨胀弯之前，需要管道公司预先设计吊点，然后在甲板对膨胀弯进行配扣，试吊工作，JZ9-3项目中天气较差，主

9、作业船BH109抗风能力不强，因此选择避风期间完成配扣试吊工作。试吊过程中要保证膨胀弯起吊时整体水平，可采用倒链进行微调。若膨胀弯带有鹅头，为了避免膨胀弯开始入水的时候因为鹅头侧和另一侧不能同时灌入海水而导致膨胀弯失去平衡而翻覆，可在潜水监督的要求下适当放低鹅头。在起吊之前，可将螺栓和浮袋绑在膨胀弯需要使用的位置上同膨胀弯一起入水，当膨胀弯进入海面时，降低下放速度，待膨胀弯灌水完毕后继续下放至离海底3米左右的位置停止。在膨胀弯下水过程中潜水员要在平管或立管的外侧进行指挥就位。确定吊点并用手拉葫芦将整个膨胀弯调平，而后分别将前手缆与后手缆系在膨胀弯两端的法兰上，便于组对法兰时调整膨胀弯。图4是膨

10、胀弯的起吊图。图4 膨胀弯起吊图3.2.3第一节膨胀弯的水下对接膨胀弯安装的重难点就在于膨胀弯水下法兰对接，此项目中法兰水下对接按以下步骤进行：1) 首先由潜水施工人员，检查膨胀弯法兰的密封面是否完好，并将第一节膨胀弯相应的垫圈安装到中间法兰上，将组对需要的螺栓用铁丝串起来绑在膨胀弯的两端。潜水员下水检查立管法兰的密封面是否完好。2) 将立管法兰的垫圈滑送到水下，由潜水员再次检查后安装在立管法兰上。3) 在对接立管侧法兰的过程中，潜水员指挥吊机，通过变幅、旋转来调整膨胀弯，以求达到最佳位置，法兰1与立管法兰对接。同时甲板的施工人员通过拉紧放松前后手缆来进行配合。所有这些工作的目的就是保证法兰对

11、接时法兰间隙均匀，避免出现八字口。4) 当两法兰的位置接近且水平对正，就可以穿螺栓了。为了防止出现八字口，首先在12点、3点、6点和9点位置穿入螺栓，而后均匀穿入其他位置的螺栓。螺栓穿满后使用扳手上紧，再用液压扳手调口使口均匀且间距合适，最后安装液压拉伸器进行100%拉伸。3.3第二节膨胀弯的安装立管法兰连接完成后开始安装6”混输管线第二节膨胀弯，首先由潜水员测量第一节膨胀弯中间法兰到平管法兰之间的距离、水平度和垂直度。必须在平潮时间进行水下测量，否则所测得数据会有较大偏差影响膨胀弯预制和安装进度。3.3.1测量仪安装和数据测量膨胀弯数据的水下测量使用工具是法兰测量仪，法兰测量仪是用于测量两法

12、兰间的空间相对位置的仪器，需要二台仪器同时配合使用，可以为海底管线的膨胀弯的安装提供准确的预制数据。它的测量原理是通过测量两法兰的直线距离和法兰与直线的夹角来推断出两法兰的相对空间位置。图5 膨胀弯测量示意图 法兰测量仪构造测量工具包括：两个测量仪、两个与待测量法兰尺寸相对应的专用底座、一套不同长度的钢丝绳、带有弹簧拉力计的钢丝收紧盒。图6法兰测量仪图7 钢丝收紧盒 测量仪安装使用方法测量仪的水下安装结果直接影响到膨胀弯数据的准确程度，因此是水下数据测量的一个重要环节，安装方法如下：1) 先在平管法兰和立管法兰上安装测量夹具，在安装测量工具时要使测量夹具在法兰上保证水平，带有水平仪的测量仪可的

13、观察气泡的位置来确定测量仪底座是否水平，若不自带水平仪，可借助水平尺进行确认。2) 在两个测量仪上连接带有弹簧拉力计的细钢丝绳。3) 潜水员连接好钢丝绳后，利用钢丝收紧器将钢丝收紧到合适张力，通常以弹簧拉力计第三孔可以自由穿插为合适标准，然后从钢丝一端检查到另一端，确认钢丝绳没有触及泥面，路由上没有障碍物。4) 潜水员在水下读取测量卡具上的角度值，包括水平角度和垂直角度，并作好标记，估读数据报告给潜水监督及现场工程师，和设计数据进行比对，若无明显的差异，说明测量结果可以接受。5) 潜水员将测量仪角度锁定，插上定位销，以便测量仪回收后，甲板上精读数据。6) 换另外一个水下作业潜水员对以上的测量过

14、程重新进行复核，并确认测量结果无明显误差，对立管和平管侧的测量仪进行区别标记后，完成水下测量工作。7) 回收水下测量工具。8) 在甲板上确认标记的读数，并量取钢丝绳长度。3.3.2 膨胀弯预制计算现在，膨胀弯预制计算多采用AUTOCAD绘图的方法，这样不仅直观的显示膨胀弯的各个数据，也保证了数据计算的便捷和准确，同时省去了大量的三角函数计算，通过对长度和角度的调整绘制出最合适的预制模型。 绘制原理JZ9-3项目中膨胀弯的弯头在海上施工前已定制完毕，所以在膨胀弯计算时只根据测量数据计算膨胀弯直管段长度即可。由于膨胀弯的形式有两种，故根据读取的数据有两种膨胀弯计算方法，分别见图9和图10。1) 一

15、个弯头的膨胀弯固定三角形两角及其角所夹的边，根据弯头数据绘制膨胀弯各个直管段。图8 膨胀弯计算图、：测量仪水平角度数据；L：测量得到的钢丝绳长度数据；：弯头设计角度；根据以上数据就可得到L1、L2的数值，根据L1、L2可进行预制。2) 两个弯头的膨胀弯图9 膨胀弯计算图a：兰测量仪间钢丝长度；、：为法兰测量仪水平角度读数；1、2：为膨胀弯弯头预制角度。根据以上数据就可以得到L1、L2、L3的数值，根据L1、L2、L3可进行预制。根据以往安装膨胀弯的水下作业经验，有如下结论：2030米膨胀弯需减掉200mm的余量；4050米膨胀弯需减掉400mm的余量；5060米膨胀弯需减掉500mm的余量。

16、绘制要点1) 按法兰实际尺寸1：1绘制法兰，预留出安装余量，便于安装垫圈。2) 带有鹅头的膨胀弯采用三维坐标绘制，若采用平面绘制，需绘制三视图，水下测得两法兰距离需投影到俯视图上。3) 对弯头进行测量，和设计数据对比，看是否存在太大的偏差，若偏差太大，需在预制图纸中修正。4) 若立管和平管容易移动，根据测量出来的膨胀弯长度与设计长度的差值，模拟立管旋转或平管移动相应的角度之后新的法兰位置，来确定直管段的长度。5) 若立管和平管不能移动，可通过调整焊口对口角度来解决角度偏差问题，调整口数越少越好，以秦皇33-1项目8寸管为例，调整角度不要超过1度。6) 合理的分配各管段的长度，避免太长或太短而造

17、成预制时切短或接长直 管段，增加焊接和检验工作量，避免把直管段切开进行修口。7) 避免修口位置过于集中，导致清管通球困难。3.3.2 膨胀弯预制膨胀弯的预制是膨胀弯整个安装过程中很关键的一个环节，预制的精度直接影响到水下安装的速度。建造人员根据预制图进行下料，下料前对管材进行检查，看是否存在损坏。根据预制图，合理安排膨胀弯甲板的摆放位置，避免给检验设备安放、焊后检验、膨胀弯起吊造成困难。为了提高预制速度，可以提前进行法兰和锚固件的短节预制、焊口检验，打磨弯头坡口，甲板摆放好垫木等工作，待预制计算、图纸绘制结束，即可马上进行预制。图10 膨胀弯预制复测示意图 预制要点：1) 垫木摆放均匀，保证膨

18、胀弯预制过程中平稳。2) 下料要精准，要考虑到打磨和焊接余量。3) 保证对口角度精度，角度修正处焊口打磨数据计算准确。4) 切割外管时注意不要对内管造成损伤。5) 膨胀弯预制后留两道焊口只点焊，以便复测数据后调整。6) 甲板复测过程，保证测量仪底座安装水平，钢丝绳张紧，读数准确，和预制图纸数据进行对比，若偏差不大，预制结果可以接受，若偏差很大，需在点焊处对膨胀弯重新调整，若通过点焊焊口调整后结果仍不能接受，考虑立管和平管移动的可能性后，最后确定是否重新预制。7) 若法兰为球形法兰，判断预制结果的可接受程度时要考虑兰自身对角度的修正能力。经验表明：如果角度差在 1，间距差在 +0，-200mm（

19、即膨胀弯短200mm以内）范围时，这样的膨胀弯连接起来非常顺利。法兰试压合格率很高。JZ9-3项目中的WHPB平台侧的膨胀弯预制复测结果和预制图纸存在很大偏差，但由于采用的是旋转法兰，立管卡子卡死，平管因挖沟回填后都不能移动，所以重新进行角度修正后才顺利安装。 图11 第二节膨胀弯起吊3.3.3第二节膨胀弯的水下对接1) 第二节膨胀弯的水下对接过程与第一节类似，主要工作还是组对法兰，膨胀弯下水前一定要将法兰4（球型法兰）调平，使法兰面与海管横截面平行。第二节膨胀弯的对接是整个膨胀弯安装过程中的难点。第二节膨胀弯一端法兰3（旋转法兰）与中间法兰2（焊颈法兰）对接，另一端法兰4（球型法兰）与海管平

20、管法兰（旋转法兰）连接。组对过程首先还是由吊机配合对接中间法兰2和中间法兰3，此过程与5.3.3中介绍的四个步骤相同，其中注意的问题是一定要把中间法兰对接的每个步骤从穿入全部螺栓、加力、拉伸的全部工作做完，才能进行下一步工作。避免中间法兰只穿入部分螺栓后就去对平管侧的法兰。因为这样如果中间法兰一旦出现八字口就很难找平。完成中间法兰的对接后，在平管与膨胀弯上栓浮袋，在吊机或绞车的配合下对接球形法兰4和平管法兰。由于膨胀弯的预制长度不是百分百的准确，这就需要根据实际情况，挪膨胀弯或拽平管，或制作一些辅助工具，例如加长螺栓即将两根螺栓对齐后焊在一起，这样可以在两法兰还存在较大距离时将螺栓穿入；削尖螺栓即将螺栓一端切削成锥行，另一端将螺帽焊死，这种螺栓可以对付法兰对接时存在的八字口，顺利的穿入螺栓。2) 平管侧球形法兰对接的其他程序如穿螺栓、加力、拉伸同与前面相同。3.4. 膨胀弯保护膨胀弯安装结束后，需要对膨胀弯进行保护处理，避免平台坠物对其造成损坏，