海底管道工程（共9篇）
海底管道工程 篇1
摘要：CRC海底管道铺管船法全自动焊接技术在某海底管道工程中的应用,是该技术在国内施工企业界的首次应用。根据该海底管道工程应用实际情况,就铺管船法全自动焊接施工效率和焊接质量进行统计分析,找出了影响施工效率和焊接质量的原因,制定了相应措施,提出了合理建议,为全自动焊接技术在海底管道工程中更好的推广应用进一步夯实基础。
关键词：海底管道,铺管船法,全自动焊接技术,施工效率,质量,统计分析
海底管道铺管船法施工的主要特点是施工风险高、投资大,施工质量要求高,施工环境多变,施工组织复杂。 海底管道铺设要求以最高的铺设速度来最大限度缩短海上施工周期,以减少工程成本,缩短工程建设周期;还要求较高的工程质量,以最大限度的降低运行风险。海底管道施工工序包括钢管焊接、检测、防腐和下管等环节,管道焊接的速度和质量直接影响海底管道施工进程, 是影响海底管道施工成本和质量的最关键环节[1]。 因此,对海底管道铺管船法焊接技术应用过程和出现的焊接缺陷等问题进行统计分析是非常必要的。
为了拓展海洋管道施工市场, 中国石油天然气管道局第六工程公司于2013年装备了首艘铺管船———CPP601,开展了海底管道铺管船法全自动焊接技术研究与应用, 不仅掌握了海底管道铺管船法全自动焊接技术, 完成了中国石油首个铺管船全自动焊接机组的培训,并将“新船、新人和新技术”在海底管道工程中推广应用。 对将CRC海底管道铺管船法全自动焊接技术在某海底管道工程应用的情况进行介绍,并分析焊接施工效率和焊接质量,提出相应控制措施[2]。
1工程应用简介
海底管道工程总长度约为24km,铺设管道为天然气海底管道API 5L X65 PSL2,φ610mm×22.2mm, 最大水深为46m。 工程采用CRC海底管道铺管船法全自动焊接技术进行焊接施工, 有效工期80天,累计完成焊口1 953道。 2014年4月15日凌晨3点20分,中国石油CPP601铺管船顺利完成海上连头, 实现了海底管道的对接, 管线平稳安放到海床。 至此,CPP601铺管船首次海上施工全面告捷, 此举打破了国际海底管道施工领域以欧美公司占主导地位的现状。
1.1工艺流程
海底管道铺管船法铺设施工工艺流程如图1所示。
1.2工艺
1.2.1焊接工艺方法
管道焊接采用带铜衬垫的CRC双焊炬自动焊进行根焊、热焊、填充、盖面,控制系统采用CRC-E- vans公司的P600,焊接电源采用Fronius TPS 3200, 焊材采用BOEHLER SG3-P实心焊丝,保护气体采用75%Ar+25%CO2(根焊)和80%Ar+20%CO2(填充、 盖面)混合气体。 管道焊接过程中预热温度为100~ 150℃,层间温度为100~200℃。
1.2.2坡口设计
坡口除保证焊透外, 还能起到调节母材金属和填充金属比例的作用, 由此可以调整焊缝的机械性能。 坡口型式的选择主要根据管线壁厚和采用的焊接方法来确定, 同时兼顾焊接工作量、 焊接材料消耗、坡口加工成本和焊接施工条件等,以提高生产率和降低成本[3]。 项目中,管道壁厚为22.2mm,焊接工作量大,因此采用U型坡口,其主要特点为根部较宽,易保证根部焊透,且焊材消耗量也较小,焊接过程中根部的变形量较小,焊接质量易于控制,焊接效率高。
1.2.3冷却和检测
采用铺管船法进行施工时,需要一支船队配合, 船舶费用昂贵,对铺设速度要求较高,因而对焊接流水作业线的速度要求也较高,焊接完成后,要求短时间内即进行探伤、补口等作业,但是焊后高温状态, 无法进行探伤工序的操作, 故需要快速降温。 鉴于此,需增加特殊的喷淋工艺环节。喷淋冷却工艺采用水冷,从规定的焊后时刻开始,以一定的喷淋流量和喷淋时间对焊口用水进行喷淋强制冷却, 冷却后使焊道表面温度降低到50℃以下。冷却后采用AUT设备进行探伤检测。
1.3设备
1.3.1焊接设备
CPP601铺管船流水作业线配置的焊接设备为CRC-Evans国际管道公司P600双焊炬自动焊接工作站(图2),铺管船共设8个工作站,1~4工作站为焊接工作站,配置4个P600全自动焊接工作站。
1.3.2带铜衬垫内对口器
带铜衬垫内对口器的功能是作为管口的组对装置完成管线组对, 同时作为衬垫辅助完成自动焊的根焊,保证焊缝背面成型和根焊质量,因此对带铜衬垫内对口器的功能要求比普通的内对口器要高[4]。
1.3.3坡口机
坡口机(图3)的主要功能是完成适合焊接工艺的坡口制备,要求坡口的加工精度高、加工速度快, 以保证铺管船流水施工作业的施工整体效率和焊接施工质量。
1.3.4喷淋装置
喷淋装置(图4)的主要功能是根据海底管道铺设流水作业中焊接施工工艺要求以及施工现场技术规格书的规范要求, 通过人工实时干预对海底管道焊接接头进行快速冷却降温, 有效缩短焊缝冷却时间和后续AUT(自动超声波检测)无损检测的等待时间, 实现铺管船作业线上海底管道铺设施工的流水化作业与施工工序的合理衔接, 从而有效提高铺管船作业的施工效率,缩短海上作业施工周期。
2施工功效分析
施工功效的分析主要以施工效率(速率)为主, 同时根据各个施工工序、 主线工作站以及辅线的时间进一步合理化流水作业线的设计。 所述海底管道工程铺管船法施工段总施工时间为80天,总体焊接1 953道焊口。 表1中按照每10天为1个时间段, 将总施工时间分为8个时间段。
2.1施工效率分析———整体施工效率
从表1可以看出, 单位时间内施工效率呈现典型的“正弦”分布,从磨合阶段、适应阶段到稳定阶段呈现明显的上升趋势, 一般施工周期的中间时间阶段(占50%的施工周期)是施工效率最高的阶段,同时完成的工程量也约占整体的70%。 而到后期收尾阶段,施工效率又出现明显的放缓,由于材料、人员的心理因素以及施工的整体部署等原因, 收尾阶段的施工效率将明显降低,甚至会低于磨合阶段,从本项目的实际应用也可以看出, 施工效率最低的时候出现在第8阶段。从整体分析,除去磨合阶段和收尾阶段,平均每个阶段施工效率为14.97%,平均每个施工阶段完成焊口数为292道。
综合分析,磨合阶段完成焊口145道,不到有效平均施工效率的50%,主要原因是对技术的掌握不够全面,以及设备因素制约着施工效率的提升;焊接合格是制约施工效率的重要因数, 前3个阶段焊接合格率呈现下降的趋势, 是导致焊接施工效率的增量较小的主要原因[5]。
适应阶段完成焊口183道, 占有效平均施工效率的62.7%,主要原因在于准备工作不充分,准备工作又主要体现在技术储备, 由于本工程是首次应用全自动焊接技术, 在技术准备工作方面难免会出现疏漏的情况,导致在第2阶段更改焊接工艺,相当于多出1个“磨合阶段”,是导致前3个阶段施工效率较低和焊接合格率较低的主要原因。
收尾阶段影响施工效率的主要因素是材料准备工作,在工程中一般体现为管材(管件)、焊材(保护气体、焊剂)以及辅材,本工程中主要体现为保护气体的储备影响施工效率。
从整体施工效率来看, 平均日焊接工作量为24.4道,平均有效日焊接工作量为29.2道, 最高日焊接工作量为64道,影响焊接施工效率主要原因是本工程是新建的铺管船首次出航使用, 船上铺管作业流水线上的坡口加工、焊接、喷淋、检测、防腐各种作业设备和托管架、 锚机等辅助设备全部为首次使用, 任何一台设备以及抛锚移船等辅助船舶出现的故障, 甚至船舶的操控运行因素都会影响铺管施工效率。另外,施工人员海底管道铺管船法施工经验不足, 对全自动焊接技术的掌握不够精湛等因素都制约了工程的施工效率。通过本项目施工经验积累,在下一海管工程中施工效率必将会有显著提升。
2.2施工效率分析———工序施工效率
项目主要对1至4号焊接工作站的各项时间和总时间进行分析,从开始焊接到焊接完成,不考核因设备故障导致的停工时间、移船时间、焊缝修补时间的正常工作条件下的工作用时。
从表2可以直观看出,第1工作站用时最长、工序最多,第2、第3工作站的时间比较接近,第4工作站的用时比较长但是整体要低于第1工作站的时间,但是第4工作站的时间波动幅度较大,主要原因是打磨的时间不确定。
从应用效果来看,工序分布比较合理,采用4个焊接工作站的方案是目前的最佳方案。 可调整的工序是焊接,即每个工作站焊接工作量进行调整分配, 但是焊接的用时比较恒定, 而影响焊接工作站的时间是组对和打磨工序, 这两个工序的时间波动幅度较大,影响这两个工序的因素是管口质量、坡口加工质量、焊缝外观成型。
3工程质量分析
某海底管道工程铺管船法施工共计完成1 953道焊口,返修149道,找到不合格焊口产生的原因以及控制措施,是提升工程质量的关键环节。下面根据焊接缺陷的性质、位置(周向、垂直深度)、缺陷的时间分布等进行统计分析。
3.1焊接质量分析———缺陷性质
根据焊接不合格焊口的统计数据, 把焊接缺陷细分为9类,见表3。
从焊接缺陷的性质来分析, 可以直观的看出未熔合焊接缺陷是全自动焊接最主要的缺陷, 占返修焊口总数的94.63%,达到141道,焊接合格率有很大的提升空间。
未熔合焊接缺陷产生的原因比较多, 造成未熔合焊接缺陷的主要原因之一是坡口质量, 尤其是坡口尺寸精度,即坡口上开口的尺寸,过宽容易出现连续坡口单侧未熔合焊接缺陷(LOFL),过窄容易造成电极短路,出现间断未熔合焊接缺陷(LOF)。 其次是管口的质量(管口的椭圆度、壁厚差),易造成根部和盖面产生焊接缺陷,根部未熔合、内凹、烧穿以及夹铜和盖面未熔合和表面开口缺陷。 再者就是辅助打磨工序造成焊接缺陷, 这种焊接缺陷主要体现在未熔合深度(LOFD)超标,即打磨时伤到坡口导致局部坡口变宽,由于在电弧跟踪模式下焊接,焊枪摆宽自身调节的范围较小, 导致在局部范围内未熔合高度超标。其他影响因素如设备的稳定性、操作手的责任心以及焊丝的质量也是造成焊接未熔合缺陷的关键因素。
质量控制措施,严格选配钢管,即管口的椭圆度和壁厚差;严格坡口加工尺寸精度;精细打磨,严禁打磨焊接接头时破坏坡口原始形状; 按照设备管理制度定期进行设备的维护和保养; 加强质量管理过程控制,质量控制责任落实到人。
3.2焊接质量分析———缺陷产生时间分布
焊接缺陷产生的时间和数量的关系见表4。
根据铺管船流水作业施工的连续24h作业特点,分24个区间对每个小时的返修焊口进行统计分析,铺管船施工作业采用24h两班制,换班时间为6点30分和18点30分,每班连续作业12h。
综合分析:A班(夜班)共计返修71道焊口,分布比较均匀, 最高不合格焊口数量时间出现在凌晨4点(即凌晨2点至凌晨3点半这段时间完成的焊口), 主要原因之一是这个时间段施工人员比较困乏,同时连续作业身体机能各方面状况降到最低点, 导致出现不合格焊口最多的时间段。 B班(白班)共计返修78道焊口,分布不均匀,最高不合格焊口数量时间出现在上午7点和11点;另一方面出现不合格焊口数量最低的也在B班,是下午2点。
两个班组的相同之处是在交接班后都出现了不合格焊口数量的激增,同时在这两个时间段内出现的焊接缺陷主要集中在有交叉作业的第2、第3、第4工作站,而根焊的缺陷仅有2道(共18道不合格焊口)。因此在换班方式上可考虑由第1工作站至第4工作站逐一换班的方式,不采取整点换班方式。
3.3焊接质量分析———缺陷产生日期分布
工程施工焊接缺陷产生日期分布图见图5。
施工有效工期为80天,把施工工期分为8个等量阶段,从图5中可以直观看出前3个阶段焊接合格率呈下降趋势,而4、5、6、7时间段呈现逐步上升趋势,且合格率都高于前期最高值,在收尾阶段合格率又出现明显降低。
综合分析,是由于对全自动焊接的准备工作不充分、不全面,起始阶段,设备处于最佳状态,人员处于最佳状态,因此保证了焊接合格率在一个合理的水平;随着施工的进行,各种问题开始呈现,并且是前期没有预测到的问题,因此随着时间的进展,合格率呈现下降趋势;当这些问题得以解决,合格率又逐渐稳步上升,一次合格率最高达到95.02%。然而在收尾阶段,焊接合格率又出现陡降的走势,这在很大层面上与陆地长输管道的施工很相似,收尾阶段随着施工工作量的降低,施工人员的精神也处于放松状态以及体能处于较疲惫的状态,是导致焊接合格率下降的主要原因;其次是材料、管材的质量、设备的状况以及焊材(辅材)都不如之前的,也是导致焊口合格率下降的一个关键因素。
3.4焊接质量分析———缺陷产生位置分布
根据水平固定焊缝的焊接位置的变化,以及焊接参数的分段设置,把焊缝圆周方向上分为6个区域和2个焊缝接头搭接处(图6),进行不合格焊口的统计分析。
由表5可以直观的看出,由平焊、立焊至仰焊位置,不合格焊口呈现明显的上升趋势,平焊位置(A、A0、A1)不合格焊口为17道,占总不合格焊口数的11.41%,立焊位置(B、B1)不合格焊口为53道,占总不合格焊口数的35.57%,仰焊位置(C、C0、C1)不合格焊口为79道,占总不合格焊口数的53.02%,仰焊位置(包括6点位置焊缝搭接处)的不合格焊口占总不合格焊口数的50%以上。
3.5焊接质量分析———缺陷产生深度分布
施工现场采用4个焊接工作站的布局形式进行流水作业施工,4个焊接工作站中1号工作站完成根焊热焊,2号工作站完成1至4的填充焊接,3号工作站完成5填和最终填充,4号工作站完成盖面焊接,根据缺陷位置的深度进行分类统计分析。
由表6可以看出, 出现不合格焊口的高度方向上的分布比较均匀, 可以直观看出第2工作站出现不合格焊口的几率最大。 双焊炬的工作方式是焊接小车完成一次焊接循环完成两层焊道的焊接, 本工艺是焊接小车完成5个焊接循环, 焊缝厚度为9层10道(盖面为排焊),第2工作站是完成2个焊接循环过程, 其每一个焊接循环不合格焊口的比重为16.78%。 第3工作站第5、6填出现不合格焊口的几率略大,占不合格焊口总量的比重为24.16%。
3.6工程质量分析
海底管道全自动焊接缺陷主要是未熔合焊接缺陷,影响其关键因素是坡口质量、管口质量,以及焊接接头的精细打磨。从缺陷产生的日期周期来看,施工磨合阶段和工程收尾阶段是产生焊接缺陷较多的阶段;从缺陷产生的时间循环来看,交接班易产生焊接缺陷,以及生物疲劳是产生焊接缺陷的主要因素; 从缺陷产生的圆周位置来看, 立焊和仰焊是产生焊接缺陷较多的位置。 严格控制影响全自动焊接质量的坡口质量等因素, 合理安排交接班程序和工作时间, 防止生物疲劳并特别关注立焊和仰焊等重点焊接部位,可以降低焊接缺陷的发生几率,焊接质量有很大的提升空间。
4结束语
CRC海底管道铺管船法全自动焊接技术在海底管道工程的成功应用, 实现了铜衬垫根焊自动焊接技术和双焊炬焊接接头快速冷却技术在中国石油海洋管道工程的首次应用, 开创了管道局海洋工程全自动焊接技术的先例, 为海洋管道工程的建设积累了宝贵的施工经验, 为管道局走向国际海洋管道市场迈出了坚实的第一步。
海底管道工程 篇2
考试试题
一、单项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，只有1个事最符合题意）
1、与乙炔长期接触的部件，其材质应为含铜量不高于__的铜合金。A．85% B．75% C．70% D．060%
2、法律通过授权职代会、职工和__的监督形成对矿山企业安全生产的内部管理机制。
A．矿山委员会 B．班会 C．工会 D．矿务局
3、生产经营单位应当在有较大危险因素的生产经营场和有关设施、设备上，设置明显的__。A．安全警示标志 B．安全标志 C．警示标志 D．“注意安全”字样
4、目前不常采用的固化方法是__。A．水泥固化 B．石灰固化 C．化合固化 D．陶瓷固化
5、常用的危险有害因素的辨识方法有__和系统安全分析法。A．本质安全法 B．劳动用品防护法 C．直观经验分析法 D．危险指数评价法
6、在道路上发生交通事故，车辆驾驶人应当__。A．立即停车，保护现场 B．立即停车，清理现场 C．立即向有关部门报告 D．立即离开
7、根据《国际危规》的要求，危险货物必须按照《国际危规》标准，附带正确耐久的标志。危险货物的标志由标记、图案标志和标牌组成，所有标志均须满足经至少__个月的海水浸泡后，既不脱落又清晰可辨的要求。A．2 B．3 C．4 D．5
8、要求用人单位组织接触职业病危害因素的劳动者进行__，不得安排未经上岗前职业健康检查的劳动者从事接触性职业病危害因素的作业。A．上岗前的职业健康检查 B．离岗后的职业健康检查 C．在职健康检查 D．定期的健康检查
9、建立和实施职业安全健康管理体系有助于大型生产经营单位的职业安全健康管理功能__。A．一体化 B．完善化 C．科学化 D．现代化
10、采取吸声、隔热来控制噪声是控制生产性噪声的__措施。A．消除或降低噪声源 B．消除或减少噪声的传播 C．加强个人防护 D．加强健康监护
11、某地2009年上半年发生了四起生产安全事故，人员伤亡和经济损失分别如下。根据《生产安全事故报告和调查处理条例》（国务院令493号）的规定，其中属于较大事故的是__。
A．2名员工死亡，6名员工重伤
B．8名员工重伤，且直接经济损失800万元
C．2名员工死亡，5名员工重伤，且直接经济损失800万元 D．20名员工重伤，且直接经济损失400万元
12、行政处罚的目的是__。
A．维护社会的经济发展，保障国家的安全建设
B．维护社会的稳定，保障社会主义经济建设顺利进行
C．维护社会治安和社会秩序，保障社会主义精神文明建设的顺利进行 D．维护社会治安和社会秩序，保障国家的安全和公民的权利
13、依据《民用爆炸物品安全管理条例》的规定，危险品厂房安全窗应向外平开，宽度不小于__m、高度不小于__m，窗台高度不高于地面__m，不得设置中梃，利于快速开启。A．1；1；0.5 B．1.5；1；1 C．1；1.5；0.5 D．1；1；1
14、某种毒物的最高容许浓度 A．Ⅰ B．Ⅱ C．Ⅲ D．Ⅳ
15、__主要由在生产过程中能够产生和散热发热量的生产设备、产品或工件等生产性热源造成，热带地区或夏季漏填作业，也是造成高温作业的原因之一。A．噪声污染 B．高温作业 C．化学污染 D．光污
16、法律意识是社会意志的一种，它同人们的世界观、道德伦理等有密切关系，具有强烈的__。A．普遍性 B．逻辑性 C．阶级性 D．程序性
17、不属于防止事故发生的安全技术措施基本原则是__。A．个体防护用品 B．消除危险源 C．限制能量 D．隔离
18、__IEC和ITU是目前国际上最普遍的标准。A．ISO B．OTC C．UFO D．UN
19、《安全生产违法行为行政处罚办法》规定，生产经营单位被责令限期改正或者限期进行隐患排除治理的，应当在规定限期内完成。因不可抗力无法在规定限期内完成的，应当在进行整改或者治理的同时，于限期届满前__天内提出书面延期申请，安全监管监察部门应当在收到申请之日起__天内书面答复是否准予延期。A．10，5 B．5，10 C．10，15 D．15，10 20、依据《安全生产法》的规定，国务院和地方人民政府应当加强对安全生产工作的领导，支持、督促各有关部门依法履行安全生产监督管理职责。__人民政府对安全生产监督管理中存在的重大问题应当及时协调、解决。A．县级以下 B．县级以上 C．市级以上 D．省级以上
21、人眼观看展示物的最佳视角在地域标准视角__区域内。A．100 B．150 C．200 D．300
22、主要负责调查生产经营单位和相关部门在安全生产管理、安全培训和政府监管监察等方面存在的问题，并负责提出对责任人的处理建议的事故调查工作小组是（）。
A．技术分析组 B．综合组
C．设备管理组 D．管理调查组
23、生产经营单位主要负责人的职责不包括__。
A．督促、检查本单位的安全生产工作，及时消除生产安全事故隐患 B．组织制定并实施本单位的生产安全事故应急救援预案 C．及时、如实报告生产安全事故 D．做好有关安全生产工作
24、《职业病防治法》第15条规定：新建、扩建、改建建设项目和技术改造、技术引进项目（以下统称建设项目）可能产生职业病危害的，建设单位在__应当向卫生行政部门提交职业病危害预评价报告。A．可行性论证阶段 B．设计阶段 C．施工阶段 D．竣工之后
25、依据《国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定》，对被责令停产整顿的煤矿，颁发证照的部门应当____其有关证照。A：吊销B：注销C：暂扣D：废止
二、多项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，有2个或2个以上符合题意，至少有1个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）
1、国家对危险化学品的生产和储存实行__，并对危险化学品生产、储存实行审批制度。未经审批，任何单位和个人都不得生产、储存危险化学品。A．按需计划 B．统一规划 C．合理分配 D．合理布局 E．严格控制
2、安全网是用来防止人、物坠落，或用来避免、减轻坠落及物击伤害的网具。安全网一般由__等构件组成。A．扣件 B．边绳 C．系绳 D．网体 E．模板
3、冲压作业的安全措施范围很广，包括__等。A．改进冲压作业方式 B．改进冲模结构
C．实现机械化、自动化 D．实现隔离保护装置 E．冲压作业机械化装置
4、依照《安全生产法》的规定，生产经营单位应当具备的安全生产条件所必需的资金投入，由__予以保证。A．生产经营单位的决策机构 B．生产经营单位的主要负责人 C．个人经营的投资人
D．生产经营单位的财务部门 E．安全生产监督管理部门
5、设定和实施行政处罚必须以事实为依据，与违法行为的__相当。A．时间 B．种类 C．大小
D．事实、性质
E．情节以及社会危害程度
6、依据《危险化学品安全管理条例》的规定，剧毒化学品的生产、储存、使用单位，应当对剧毒化学品的__如实记录，并采取必要的安全措施。A．流向 B．用途 C．产量 D．原料 E．储存量
7、生产安全事故处理必须坚持“四不放过”原则。下列有关事故处理的说法中，属于”四不放过”原则要求的是__。A．事故原因不查清楚不放过 B．事故防范措施不落实不放过 C．事故相关人员未受到教育不放过 D．事故责任者未受到处理不放过 E．事故责任者未受到刑事处罚不放过
8、事故调查处理应当做到__。A．及时、准确
B．实事求是，尊重科学 C．查明事故性质和责任 D．处理责任人 E．经济制裁
9、要建立起一个完善的生产经营单位安全生产责任制，需要达到的要求是__。A．建立的安全生产责任制必须符合国家安全生产法律法规和政策、方针的要求，并应适时修订；安全生产责任制体系要与生产经营单位管理体制协调一致
B．制定安全生产责任制要根据本单位、部门、班组、岗位的实际情况，明确、具体，具有可操作性，防止形式主义
C．制定、落实安全生产责任制要有专门的人员与机构来保障
D．在建立安全生产责任制的同时建立安全生产责任制的监督、检查等制度，特别要注意发挥职工群众的监督作用，以保证安全生产责任制得到真正落实 E．生产经营单位的安全生产责任制应与该单位的经济利益相适应
10、事故应急救援的特点是，应急救援行动必须__。A．预见 B．迅速 C．准确 D．有效 E．演练
11、根据系统安全理论，下列关于系统中危险源控制的观点，正确的是__。A．不可能消除一切危险源
B．可以采取措施控制危险源，减少现有危险源的危险性 C．系统进入运行阶段后，再进行危险源的辨识、评价和控制
D．应降低系统整体的危险性，而不是仅消除选定的危险源及其危险性 E．可通过改善物的可靠性来提高系统的安全性
12、依据《安全生产法》的规定，生产经营单位的主要负责人对本单位安全生产工作负有的职责有__。
A．督促、检查本单位的安全生产工作，及时消除安全生产事故隐患
B．向从业人员如实告知作业场所存在的危险因素，监督劳动防护用品的使用 C．及时、如实报告生产安全事故
D．组织制定并实施本单位的生产安全事故应急救援预案 E．保证本单位安全生产投入的有效实施
13、五种恶性电气误操作事故包括__。A．带负荷拉(合)隔离开关 B．带电挂(合)接地线 C．误分(合)断路器 D．带接地线合断路器 E．误入带电间隔
14、我国已将__等职业性致癌物所致的癌症，列入职业病名单。A．石棉 B．铜 C．苯 D．砷 E．氯乙烯
15、依据《生产安全事故报告和调查处理条例》第二十五条的规定，事故调查组履行下列__职责。
A．查明事故发生的经过、原因、人员伤亡情况及直接经济损失 B．认定事故的性质和事故责任 C．决定对事故责任者的处理决议
D．总结事故教训，提出防范和整改措施 E．提交事故调查报告
16、工会经费的来源有__。A．人民群众的捐助 B．国家财政拨款
C．工会会员缴纳的会费
D．建立工会组织的全民所有制和集体所有制企业事业单位、机关按每月全部职工工资总额的百分之二向工会拨交的经费 E．工会所属的企业、事业单位上缴的收入
17、职业病是指企业、事业单位和个体经济组织的劳动者在职业活动中，因接触__而引起的疾病。A．粉尘 B．有毒物质 C．放射性物质 D．有害物质 E．传染源
18、作业场所监督检查是安全生产监督管理的一种重要形式，作业场所监督检查的内容一般包括__。A．规章制度和操作规程 B．安全培训和持证上岗 C．职业危害和劳动保护 D．党风廉政和效能监察 E．安全管理和事故处理
19、城市重大危险源信息管理系统集计算机__于一身，能够为领导和有关部门及时、直观、形象地提供重大危险源信息，以及发生事故后抢险、救援信息，有利于有关领导及时、准确地决策，最大限度地减少发生重大事故的可能性及事故后造成的各项损失。A．数据收集 B．数据管理 C．多媒体
D．地理信息系统 E．危险源信息系统
20、依据《职业病防治法》的规定，下列说法中正确的是__。A．职业病的诊断由用人单位所在地的较大医疗卫生机构承担
B．用人单位参加工伤社会保险的，职业病病人的诊断、治疗、康复和定期检查费用由工伤保险机构承担
C．职业病病人变动工作单位，其依法享有的待遇不变
D．用人单位对不适宜继续从事原工作的职业病病人，应当及时办理提前退休手续，并给予相应的待遇
E．用人单位发生分立、合并、解散、破产等情形的，应当按照国家有关规定妥善安置职业病病人
21、救援行动结束后，进入临时应急恢复阶段，该阶段主要包括__和事故调查等。A．现场清理
B．人员清点和撤离 C．警戒解除 D．善后处理 E．事故处理
22、管理评审的目的是要求生产经营单位的最高管理者依据确定的时间间隔对职业安全健康管理体系进行评审，以确保体系的__。A．准确性 B．科学性 C．充分性 D．有效性 E．持续适宜性
23、取得煤炭生产许可证应当具备的条件有__。A．有依法取得的采矿许可证 B．矿井生产系统符合国家规定的煤矿安全规程 C．矿长经依法培训合格，取得矿长资格证书
D．特种作业人员经依法培训合格，取得操作资格证书 E．井下作业经验超过五年
24、对危险、有害因素进行辨识，选用哪种方法要根据分析对象的__的不同阶段和分析人员的知识、经验和习惯来确定。A．性质 B．特点 C．寿命 D．环境 E．条件
25、《关于报告船舶重大事故隐患的通知》将船舶重人事故隐患分为__。A．严重违章 B．操作人员过失 C．恶劣天气
海底管道工程 篇3
关键词：全自动焊接技术,海底管道,应用
海底管道是输送油气的一种最安全快捷的运输方式, 海底管道施工具有施工环境特殊、风险大、投资大、施工组织复杂、施工质量要求高等特点, 其中焊接技术是施工过程中最重要的部分, 焊接技术的高低直接影响到海底管道工程质量的好坏, 近年来随着科技的不断发展, 全自动焊接技术得到了迅速发展的应用, 能够有效降低焊工劳动强度, 节省管道焊接施工时间, 操作更为方便智能, 已经逐渐成为目前主流的海底管道工程焊接技术。
1 全自动焊接铺设流程
据有关资料显示, 利用“海洋石油202”铺管船进行铺设, 共有11个作业站, 焊接作业站是1~5站, AUT检验站是6站, NDT/返修站是7站, 涂敷防腐站是8~11站, 具体铺设流程为:坡口加工 (存管区两侧) →管段消磁 (存管区两侧) →管段预热 (存管区两侧) →焊口组对焊接 (第1站) →填充焊接 (第2、3、4站) →盖面焊接 (第5站) →AUT检测 (第6站) →合格→涂敷防腐;AUT检测 (第6站) →不合格→焊接返修 (第7站) →AUT检测 (第7站) →合格→涂敷防腐;焊接返修、AUT检测→不合格→焊接返修 (第7站) →AUT检测 (第7站) →合格→涂敷防腐;第二次焊接返修、AUT检测如若还是不合格, 则切口重新焊接, 回到AUT检测 (第6站) , 重复第7站流程, 直至全部合格, 涂敷防腐完成。
2 全自动焊接技术要点
2.1 焊接工艺
管道焊接采用带铜衬垫的CRC双焊炬自动焊进行根焊、热焊、填充、盖面, 焊材使用BOEHLER SG3-P实心焊丝, 保护气体使用根焊75%Ar+25%CO2和填充、盖面80%Ar+25%CO2混合气体, 管道焊接过程中预热温度保持在100摄氏度至150摄氏度之间, 层间温度保持在100摄氏度至200摄氏度之间。
2.2 操作要点
全自动焊接是分左右两半圈来完成。最后一遍为盖面焊 (2道) 将两焊炬调节错开, 同时完成。需要注意的是, 焊接时各接头必须错开, 由焊工通过控制手柄上的各功能键来完成整个焊接过程。
2.2.1 封底焊
在对左侧进行焊接时, 应选用打底焊专用导电嘴, 同时程序设置应调至相应的打底焊位置。然后将两焊炬同焊接方向调整在同一直线上, 且指向焊缝中心。当处在钟表12点位置的时候 (如图1所示A1位置) , 按下第一焊炬启动键起弧焊接, 机头开始行走。当第二焊丝到达第一焊丝焊道A2位置的时候, 按下第二焊炬启动键, 第二焊丝起弧焊接。焊接进行时, 要仔细观察第一焊丝电弧, 保证第一焊丝以焊缝中心做左右摆动, 并通过OUT/IN调节键调节。当焊接机头行走到仰位, 第一焊丝焊至A3位置的时候, 按下第一焊丝停止键。第二焊丝行走到A4位置的时候, 按下第二焊丝的停止键, 这样就能错开两丝停弧点, 过渡自然。这时, 焊接机头自动提升并向焊接反方向回车。焊工需立即在轨道里取出机头, 放到托架, 准备做热焊道焊接工作。当左侧机头焊行至到10点钟的位置时, 右侧机头第一焊丝在A2位置起弧, 第二焊丝在A1位置起弧, 第一焊丝在A4收弧, 第二焊丝在A3收弧。
2.2.2 热焊道及填充焊
封底焊完工后, 将导电嘴换成热焊道专用导电嘴, 使两焊炬与焊接方向在同一直线方向, 错开各层接头, 先焊接右侧机头。焊接操作基本和打底焊相同。焊缝填平后, 清理焊道。
2.2.3 盖面焊
调节焊炬调位轮, 错开两焊炬, 按摆动键。仰焊位置接头时为正仰焊位。
3 全自动焊接过程注意事项
3.1 焊接前准备
在焊接进行前, 必须要进行仔细检查, 包括 (1) 确保焊丝盘已经按规定安装好。 (2) 密切观察, 必须确保出丝是直的。 (3) 两焊炬需要保持处在同一直线上。 (4) 仔细检查导电嘴, 确保其结实紧固。 (5) 行车轨道须紧固稳定, 可靠, 不能偏。 (6) 机头与轨道安装务必紧固。
3.2 焊接过程中
在焊接进行过程中, 务必保证送丝通畅无阻碍无断丝, 因此需要对送丝管进行时常检查和清理;每焊完一层, 焊工都应对气体喷嘴、气体保护罩和导电嘴都做及时彻底的清理;摆动频率、幅度及行车速度应当根据坡口宽度大小适时适当的进行及时调整;为确保焊道成形, 可以通过增减导电嘴垫片厚度的方法, 适当调节焊接电流, 具体调整比例为:垫片厚度增加1mm, 那么电流就会减小大概10A。
4 结语
海上油田的开发利用依赖于海底管道工程建设, 作为集系统化、智能化和自动化于一体的全自动焊接技术是目前我国乃至全世界海底管线施工中最先进的工艺技术, 可以有效减少工人劳动量、劳动强度和劳动时间, 避免人为失误对焊接质量造成的伤害, 确保焊接的高精度及稳定性, 大大提高焊接效率, 值得广大管道焊接工作人员多多学习和大力推广应用, 为我国海洋油田事业的发展贡献力量。
参考文献
[1]王志业, 梁杰, 王超, 马亚光, 田顺啟, 张鹏.全自动焊接技术在海底管线铺设中的应用[A].中国海洋工程学会.第十六届中国海洋 (岸) 工程学术讨论会 (下册) [C].中国海洋工程学会:, 2013:5.
[2]毛静丽, 王虎, 刘智.全自动焊接技术在海底管道工程中的应用分析[J].石油工业技术监督, 2015, 11:6-11.
海底管道工程 篇4
一、单项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，只有1个事最符合题意）
1、在煤矿安全监察中，对安全生产许可证的监察是（）监察。A．专项 B．常规 C．定期 D．重点
2、生产经营单位的特种作业人员必须按照国家有关规定经专门的安全作业培训，取得特种作业操作资格证书，方可上岗作业。此规定的指导思想与下列安全生产管理理论的（）最相符合。A．预防原理 B．系统原理 C．强制原理 D．人本原理
3、调节锅炉气压就是调节其__。A．燃料量 B．风量 C．给水量 D．蒸发量
4、为了加强安全生产监督管理，__生产安全事故的发生，保障人民群众生命财产安全，促进经济发展和保障社会稳定，必须加强安全生产立法工作。A．降低
B．防止和减少 C．预防 D．控制
5、依据《建设工程安全生产管理条例》的规定，采用新结构、新材料、新工艺的建设工程以及特殊结构的工程，__单位应当提出保障施工作业人员安全和预防生产安全事故的措施建议。A．设计 B．施工 C．监理 D．建设
6、__的目的是统一思想，在推进体系工作中给予有力的支持和配合。A．管理层培训 B．内审员培训 C．全体员工培训 D．安全主任培训
7、气体灭火剂的使用始于__。A．18世纪末期 B．19世纪初期 C．19世纪中期 D．19世纪末期
8、我国实行生产安全事故责任追究制度，事故调查处理坚持“四不放过”原则。“四不放过”原则是指__。
A．事故直接原因未查明不放过、主要责任人未处理不放过、整改措施未落实不放过、遇难人员家属未得到抚恤不放过
B．事故原因未查明不放过、责任人未处理不放过、整改措施未落实不放过、有关人员未受到教育不放过
C．事故扩大的原因未查明不放过、主要责任人未处理不放过、整改资金未落实不放过、有关人员未受到教育不放过 D．事故原因未查明不放过、直接责任人未处理不放过、整改措施未落实不放过、安全管理人员未受到教育不放过
9、重大危险源为四级的情况下，其单元危险性控制程度应该为__以上。A．A级 B．B级 C．C级 D．D级
10、根据职业病防治的有关规定，用人单位建立的职业健康监护档案的主要内容包括：从业人员职业史、既往史和职业危害因素接触史、员工健康体检结果及处理情况和__等。
A．作业场所设备设施检测结果 B．作业场所危害因素检测结果 C．从业人员的工作经历 D．从业人员的工作业绩
11、压力容器的最高工作压力，对于承受内压的压力容器，是指压力容器在正常使用过程中，容器__可能出现的最高压力。A．底部 B．中部 C．顶部 D．侧面
12、依据《安全生产法》的规定，生产、经营、储存、使用危险物品的车间、商店、仓库__与员工宿舍在同一座建筑物内。A．不得 B．可以
C．经有关部门批准可以 D．一般不得
13、动火作业不包括__。A．特级动火 B．特殊动火 C．一级动火 D．二级动火
14、在热处理作业中，为防止发生爆炸，可控制易燃成分气体占总量的比例低于__％。A．5 B．10 C．15 D．20
15、典型的__是各行业中具有典型特点的基本过程或基本单元。A．单元表格 B．单元计划 C．单元过程 D．单元机构
16、装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全泄放装置的__压力或爆破压力。A．关闭 B．标准 C．最大工作 D．开启
17、__是应用最广泛的非定型设备。A．换热器 B．精馏设备 C．反应器 D．搅拌器
18、在无法实施湿式凿岩时，如在岩石遇水会膨胀，岩石裂隙发育，实施湿式作业其防尘效果差等情况下，可用__等除尘技术。A．风钻湿式凿岩 B．煤电钻湿式打眼 C．干式凿岩捕尘 D．炮掘防尘
19、对伤亡事故原因的专门研究以及事故判定技术等主要应用__。A．描述统计法 B．推理统计法 C．频数分布法 D．相关分析法 20、安全生产监督管理人员在监督检查中发现的下列安全生产问题，应该责令限期改正的是__。A．违章指挥 B．违章作业
C．违反劳动纪律
D．安全生产责任制不完善
21、__将交通事故类别按事故形态分为侧面相撞、正面相撞、尾随相撞、对向刮擦、同向刮擦、撞固定物、翻车、碾压、坠车、失火和其他等u种。A．交通部 B．公安部 C．国务院
D．国家安全部
22、依据国民经济行业分类类别和安全生产监管工作的现状，安全评价的业务范围划分为两大类，以下属于第二类的是（）。A．煤炭洗选业
B．交通运输设备制造业 C．非金属矿采选业 D．医药制造业
23、根据《职业安全健康管理体系导则》(ILO--OSH2001)的要求，生产经营单位所制定的职业健康安全方针应体现对__的承诺。A．事故预防 B．设备管理 C．责任追究 D．行为管理
24、事故应急救援体系组织体制建设中的（）包括与应急活动有关的各类组织机构。
A．救援队伍 B．管理机构 C．功能部门 D．应急指挥
25、在某种合同的情况下，由与用人单位(受审核方)有某种利益关系的相关方或由其他人员以相关方的名义实施的审核，称为__。A．第一方审核 B．第二方审核 C．第三方审核 D．以上均不正确
二、多项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，有2个或2个以上符合题意，至少有1个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）
1、应急响应的核心功能和任务包括：接警与通知、指挥与控制、警报和紧急公告、通讯、事态监测与评估、警戒与治安、人群疏散与安置、医疗与卫生和__。A．公共关系 B．应急人员安全 C．消防和抢险 D．泄漏物控制 E．应急场面清除
2、根据《安全生产法》的规定，生产经营单位应当告知从业人员的事项包括__。A．生产经营计划 B．作业场所危险因素 C．环境保护政策 D．事故应急措施 E．安全防范措施
3、《安全生产法》根据民事违法行为的主体、内容的不同，将民事赔偿具体分为__。
A．现金赔偿 B．无限连带赔偿 C．连带赔偿 D．强制赔偿 E．事故损害赔偿
4、电离辐射“外防护三原则”是指______。A．吸收防护 B．距离防护 C．屏蔽防护 D．时间防护 E．剂量防护
5、关于职业安全健康管理方案的描述，正确的选项是______。
A．管理方案应明确给出实现目标的方法，包括做什么事、谁来做、什么时间做 B．实施相关方法所必需的资源保证
C．职能主管部门应定期对生产经营单位职业安全健康管理方案进行评审 D．为保障其有效性，管理方案一旦确定，就必须切实坚持执行，不得更改 E．应以所策划的风险控制措施和获得的相关法律、法规要求作为主要依据
6、乙炔发生站内发生火灾，严禁使用__灭火器扑救电石着火。A．二氧化碳 B．干粉 C．泡沫 D．水 E．固态
7、初始评审目的是依据职业安全健康方针总体目标和承诺的要求，为建立和完善职业安全健康管理体系中的各项决策提供依据，并为持续改进企业的职业安全健康管理体系提供一个能够测量的基准。其各项决策的重点是__。A．目标 B．初始评审 C．管理方案 D．运行控制 E．应急响应 8、20世纪末，职业安全卫生问题成为非官方贸易壁垒的利器。在这种背景下，__的健康安全管理理念逐渐被企业管理者所接受，以职业健康安全管理体系为代表的企业安全生产风险管理思想开始形成，现代安全生产管理的内容更加丰富，现代安全生产管理理论、方法、模式以及相应的标准、规范更成熟。A．风险评价 B．控制环境污染 C．危险预警 D．以人为本 E．持续改进
9、《职业病防治法》规定，职业病前期预防的具体规定有__。
A．关于产生职业病危害的用人单位的设立及对其工作场所职业卫生要求的规定 B．关于职业病危害项目的申报制度的规定 C．关于职业病危害预评价制度的规定
D．关于建设项目职业病防护设施“三同时”制度的规定 E．关于职业病防护设施设计的备案制度的规定
10、《行政处罚法》规定，当事人__，应从轻、减轻或者不予行政处罚。A．受他人引诱有违法行为的 B．主动消除违法行为危害后果的
C．配合行政机关查处违法行为有立功表现的 D．受他人胁迫有违法行为的
E．不满18周岁，但已超过16周岁
11、根据《安全生产法》的规定，安全生产中介机构的特征有__。A．客观性 B．独立性 C．公益性 D．服务性 E．专业性 12、2006年1月8日，国务院发布的《国家突发公共事件总体应急预案》将突发公共事件分为__。A．自然灾害 B．事故灾难
C．公共卫生事件 D．社会安全事件 E．社会治安
13、安全生产监督管理的内容很多，主要包括__方面。A．安全管理和技术 B．机构和安全教育培训 C．隐患治理 D．伤亡事故 E．安全生产许可
14、依据《工伤保险条例》的规定，提出工伤认定申请，应当提交如下__材料。A．工伤认定申请表 B．身份证或户口簿
C．与用人单位存在的劳动关系的证明材料 D．家庭成员和家庭收入情况
E．医院诊断证明或者职业病诊断证明书(鉴定书)
15、生产性毒物高分子化合物的生产包括__。A．有机磷生产
B．有机氯、有机氮生产 C．由化工原料合成单体
D．单体经聚合或缩聚成聚合物 E．聚合物的加工、塑制
16、一般应设置封闭楼梯间的建筑物有__。A．汽车库中人员疏散用的室内楼梯
B．甲、乙、丙类厂房和高层厂房、高层库房和疏散楼梯 C．高层民用建筑的裙房和除单元式和通廊式外的建筑高度不超过32m的二类高层民用建筑
D．11层及11层以下的通廊式住宅
E．医院、疗养院的病房楼，设有空气调节系统的多层旅馆和超过8层的其他公共建筑的室内疏散楼梯(包括底层扩大封闭楼梯间)
17、根据锻造加工时金属材料所处温度状态的不同，锻造可分为__。A．热锻 B．温锻 C．冷锻 D．水压锻 E．超高温锻
18、建设单位在初步设计会审前，应向安全生产监督管理机构报送建设项目__。A．可行性研究报告 B．安全施工方案
C．劳动安全卫生预评价报告 D．初步设计文件 E．图纸资料
19、《安全生产法》中“安全生产监督管理”的“监督”是广义的监督，其所构成的广义安全生产监督体制内容包括______。A．县级以上地方各级人民政府的监督管理 B．监察机关的监督
C．基层群众性自治组织的监督 D．新闻媒体和社会公众的监督 E．安全中介机构
20、人的心理因素包括__。A．能力 B．智力 C．气质 D．文化 E．动机
21、劳动防护用品以预防伤亡事故为目的分类的有__。A．防坠落用品 B．防噪声用品 C．防冲击用品 D．防水用品 E．防放射性用品
22、各个部门和所有人员都按照职业安全健康管理体系的要求开展相应的安全健康管理和活动，对职业安全健康管理体系进行试运行，以检验体系策划与文件化规定的__。A．充分性 B．完整性 C．有效性 D．适宜性 E．科学性
23、依据《安全生产违法行为行政处罚办法》的规定，县级以上人民政府安全生产监督管理部门对生产经营单位及其有关人员在生产经营活动中的安全生产违法行为，可以依法实施的行政处罚有__。A．开除 B．撤职 C．罚款
D．没收违法所得 E．警告
24、《重大危险源辨识》不适用于__。A．核设施 B．军事设施
C．石油加工设施 D．采掘设施
E．危险物品的运输
25、某单位储存有0.5t氰化氢化学品及150t的电石危险物质（氰化氢和电石的重大危险源临界量分别是1t和100t），根据《危险化学品安全管理条例》，该企业应当将储存的危险化学品的数量、地点以及管理人员的情况报当地__。A．公安部门备案
B．负责化学品登记的机构备案 C．安全监督管理部门登记
深水海底管道湿式屈曲分析 篇5
1 前言
随着海洋石油开发向深水领域进军, 为海底管道的施工带来了许多新的挑战。深水海底管道在铺设过程中由于受到强大的外部静水压力、弯矩和轴向力的作用, 如果没有科学且严格的控制, 容易产生局部的屈曲变形, 情况严重时会产生管道破损, 导致管道充水, 所造成的后果常常是无法接受的, 因此需要我们对海底管道湿式屈曲的情况加以研究和分析, 对产生湿式屈曲情况后船舶自身的反应加以了解, 从而制定出相应的预案及措施, 以保证海上施工的安全性以及一旦出现湿式屈曲情况后所能及时采取的应对措施。
2 概述
海底管道作为连接产油平台与陆地炼厂之间的媒介是海洋工程事业中尤为重要的一部分。随着当今海洋事业进军深海, 海底管道在铺设过程中所存在的安全风险也是当今深水海洋技术研究中最为重要的一部分。其中以湿式屈曲尤为引人关注, 所谓湿式屈曲, 是指管体在铺设过程中产生了超出管材本身所允许之外的变形, 且变形处已发生破损, 使得海水注入管内, 当管体突然进水时, 将造成海管悬空段的水中重量急剧增大, 不但威胁铺管船以及船上施工人员的安全, 还可能影响到周围已存在水下生产设施的安全。
在铺设过程中海管产生屈曲的原因有很多种, 比如恶劣天气、设备失效、管材疲劳等等。因此, 在项目施工前对海管铺设过程中可能产生的湿式屈曲的风险进行分析并准备相应的应急措施是很有必要的。这样就可以在湿式屈曲发生时采取正确的措施加以应对, 不但降低了湿式屈曲发生时所引发的风险, 同时也提高了项目风险控制的水平。
3 深水铺管概况
当今的海管铺设方式主要分为S-Lay, J-Lay和Reel-Lay三种, 在深水铺管中S-Lay是最容易发生湿式屈曲的一种铺管方式, 因此本文主要针对S-Lay的铺管方式进行分析和讨论。
根据海管相关规范[1]的规定, 在深水S-l a y铺管时往往可以采用一个较小的曲率半径进行铺设, 但随之会导致海管在铺设过程中产生较大的应变, 且这些应变多为塑性形变, 会残留在海管中但并不影响海管的使用, 但当残留应变累积到一定程度超过了海管所能承受的应变能力时海管就会发生变形, 且严重时会发生湿式屈曲。
4 湿式屈曲分析[2]
深水中需要采用动力定位 (DP) 铺管船进行海管铺设, 当发生湿式屈曲时会引发一系列的情况, 需要我们提前对湿式屈曲可能引发的情况进行考虑,
张紧器极限张力的校核。发生湿式屈曲时海管的水中重量会增加, 张紧器的张力会增加以提供能夹持住进水海管的张力, 需要校核张紧器的极限张力是否满足。
推进器能力的校核。推进器是DP铺管船在铺管时用以克服海管水平分力, 从而保证DP铺管船能够精确定位的重要设备。当发生湿式屈曲时, 需要校核推进器的能力是否满足。
收放 (A/R) 绞车能力的校核。A/R绞车是代替张紧器为海管提供张力, 从而使海管能够放至海底的设备。基于上述情况的校核之后, 需要校核A/R绞车的能力是否满足。
托管架结构强度的校核。发生湿式屈曲时会导致托管架所承受的海管压力增加, 因此需要校核托管架的结构强度是否满足。同时, 发生湿式屈曲时往往会通过增大托管架角度的方式以缓解进水海管给托管架施加的压力。
5 湿式屈曲算例[3]
下面将根据一个实际项目的海管数据进行分析, 分别对发生湿式屈曲时需要校核的上述情况进行模拟分析。
5.1 海管参数
水深1400米, 海管外径559mm, 壁厚25.9, 海管等级X65。
5.2 分析结果
5.2.1 海管正常铺设状态
海管的正常铺设状态分析结果张力2254K N, 推进力1015K N, 距离船尾1722m, 上弯段0.37%, 下弯段0.07%。
5.2.2 张力校核
当海管发生湿式屈曲时, 海管的自身重量会增加, 张紧器会随之增加张力以提供能够夹持住海管的张力, 需要通过分析最大张力情况下海管的状态来采取应对措施。根据分析结果可见, 当达到张紧器张力极限的情况时, 正常铺设状态下的托管架曲率已经超出了托管架滚轮的能力范围, 此时通过降低托管架的曲率 (即增大托管架的角度) 是有效的应对措施。
5.2.3 推进器能力校核
当海管发生湿式屈曲时, 铺管船张力会随之增大, 海管由于进水水中重量会增加, 导致水中S型曲线变化, 同时会导致海管底部张力 (推进器力) 变化, 因此需要校核进水情况时的推进器能力, 确认推进器是否能够在此情况时保证船舶的位置稳定。
通过表4中具体分析结果可见, 海管发生湿式屈曲时, 推进器可以满足需求。
5.2.4 AR绞车能力校核
当海管发生湿式屈曲之后, 往往会采用AR绞车设备将海管放置海底, 因此需要校核AR绞车是否有能力将进水海管安全的下放到海底, 以便再进行后续工作。此时需要校核AR绞车在最大能力时下放海管的情况, 通过分析可见降低托管架的曲率 (即增大托管架的角度) 或者在推进器能力允许的情况下向前移船是相对有效的应对措施。
5.2.5 托管架结构强度校核
在海管发生进水后, 托管架上的滚轮支反力会随之增大, 因此需要校核托管架的结构强度是否满足要求。通过上述分析可见, 在采取增大托管架角度或向前移船等相应措施后均可以缓解进水海管对托管架滚轮的压力, 同时满足托管架的结构强度要求, 以保证安全施工。
5.3 结论
根据分析结果可以看出, 发生湿式屈曲时, 加大张紧器张力同时增大托管架角度是最有效的应对湿式屈曲的方法。同时根据先前对湿式屈曲的分析, 如果铺管船的设备不能够满足安全放管的需求, 就需要通过移船等手段缓解设备的负荷, 从而将海管安全的放至海底。
6 结束语
深水海底管道的铺设为我们带来了很多新的挑战, 而海管湿式屈曲作为深水海底管道铺设时的风险之一, 需要我们对其加以分析, 深入了解, 从而制定出可行的预案, 以保证在项目施工时的安全性。希望此文能对湿式屈曲的情况研究有所帮助。当然, 文中提到的某些方法也有待进一步思索和改进, 这也是今后不断努力实践的方向。
摘要：本文主要论述了深水海底管道铺设过程中出现湿式屈曲时海管所产生的变化及船舶自身所采取的应对措施, 并对湿式屈曲时海管的应变情况做了简要的计算分析。
关键词：深水,海底管道,湿式屈曲
参考文献
[1]DNV-OS-F101 SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS, OCTOBER 2010
[2]Deepwater Challenges Pipeline Installation Case, Gunawan Suwarno, 28 March 2011
海底管道清管技术研究 篇6
1 清管器分类
根据清管的目的不同可以将其分为:导向清管器;清洁清管器;隔离清管器。根据清管器的结构形式不同, 可以分为:机械清管器;软质清管器;清管球。
1.1 导向清管器
导向清管器的主要目的是管道从起点到终点管径的圆度, 使用导向性清管器也可以清除一些垫土块、焊条等建管时残留在管道内部的杂物。
1.2 清洁清管器
清洁清管器的目的主要是为了清除管道内的外来物质、沉积物和由腐蚀而产生的锈垢。清洁清管器的种类很多, 如刮刀清理、硬毛刷清理、刮削清理机、水压清理、聚合物清蜡塞、凝胶清管和旁通清管器等, 具体采用那一种则要考虑诸多因素, 例如管径、管道长度及清理目的等。
1.3 隔离清管器
该清管器属于密闭性清管器, 既可达到清管要求, 又能起到隔离介质的作用, 常见的有清管球、双向清管器和锥面形皮碗清管器等。
管道运营商对海底管线的运行压力应进行跟踪监测, 监测的结果对了解管道泄漏和堵塞的运行情况非常重要。如果发现管道压降超过设定的压降, 就应该对管道进行清管作业。
2 清管的目的
2.1 提高管道的输送效率
管道的输送效率下降会导致输量的下降。对于输油管道, 原油中的固体杂质和蜡在一定条件下可能聚集在管壁上。对于气体管道和多相流管道, 管道中有可能有水化物出现, 这些都会降低管道的效率, 增加压能的损耗。通过清管作业, 可以提高管道的效率, 据统计, 通过清管, 输气管道的效率可提高1%, 输油管道的效率可提高3%。
2.2 减少对管道的腐蚀
根据NACE RP-01-75标准介绍, 通过清管可提高管道防腐效果, 它可与防腐剂和脱水剂等方法一起使用, 减少对管道内壁的腐蚀。
2.3 分隔不同的油品
对于混输管道, 为了减少油品的混合, 可以用清管器对不同油品进行隔离, 以达到经济有效地实现混输。
2.4 新建管道的清理
对于新建的管道, 在投产之前, 必须进行清管作业, 以清理管道内的焊渣、杂质和其他异物, 同时确定管道的变形度。
3 清管器的选择
清管器的结构型式较多, 应根据不同的操作目的, 选择不同类型的清管器。
(1) 倘若用于清除管道内的外来物质和沉积物或结垢物, 则应选用清洁作用的清管刷。
(2) 若用于分隔管道内输送流体和清除管道内无用液体或腐蚀产物, 则应选用隔离/驱替作用的清管器。
(3) 若用于驱送含硫石油和含硫天然气、液化石油气, 以及其它已炼制成的碳氧化合物产品, 则应选用带有刮管环或锥形皮碗的清管器。
气体管道发射室的内径通常比管道大1-2in, 发球室的长度至少是清管球长度的1.5倍。发射室装有可以快速打开的挡板, 一条旁通管路 (其尺寸是管道尺寸的1/4-1/3) 接入在靠近挡板一端, 以确保驱动清管器的介质作用于清管器信号探头挡板的后面。一条放空管线 (其尺寸是管道尺寸的1/6) , 清管器信号探头装在发射装置的下游, 以确认清管器进入管道。
清管器接收装置与发射装置几乎一样, 不同的是接收室较长一些, 一般是清管器长度的2.5倍, 同时清管器的探头装在接收室上。
液体管道清管器发射和接收装置与气体管道不同之处是, 装有低位排放管线 (尺寸一般是50mm) , 其发射和接收步骤与气体管道一样。
4 清管作业流程
4.1 清管器发球流程
检查阀门和压力表, 打开快开盲板推入清管器顶紧, 关闭盲板。打开进油、气阀门, 平衡发球阀门两端的压力。打开发球阀门后关闭主阀, 发射清管器。打开主阀门, 关闭进油、气阀门和发球阀门, 对发球筒进行排污, 放空为下次通球作准备。
4.2 清管器收球流程
检查收球筒阀门及压力表的完好率, 在清管器到达前1小时按顺序打开收球阀门、出油、气阀, 将主阀门部分或全部关闭。清管器进入收球筒后, 打开主阀门, 关闭收球阀门及出油、气阀。收球筒排污、放空, 打开盲板取出清管器。关闭盲板为下一次通球作准备。
4.3 收发球注意事项
发球时, 打开盲板前要泄压, 操作人员要站在侧方;输气管线要注意黑粉自燃。必须确认清管器发出, 必要时打开盲板进行检查, 确认清管器运行状态。
收球时, 打开盲板前要泄压, 操作人员要站在侧方, 防止被打到;开盲板时必须打开球筒的平衡阀;关盲板时, 关闭排污阀, 打开放空阀;如果需要放空引球时, 放空口必须点火;清管器进入球筒时, 要控制压差, 以防球速过快, 对收球装置构成冲击;专人负责监听清管器是否到达球筒;放空时, 要注意防止污水污染环境。
5 结语
海底管道在运行一段时间后, 由于结蜡, 积液以及结垢和黑粉等因素, 必然造成管道输送效率的降低等隐患, 威胁管道安全运行, 必须定期清管, 以保证海洋油气生命线的完整性。
摘要：本文按照清管器进行清管作业目的不同对清管器进行介绍。并介绍了清管的目的, 清管器的选择及清管流程及注意事项, 为海底管道的清管作业提供支持。
关键词：海底管道,清管
参考文献
海底管道电加热技术研究 篇7
关键词：海底管道,平台电加热,集肤效应伴热,直接电加热
0 引言
海上某边际油田拟新建一座WHPA平台对其进行开发, 采用四腿四桩无人平台结构形式。WHPA平台井流物通过长约5.3km的海底混输管线输送至已建B平台, 与B油田所产井流汇合, 经B平台加热器加热后输往下一级管道。
该油田原油凝点高, 含蜡量较多, 粘度较大。该油田产量小, 生产初期含水量少, 气量大, 井流混合温度不高, 因此需采用加热输送方案, 以保证管道出口温度高于凝点3~5℃。工艺计算结果表明, 生产初期该海底管道出口处安全停输时间不足3h, 停输后需在3h内启动管道置换流程。考虑切换流程大约需要2h, 若供应船无法在规定时间内赶到WHPA平台, 则管道存在凝管的风险。为了降低管道运行风险, 保障油田安全生产, 考虑将WHPA平台设计为有人平台, 但会大大增大项目投资。
为了探寻合理、可行、经济的油田开发方案, 对WHPA平台电加热、集肤效应伴热和直接电加热三种海底管道流动安全保障技术进行对比, 分析各技术优缺点和经济效益, 最终确定合理、经济、可行的海底管道加热方案。
1 平台电加热方案
目前国内对于常规、距离短的输油管道普遍采用海上平台加热升温、双层保温管道, 并结合化学药剂注入、降压输送、频繁清管等措施。该技术一般需在平台上设置电加热器, 设备占地面积大, 耗能较大, 需考虑复杂的海管置换流程, 当面临高含蜡、高粘度稠油及长距离输送时, 这种保温形式海底管道无法满足介质流动安全保障要求。
该油田海底管道出口温度需高于凝点3℃以上, 同时还应保证管道停输2h后出口温度仍高于原油凝点。此时需在WHPA平台上设置生产加热器, 对其所产井流进行加热输送。同时, 海底管道计划停输或紧急停输时, 需将管内流体及时置换出管道。因此需在WHPA平台上设置海水提升泵和置换泵, 采用海水进行置换, 置换流量约为50m3/h, 置换压力受下游管道运行压力影响, 约为4000k Pa。
海底管道投产或停输再启动前, 需对海底管道进行预热, 使管壁温度高于原油凝点3℃以上并达到稳定后, 方可投产。
另外, 需在平台上设置应急发电机, 以满足在平台主电源失电时海底管道应急置换的用电要求, 生产加热器、应急置换泵和海水提升泵等相关设备均由应急电源供电。
该海底管道为双层保温管道, 腐蚀裕量为5mm, 内管为168.3mm O.D.×15.9mm W.T.API 5L X65 SMLS, 外管为323.9mm O.D.×12.7mm W.T.API 5L X65HFW。
为了降低管道运行风险, 保障油田安全生产, 考虑将WHPA平台设计为有人平台。
2 集肤效应伴热方案
集肤效应伴热技术多应用于国内外陆上管道, 海底管道也有成功应用案例。集肤效应伴热系统是一种基于交流电的集肤效应及邻近效应原理的电伴热系统。在加热管中的电缆和热管间通过电流时, 加热管上电流逐渐趋肤在加热管内壁, 正是这薄薄的内壁产生的焦耳热来满足伴热的需要。
集肤效应电伴热系统产生焦耳热主要来自3部分:加热管上通电流时, 加热管上发出的热, 是集肤电伴热系统的主要能量来源;加热管内部电缆产生的热;加热管内磁滞损耗产生部分热。
集肤效应电伴热电路构成如图1所示。其发热装置是称为热管的普通碳钢管和穿在热管中的集肤效应导线。热管焊接在需要伴热的管道上, 热管和导线在一端短接在一起, 在另一端分别与电源的两端相连。
加上电源后, 热管与导线上流经的电荷将产生集肤效应和邻近效应, 即一个方向上流动的电荷所产生的电场将对另一方向上的电荷产生相互吸引作用。由于存在这种吸引力, 两个方向上的电荷将趋于在彼此最接近的通路中流动, 热管内的电荷将趋于热管的内壁, 导线中的电荷趋于导线的外表面。由于电荷流过的面积很小, 因此电阻非常高, 产生高热量, 热管把热量传给海底管道达到伴热的目的。因电流集中在钢管的内表面, 外表面几乎没有电流, 所以自身能形成很好的绝缘结构, 集肤效应伴热是安全可靠的。
该项目采用集肤效应电伴热后, 应急或计划停输工况下可不对海底管道进行置换, 只需在投产或再启动时通电流加热海管, 将热量传递给管内已凝原油, 待原油温度高于倾点即可正常启动, WHPA可按照无人平台设计。
WHPA至B平台海底管道的管径6″, 长度为5.3km, 原油工作 (流动) 温度55℃、最低环境温度18℃, 热损失约为12W/m。鉴于WHPA平台为4腿4桩无人平台, 为了便于生产/维护操作, 集肤效应电加热系统的电源引自B平台35k V系统, 通过平台上设置的集肤效应专用变压器和相平衡装置为系统供电。为了提高系统的可靠性, 伴热电缆采用一用一备。集肤效电加热系统变配电设施均布置在B平台, 接线示意图如图2所示。
该海底管道为双层保温管道, 腐蚀裕量为5mm, 内管和外管尺寸同平台加热方案。
3 直接电加热技术方案
直接电加热技术能够有效地解决长距离输油管线在关断工况下因热损失而导致管线结蜡凝堵的问题, 尤其适用于海底长距离油气管道的加/伴热, 是一种安全、可靠、节能、环保、高效的电加热方式。
直接电加热系统原理是在海底管道的管壁两端通以交流电流, 电流在海底管道电阻的作用下产生热量, 从而达到对海底管道加热、确保海底管道安全输送的目的。
鉴于WHPA平台为4腿4桩无人平台, 为了便于生产/维护操作, 直接电加热系统的电源引自B平台35k V系统, 通过平台上设置的直接电加热专用变压器和相平衡装置为系统供电。直接电加热系统变配电设施均布置在B平台。系统接线图如图3所示。
该方案下海底管道采用单层湿式保温电加热管保温材料。应用于湿式保温的保温材料一般是复合聚氨酯材料, 复合聚氨酯材料是将特殊性能的聚氨酯与不同类型的空心微球进行复合而成。
目前国内湿式保温材料多处于研究阶段, 还未达到产业化的要求, 国外应用较多, 但费用昂贵, 即使采用国产湿式保温材料, 原材料也需要进口, 费用较高。
4 技术和经济性分析
三种加热方式技术和经济比较详见表1。
根据表1可知:
(1) 平台电加热技术成熟, 有诸多海上成功应用业绩。为了满足海底管道的安全运行, 平台需设计为有人平台, 平台规模、生产设施、应急用电量均有所增加, 平台投资有较大增加。
(2) 集肤效应电伴热技术方案能够解决海管预热、正常生产和海管紧急关断情况下的置换问题, 平台可设计为无人平台且可取消应急发电机、加热器等设施进而减小了平台规模, 降低平台投资, 经济性最优;同时海管伴热电负荷较小, 缓解了油田用电紧张的局面。但该技术对海底管道长度、伴热电缆的寿命、海底管道材质和海上工程施工质量有较高要求, 一旦发生故障修复成本较高。
(3) 直接电加热技术方案下平台设计类似于集肤效应伴热方案, 可简化设计。该技术方案适用于给长距离海底管道保温。但目前该技术被国外公司所掌握, 如耐克森、AKER等, 海上应用业绩也主要在北海油田, 国内尚无应用先例, 投资较高。该系统需由国外公司进行单独设计, 系统耗电量较大 (2MW左右) , 且需重点考虑海底管线及周边钢结构的防腐保护。
5 结语
基于上述分析, 对于短距离海底管道, 集肤效应电加热技术具有一定经济优势, 但因后期维护成本高, 工程实施中需关注施工质量和产品质量;对于解决深水低温、高压环境下, 高凝、高粘、高含蜡原油及湿气输送等长距离海底管道中介质的流动安全问题, 直接电加热技术将有较大技术优势。
参考文献
海底油气管道水下维修技术综述 篇8
发现海底管道发生失效和损坏一般是突发性的, 由于每一条海底管线自身的工作状态、所处海洋地理环境都有所不同, 采取维修的方法和手段也有所差异。目前, 对于海底管道维修主要水上维修和水下维修。对于水上维修通常是将管道切断拖吊出水面, 焊接修复后再放回海底, 这种维修方法只适应于状态较好的海底管道, 对海域工况有较为严格的限制, 适应水深较浅。对于水下维修又区分为水下干式维修和水下湿式维修, 水下维修技术相对于水上维修具有更大的适应能力, 因此文章主要讨论水下维修技术。
1 海底管道水下干式维修
对于水深较浅的海底管道且具备一定条件的海底管道常采用水下干式维修, 主要维修步骤为:通过多波束剖面声呐、磁探测仪及各种潜水检测结合的方法, 确定海底管道泄漏位置, 引导作业船舶就位, 利用开挖设备对水下作业区域进行开挖, 满足水下干式维修装备的就位与空间需求, 并对管线泄漏点进行开孔封堵;干式维修装备就位与管线上部, U型口合拢, 管道密封, 将内部海水排出, 形成一个干式作业环境, 利用切割机具切开破损管道, 然后管道组对、管道焊接、焊缝NDT检验, 管道试压合格后, 干式维修装备回收;作业区域海床进行回填掩埋。
水下干式维修效果可以保证原有管道整体性能不改变, 但是该项技术焊接系统复杂, 同时维修过程需要配置大量配套特种装备, 如水下切割机具、大型起重船舶、焊接辅助机具等, 对水深和作业海况都有一定的限制。国内研发过水下干式管道维修系统, 曾在JZ20-2 油田海底管道改线工程、CFD11 油田海底电缆检测维修及复位工程、PL19-3 油田WHPB平台靠船件拆除、涠洲11-4 油田等依托工程中应用[3]。国外目前采用该种方式的维修应用较少。
2 海底管道水下湿式维修
对于海底管道水下湿式维修又可区分为不停产开孔维修、停产维修。不停产开孔维修主要针对管道出现腐蚀泄漏但未发生变形, 维修步骤为:在管道安装水下机械三通和开孔机, 在不停产的情况下对管道开孔, 安装封堵机和旁路三通, 利用封堵机堵住需更换的管道, 油气介质从旁路通过, 冷切割切除需更换的管段, 安装连接法兰、球形法兰及管段, 打开封堵, 旁路泄压, 拆除封堵机, 管道恢复, 海床复原。
停产维修主要包括机械连接器维修与外卡维修。机械连接维修主要包括一系列管段固定和机械密封的构件, 长度可以调节, 并可与各种法兰配套, 适应于各类海域、水深和作业要求, 具有维修时间短费用低等特点。外卡维修主要用于破损较小 (裂纹、腐蚀穿孔) 的管道, 管道外卡应在精度允许范围内, 适应于管道压力等级和安全等级较低管道[4]。主要步骤为:管道破损处海床清理, 切割机具切除管道破损管段 (外卡维修不用切除但须清理受损管道表面) , 管道修复短节 (或卡具) 就位, 安装更换, 管道恢复, 海床复原。根据作业水深的不同, 修复过程使用潜水员或水下机器人配合机具就位和水下作业。
国外目前以水下湿式维修为主, 主要为国家几家海洋工程公司所掌握, 其海底管道修复连接器能适应各种类型的海底管道, 具有代表性的主要有墨西哥的Oeeaneering公司、美国T.D. Williamson、美国的Hydratight公司以及QCS公司, 这些公司都具有成熟技术与产品, 且都有成功的工程实际应用[5]。国内水下湿式维修技术处于发展阶段, 基本通过与国外公司合作的方式进行。如渤西油田直径天然气海底管道的不停产双封双堵维修[4]、东海平湖油田输气管维修、南海西江24-3 油田海管维修等。
3 深水海底管道维修系统
上世纪70 年代国外开始了深水油气田勘探开发, 特别是墨西哥湾和北海, 主要的深水管道也集中于此, 经营此油气田的大型公司, 为了防备飓风或者发生其他不可预料的情况导致管道失效而中断输送时, 系统和设备能够快速运至现场并进行抢修, 降低各类损失, 由Sonsub、Oceaneering、Oil States、Statoil等公司设计和制造了深水海底管线维修系统 (Deepwater Pipeline Repair System, 简称DPRS) 及其所需的主要设备和工具[6]。2005 年在Katrina飓风影响中, Mars油田TLP的主要出油管线和输油管线损坏后, 使用DPRS抢修得到快速复产, 证明了DPRS的重要性和必要性。
一套完整的DPRS主要包括夹具、法兰、跨接管膨胀弯、提管设备、吹泥泵、管线切割设备、管线终端修理工具、管线回收工具、混凝土加重层或FBE涂层清除工具、焊缝清除工具、连接器、龙门托架、焊接设备、管线终端测量系统等。完成深水海底管线维修还需要ROV作业、饱和潜水作业、DP支持船等的支持;此外, 还需要使用索具、进出坞吊、隔离液压动力模块、管线脱水装置、海上动力站等辅助设备[7]。
1987 年, 美国Mohr工程公司发起组建了浅水海底管道维修联盟, 为成员多为油公司和油气输送商, 联盟为成员出现管道损坏的紧急情况下提供所需设备, 从而降低管道停产、停输的损失。这为深水海底管道运营商提供了参考, 更多公司组成联盟共同拥有DPRS。2004 年, Stress Subsea工程咨询公司组建深水海底管道紧急维修响应系统联盟, 拥有系列堵漏夹具、膨胀弯和连接器, 可以应对1000ft-10000ft水深范围内4"-24"的深水海底管道的维修, 存储于墨西哥湾, 供联盟内成员使用, 从而解决了深水管道维修停产、停输时间长的问题。
国内海底管线以浅水为主, 深水管线较少, 对于DPRS相关研究和应用还处于起步阶段, 但对海底管道维修系统的需求还是迫切, 如南海A3 油田海管抢修由于维修技术、工具和设备的储备不足, 导致原本计划1 个月的抢修工作历时近3 个月才完成, 且对部分漏点只实现了临时性修复, 损失巨大[7]。随着我国深水油气田的开发和深水海底管道发展, 也需加强DPRS相关装备研制, 尽早形成自有的海底管道维修联盟, 实现资源共享, 提高设备利用率。
4 结束语
海底管道是一个系统工程, 为保证管道安全运行, 应从海底管道设计、制造、运行、检测、评估、维修等各个阶段进行综合管理, 形成海底管道完整系统。另外, 应加强定期对海底管道进行检测, 及时发现管道存在的各种几何缺陷、腐蚀、变形、外力损伤、悬空、冲刷等, 进行评估及时发现海底管道潜在的问题并进行相关治理与修复。在海底管道维修系统和联盟未形成前, 应根据管线运行状态和检测数据, 结合损伤出现的频率, 制定不同的维修预案, 对重要的海底管道建立对应的维修备件库, 当发生海底管道损伤时, 可及时提供相应的维修配件, 缩短整个维修周期, 有利于降低由于海底管道事故带来的损失, 减少海洋环境污染。
摘要：海底管道是海上油气田的重要基础设施, 由于各种原因海底管道会出现损伤造成事故, 需要及时修复, 尽可能减少海底管道停输带来的各种损失, 文章对海底管道维修水下技术和深水海底管道系统进行了介绍和分析, 并对海底管道安全运行与维修提出了建议。
关键词：海底管道,水下湿式维修,海底管道维修系统
参考文献
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[3]房晓明.海底管线干式维修技术[J].哈尔滨工程大学学报, 2008, 7:651-657.
[4]刘春厚, 潘东民, 吴谊山.海底管道维修方法综述[J].中国海上油气, 2004, 1:61-64.
[5]刘永.海底管道修复连接器的研究[D].哈尔滨工程大学, 2011.
[6]王常文.深水海底管道维修系统工程应用研究[D].天津大学, 2010.
海底管道的凹坑损伤安全评估 篇9
1 评价方法
海底管道的失效形式多种多样, 但第三方破坏、内腐蚀、外腐蚀、工程质量和操作不当等是主要因素。其损伤形式主要表现为:金属损失、凹坑、裂纹、划痕、自由悬跨、局部屈曲、整体屈曲、露管、位移、防护层破坏和阳极损坏等。
对于不同损伤形式, 由于失效机理也不相同, 在进行完整性评价的时候, 选取的具体的方法和参考的规范也是不同的, 见表1[1]。
凹坑是其中一种非常常见的损伤形式, 针对凹坑这种形式, 主要采用凹坑损伤安全评价法进行评估。凹坑损伤安全评估是一种通过弹性分析和试验研究计算在内压和弯矩联合作用下的极限载荷的评价方法[2]。通常分为三个等级 (一级、二级和三级) 。
2 凹坑损伤安全评估在某海管失效评估中的应用
2.1 受损海管概况
某油田海底管道的直径为711 mm (28″) , 壁厚为17.1 mm (局部25.4 mm) , 材质为X65。输送的主要介质为天然气, 设计压力约为15.5 MPa。
该海管由于受到外力而出现损伤, 经过勘查和检测发现, 最严重点的2点至6点时钟位置有较深的凹坑, 最深为17 cm, 长度方向100 cm, 圆周方向137 cm;在海管5点钟位置附近, 刮痕最深处测得厚度为22.6 mm。对凹坑周边一周和凹坑内3个刮痕A、B/C、D进行了ACFM和UTT作业, 测量数据见表2~表6。
注:时钟位是指海管视图, 最顶点为12点, 最低点为6点, 其余各点按照时钟表点位分布。如10.5为10点与11点之间。下同。
根据上述检测结果, 对损伤点进行了三维模拟, 得到该处三维示意图如图1所示。
2.2 凹坑损伤安全评估
根据检测结果来看, 该海底管道的失效形式为凹坑, 所以选取凹坑损伤安全评价方法进行评估。
2.2.1 计算原理
评估凹坑-划痕的一级评价算法, 要求带压状态下的凹坑深度不得大于管道外径的7%, 凹坑深度等于无压状态下深度的70%。而本凹坑为119mm, 相当于管道外径的16.7%, 因此一级评价无法满足, 直接采用二级评价[3]。
本案例采用了EPRG算法 (一种业界公认的比较满足全尺寸实验结果的评价算法) 。EPRG算法是针对凹坑-划痕缺陷评价的一种半经验方法, 该方法最早有英国燃气公司开发, 其对于已发表的全尺寸实验结果有着最好的适用性。该方法的评价过程如下。
(1) 底部含有划痕缺陷的平滑凹坑的失效应力 (环向应力) , 可由式 (1) 计算。
式中, d为划痕深度, t为管道名义壁厚, D为管道名义外径, Ho为无内压是测得的凹坑深度, Hr为有内压时测得的凹坑深度。
(2) 通过对已发表的162个全尺寸实验数据进行线性回归分析, 可以分析模型不确定性的影响。考虑模型不确定性的失效环向应力下限估计值由公式 (8) 算出。
式 (8) 中,
式中, tn-r-1 (α) 是单侧检验t分布中n-r-1自由度时的上α分位点, α为0.05时对应95%的置信度, t161 (0.05) 等于1.654。
(3) 安全操作压力由式 (9) 算出。
式 (9) 中, f为设计系数。
2.2.2 无划痕情况———静力作用
从前面的评价算法可以知道, 管材的冲击韧性对计算结果影响很大, 下面的计算中将分别考虑不同的冲击韧性数值, 并将结果加以对比。
结算结果表明:对于无划痕情况下, 该管道可承受最大内压为12.246 MPa。
2.2.3 有划痕情况———静力作用
根据检测结果, 凹坑底部存在2.8 mm壁厚减薄, 从保守角度出发计算考虑存在2.8 mm (即壁厚值25.4 mm~划痕最深处壁厚22.6 mm) 划痕情况下, 管道承受压力如表8。
计算结果表明:对于有划痕情况下, 管道可承受最大内压为4.941 MPa。但明显与现场试压结果不符。同时参考超声波检测结果, 该区域划痕处未见到裂纹。由于在该计算中, 划痕仅考虑深度影响, 没有考虑划痕宽度的影响。因此, 经验公式计算结果较为保守。故需进一步进行三级评价即有限元分析的方法进行进一步评估[2]。
2.3 有限元分析
凹坑缺陷处的应力通过有限元建模计算, 由结构力学计算得知, 跨中截面管壁内部的管顶处为控制点, 即该处有应力强度值[4]。
2.3.1 无划痕情况
(1) 有限元建模分析模型。
用检测的凹坑深度值拟合成一个曲面, 通过给定一个垂直的曲面位移, 与管道接触, 促使管道发生塑性变形, 在管道上挤压出一个与检测结果基本一致的凹坑 (图2) 。为使得计算结果更为准确, 选择10 m管道建模, 两端边界固定 (图3) 。
(2) 材料属性。
该海底管道损伤处的材料见表9。
通过表9, 可以初步得到管材的应力应变曲线如图4所示。
根据工程应力与真实应力的下列折算关系, 可以得到管道的真实应力应变曲线如图5所示。
(3) 分析步骤。
采用Abaqus (一套功能强大的工程模拟的有限元软件) 中的接触分析, 共分为3个分析步:
第一步, 对锚施加一定的刚性位移, 使得锚和管道接触挤压产生凹坑;
第二步, 将锚移开, 由于管道产生了塑性变形, 凹坑将会残留一部分, 通过试算, 使得残留的凹坑与检测值一致;
第三步, 在管道参数凹坑的基础上给管道施加不同内压, 计算管道的应力情况是否损坏。
(4) 分析结果。
管道挤压成型时有限元分析如图6所示, 管道凹坑形成后施加内压时有限元分析如图7所示。
通过以上方法分析得到的结果见表10和表11。
从计算结果可以看出:不考虑划痕, 该管道可承受内压为14.83 MPa;在初始位移施加230 mm的情况下, 管道会发生约174.5 mm的塑性凹坑, 此时的管道应力为525.1 MPa;在管道施加4 MPa的内压后, 凹坑进一步的回弹到162.3 mm, 管道应力增加到530.2 MPa。
2.3.2 有划痕情况
(1) 有限元建模分析模型。
计算采用的模型如图8所示, 采用实测的凹坑形状的样条图形作为计算中模拟的刚体锚杆形状。计算中, 从保守角度出发, 在刚体锚杆压向管道形成凹坑的模拟过程中, 对模拟管段的两段施加固定约束。加压过程结束后, 取消该约束, 在两端施加轴向力边界条件, 施加的轴向力根据施加内压的变化而变化。为减少计算量, 管道轴向取一半管道计算, 对管壁施加对称约束。
根据检测报告, 最大的划痕出现中凹坑中部, 大小为60 cm×15 cm, 深度2.8 mm。为了检验划痕宽度的影响, 另外还分别计算了宽度为10 cm、5 cm和1 cm的情况 (图9) 。
计算使用的网格及划痕局部放大如图10所示。
(2) 有限元分析结果。
有限元过程为锚体首先作用在管体上, 随后释放回弹, 再加内压的作用。
由此可见:第一次试算后回弹后的最深处的位移约为16.21 cm与检测结果十分接近。为了更加接近实际检测结果 (凹坑深度170 mm) , 分别对不同内压加载后的变形进行计算, 结果如表12所示。
根据计算结果可以看出:由于划痕相对较浅, 划痕宽度对计算结果的影响不大。各种工况的计算结果均表明, 凹坑处管道的承压能力 (内外压差) 为8.83 MPa, 取0.9的安全系数, 得到该损伤处安全运行内压值为7.95 MPa。
2.4 评估结论与建议
通过上面的结果和分析来看, 在现有凹坑和划痕条件下, 管道损伤处可承受内压为7.95 MPa, 考虑到该海底管道设计压力为15.5 MPa。为满足长期运行和未来油田实际情况, 建议更换损伤管段。
3 结束语
尽管上述案例评估结果建议更换该段海底管道, 但有些时候也可能另外一种情况:尽管某海底管道存在一些表面凹坑缺陷, 但经过这种评估后, 也许会出现无需采取任何措施, 仍然能够满足使用要求的情况。所以, 随着技术的进步, 有效的评估在企业的生产经营中发挥着越来越大的作用。
参考文献
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