海底管道膨胀弯安装施工研究

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随着国内企业国际化的推进，海外管道项目越来越多，对膨胀弯施工的标准规范要求越来越严格。虽然国内膨胀弯安装技术已经非常成熟，但根据以往项目经验，大部分施工过程对标准规范执行不彻底，从而导致施工质量不合格，存在大量隐患。本研究根据沙特阿拉伯国家石油公司项目施工标准规范，详细介绍了膨胀弯安装工艺流程。

1工程概述

该项目位于阿拉伯海，沙特阿拉伯国家石油公司的油田区。根据业主要求，需要新建5条海底管道，包括一条登陆管线，管道尺寸包括10in（25cm）、16in（40cm）、24in（60cm）、和36in（90cm）。膨胀弯多达35节，膨胀弯管道上带有外防腐水泥涂层，单节膨胀弯长度最大达62m；膨胀弯需要水下注入处理的海水后安装，且不允许使用吊机对接法兰等，施工难度较高。表1为膨胀弯管道基本参数。

2施工分析

2.1驳船装船稳性计算

为减少海上膨胀弯焊接工作量，非最后一节膨胀弯的预制工作都集中在陆地码头完成，然后通过驳船将膨胀弯运输到现场。与普通整管的海上运输不同，陆地预制膨胀弯的尺寸和形状不规则，使得驳船装船固定及甲板布置需要根据驳船尺寸进行设计并进行稳性计算，以保证驳船的安全运输。采用MOSES软件对单体驳船和驳船装载结构物建模，进行驳船稳定性分析。

2.2浅水动力定位

（DP）模式下潜水作业分析动力定位船进行潜水作业时，为防止脐带缆被推进器绞缠，需要满足脐带缆最小安全长度[1]。安全距离主要受潜水作业水深和潜水吊笼入水点至推进器距离的影响，尤其是在浅水区域。假定潜水员脐带缆最小安全距离为Smin，作业水深为H，潜水吊笼入水点至推进器距离为L，推进器影响范围半径为R，则计算公式见式（1）。Smin=H2+L2■-R（1）

2.3膨胀弯吊装分析

使用SACS软件进行膨胀弯吊装分析，交互检查遵循挪威船级社海洋标准DNV-OS-F101-2020《海底管线系统规范》[2]。该标准将荷载分为功能、环境、构造和意外。管道系统的每一部分都是最不利的荷载组合。首先利用软件建立模型并进行配口计算。

3膨胀弯安装施工工艺

3.1船舶就位

在完成所有准备工作后，船舶应停留在平台外500m（安全区域）处，通知相关平台并得到允许后，按照批准的就位图进行就位。就位前潜水监督需要考虑现场的天气及水文条件，船长需要考虑距离平台安全距离、风速及流向等因素。船舶需要根据潜水员脐带缆最小安全距离进行就位，如果无法满足最小安全距离，可以利用备用潜水支持小船进行潜水作业。潜水支持小船只能作为备用，工作时间不超过5h。

3.2平管起始封头拆除

在断开起始/终止头之前，潜水员应检查管道是否有吸力。在确认没有吸力的情况下，在平管段安装浮带和配重块；对浮带充气，将平管提升至距离海床面约0.5m处，拆除封头上的法兰保护器并回收。之后分别拆除封头下半部分螺栓，将平管下沉至海床面，再拆除上半部分螺栓，最后连接吊索具至作业船吊机，将起始封头回收至甲板。具体如图1所示。

3.3最后一节膨胀弯测量

在平管法兰一端安装法兰测量仪，在对接法兰上安装另外一个测量仪，收紧法兰测量仪钢丝，确保钢丝绷紧无松弛。记录钢丝的长度、水平角度、垂直角度及偏移量。根据水下测量结果，对最后一节膨胀弯实际长度进行调整[2]。数据定义如下：L0为钢丝收到甲板后的长度，mm；L1，L2分别为立管和平管侧法兰测量仪摇杆的长度，mm；α，β分别为立管和平管法兰的水平角度，°；D1，D2分别为立管和平管法兰面的厚度，mm；A为测量仪底座挡板到拉杆立柱中心的距离，mm。具体如图2所示。L的计算公式见式（2）。L=L0+L1+L2-D1(-A)cosα-D2(-A)cosβ[4]（2）根据经验，结合膨胀弯的长短，L0可以相应地缩短10～20cm。因此，L最终=L-(10~20)cm。

3.4最后一节膨胀弯预制

根据计算结果绘制预制图纸，并根据图纸进行精确预制。按照标准规范对最后一节焊口进行焊接、检验、内外防腐、甲板试压等。如果最后一节膨胀弯设计角度与实际角度偏差过大，就需要对弯头进行切割，以调整角度，操作步骤如图2所示。

3.5膨胀弯安装工艺

3.5.1吊装配扣

需要的潜水工具、浮带、螺栓、荧光棒、小型信标、牵引绳等辅助工机具附带到膨胀弯一起吊装下水；将化学药剂棒塞入膨胀弯内，使用木法兰封堵两端。按照吊装计算对膨胀弯进行索具配扣，在甲板上进行试验性起吊，调整倒链长度，直至调平。吊装膨胀弯入水，打开膨胀弯两侧的木法兰，灌入海水，使化学药剂棒完全溶解，在对接过程中使膨胀弯管内充满经化学药剂处理的海水。

3.5.2法兰对接

潜水员指挥吊机，使用牵引缆绳调整膨胀弯在水下的位置，直到两个对接法兰平行且非常接近。断开吊机与吊装索具，布置A字架、浮带、倒链等工具，穿螺栓，放垫圈，进行法兰组对。使用游标卡尺检查最终间隙，确保间隙均匀[4]。

3.5.3螺栓液压拉伸

确保法兰完全配合，将螺栓和螺母拧紧。用扳手调整法兰的间距，直到两法兰间的间距满足校准要求。按50%或者100%螺栓拉伸程序执行，逐渐加力到拉伸值的30%，75%，100%，完成螺栓液压拉伸。

4结语

国内膨胀弯安装技术没有形成一套完整标准体系，经常导致施工质量不合格，存在大量隐患。沙特阿拉伯国家石油公司项目中，施工严格执行标准规范，并形成一套完整的标准化体系文件，与国内项目膨胀弯安装相比，有许多独特之处。

（1）非最后一节膨胀弯集中在陆地码头预制，膨胀弯整体尺寸较大，且形状不规则，造成驳船装船固定困难，需要绘制驳船甲板布置图并进行驳船稳性计算，以确保运输安全。

（2）浅水动力定位船进行膨胀弯安装，就位灵活，施工效率高，但需要充分考虑动力定位船推进器对潜水作业脐带缆绞缠的风险，并提出用潜水支持小船配合潜水作业的方法。

（3）膨胀弯设计角度与实际测量角度偏差较大时，可以直接切割弯头进行角度调整。

（4）将化学药剂棒提前填充到膨胀弯管内，在膨胀弯安装过程中，化学药剂棒完全溶解，使管内充满经化学药剂处理的海水。

（5）膨胀弯法兰对接过程中，需要使用浮带、A字架代替吊机进行水下对接调整。膨胀弯安装施工的这些特点，在国内项目中非常少见。通过总结该项目中膨胀弯安装施工的经验，形成一套完整的膨胀弯安装施工标准流程，为今后膨胀弯安装项目提供一定的借鉴，进一步提升膨胀弯安装施工的整体水平。

参考文献：

[1]徐进,肖晓凌,闫向峰,等.动力定位潜水作业及安全管理实践[J].中国造船,2016,57(z1):539-545.

[2]朱绍华,魏行超,刘勃.使用法兰测量仪进行海底管线膨胀弯测量技术研究与应用[J].中国海上油气,2008,20(5):342-344.

[3]崔占明,田炜,李月海,等.末节膨胀弯预制过程的计算与分析[J].石油和化工装备,2013(6):32-34.

[4]王志伟.海管膨胀弯形式分析及安装技术研究//中国油气管道安全运行与储存创新技术论坛论文集[C].西宁:中国石油学会,2010.

作者:韩旭 刘丰 李睿尧 陈静 王佳 单位:海洋石油工程股份有限公司