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海底管道法兰保护器的创新设计与应用

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摘要:针对多起海管法兰被锚缆拖挂受损事件,研究了国内外海底管道法兰保护器结构的设计特点,提出了两种新型法兰保护器。实践表明,新型法兰保护器可以有效地降低法兰被破坏的风险,且其安装便捷,大大提高了施工效率,降低了作业成本。

关键词:海底管道;法兰保护器;创新设计

0概述

近年来,渤海油田发生了多起海底管道法兰被锚缆拖挂受损事件。2013年SZ36-1油田综合调整项目折点处某膨胀弯被锚缆拖拉受损,2015年QHD32-6油田综合调整项目中注水管线被锚缆拖拉受损等等。为了减少油田的损失,降低环境污染的风险,渤海湾油田作业区要求新安装的膨胀弯法兰需配备法兰保护器。国内传统法兰保护器设计方案主体结构全部由两片弧形薄板组成(如图1所示),两片弧板扣在法兰上,通过8个螺栓连接组装,对法兰进行保护,每个法兰保护器水下安装时间为2~3个潮水(1个潮水时间约为0.25d)[1-3]。国外法兰保护器与单页法兰保护器外形相似(如图2所示),形式相对简单,不需要在海管上捆绑固定,通过保护器上的螺栓与法兰上的螺栓相互挤压固定,安装较方便,施工工序少,施工效率高,每个法兰保护器的施工时间为1~1.5潮水。但这类保护器更适合国外或南海等视野比较清晰的水域,并不适合在渤海湾进行安装施工。

1设计方案

1.1设计创新及思路

为了提高施工效率,解决传统法兰保护器安装难度大,施工时间长等问题,同时还要适用于渤海海域的工况,设计了多款法兰保护器形式,包括沙袋保护方式、铰接式全密封法兰保护器和单页法兰保护器。对三种法兰保护器水下安装的可行性及施工工期进行了比对,选取最适应于渤海工况,且施工工期最短的法兰保护器设计方案。

1.2设计方案比较

(1)沙袋保护方案在法兰两侧螺栓端部附近放置沙袋(掺少量水泥),以防止缆绳进入螺栓与海管之间,以DN300的法兰为例,完成一个法兰保护至少需要堆积2m2的沙袋。该方案材料采办方便,海上施工简单,对管道悬空和埋设无要求;但容易受潮流影响,沙袋有可能出现流失的现象,沙袋摆放时散落范围大,材料费用较高,保护不彻底,仍有被锚缆刮碰的风险,在后期法兰的维修过程中,沙袋清除较为困难。管道法兰每端施工时间约为1个潮水时间,整条管线施工则需要2个潮水时间(约0.5d)。

(2)铰接式法兰保护器该法兰保护器通过合页将保护器上下两部分铰接在一起,同时吊装下水,环抱在法兰两侧管道上,保护器两端通过螺栓连接。该设计方案既减少了水下螺栓的连接数量(由传统法兰保护器中的8个螺栓调整为4个螺栓),又大大提升了水下安装法兰保护器的施工效率。但该保护器质量较大,非立管端法兰下方需要开挖作业基坑,且作业基坑至少应满足深度不小于1.5m的施工需求,所以该法兰保护器更适用于立管端法兰保护。立管端每个法兰保护器安装时间为1.5个潮水时间,平管端安装时间则为2个潮水时间,该法兰保护器已成功应用于LD10-1油田综合调整项目。

(3)单页法兰保护器单页法兰保护器在铰接式全密封法兰保护器的基础上进行了改进,仅在法兰上部覆盖进行保护,减少了对法兰下方作业坑的处理要求,保护器两端通过弧形薄板和螺栓固定在法兰两侧管道上。每个法兰保护器安装时间为1.5个潮水时间,大大提升了施工效率,该法兰保护器更适用于平管端法兰保护。此种保护器成功应用于JZ9-3油田柔性软管更换项目。

2结论

通过对以上4种法兰保护形式的优缺点及施工工期进行对比,发现沙袋保护形式应用效果较差,从长久来看,沙袋有可能经过海流冲刷后起不到保护法兰的作业。铰接式法兰保护器、单页式法兰保护器及国外形式法兰保护器应用效果相对良好,完全可以起到保护法兰的作用。国内新型法兰保护器既可以防止坠物砸伤法兰及螺栓,又可以防止锚揽、渔网等拖拽法兰及螺栓导致海管损坏,大大减少了经济损失,同时降低了由原油泄露造成的海洋环境污染风险。由于国外施工环境中渔船和大型船舶抛锚作业相对较少,国外法兰保护器设计形式相对简单,更适合应用于国外海域工况。新型法兰保护器突破了传统法兰保护器的设计思维模式,极大地提高了施工效率,同时取得了较好的应用效果及经济效益,体现了降本增效、节能减排的设计宗旨。

参考文献

[1]武伟,朱逢民,李洪庆,等.一种法兰保护罩:204879166U[P].2015-12-16.

[2]王旭卫.一种新型法兰保护罩:205859414U[P].2017-01-04.

[3]张洪军,黄伟庆.法兰保护罩:204459537U[P].2015-07-08.

作者:崔占明;姜学录;于银海 单位:海洋石油工程股份有限公司

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