特制加強法蘭在海管連接中的應用

劉貞飛， 高 原， 陳曉明， 柳 宇， 王迪祥， 宋春娜

(深圳海油工程水下技術有限公司， 廣東 深圳 518067)

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特制加強法蘭在海管連接中的應用

劉貞飛， 高 原， 陳曉明， 柳 宇， 王迪祥， 宋春娜

(深圳海油工程水下技術有限公司， 廣東 深圳 518067)

該文介紹了一種特制加強法蘭的結構特點，結合南海陸豐7-2油田安裝膨脹彎作業(yè)時對該類型法蘭的應用，闡述了特制加強法蘭的安裝技術，以及使用液壓拉伸器與扭矩扳手的緊固技術。特制加強法蘭在陸豐7-2油田海管連接中的成功應用，證明其在安裝特性、密封性能和緊固性能方面的優(yōu)勢，為安裝膨脹彎工藝設計和法蘭選型提供了創(chuàng)新依據(jù)。

膨脹彎；特制加強法蘭；飽和潛水系統(tǒng)；液壓緊固

0 引言

海上樁基式鉆井平臺開采的石油或天然氣通過立管輸送到海底管道中，然后輸送至FPSO(浮式生產儲油輪)或者陸地終端。平臺立管與海底膨脹彎之間，以及膨脹彎與海底管道之間都通過法蘭連接。法蘭設計工藝和性能直接影響到海管密閉性，法蘭優(yōu)良的性能和規(guī)范的安裝工藝是確保海管試壓成功并長期服役的關鍵。

1 特制加強法蘭應用背景

2013年南海陸豐7-2油田安裝膨脹彎作業(yè)內容包括：在陸豐13-2平臺和海底管道之間安裝3段膨脹彎；在陸豐7-2平臺和海底管道之間安裝3段膨脹彎(如圖1所示)。除了陸豐13-2平臺立管和第一段膨脹彎之間通過特制加強法蘭連接，其他各部分海管之間都通過常規(guī)的ANSI法蘭連接，膨脹彎法蘭技術參數(shù)見表1。

圖1 陸豐13-2和陸豐7-2平臺之間海管

表1 陸豐13-2和陸豐7-2平臺膨脹彎法蘭技術參數(shù)

膨脹彎位置法蘭位置類型直徑厚度磅級材質圈類型螺栓螺母數(shù)量直徑長度對邊尺寸陸豐13 2～陸豐7 2@陸豐13 2立管側#1膨脹彎側#1膨脹彎側#2膨脹彎側#2膨脹彎側#3膨脹彎側#3膨脹彎側平管側ANSIWN12．75＂2．64＂600#ASTMA694F70SpecialdesignedWN12．75＂3．54＂900#ASTMA694F70SplitFlange12．75＂5．81＂-ASTMA694F70ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70MAFSW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70R57R58R58R582020+1016161611/4＂27＂2＂11/4＂21＂1．375＂11/4＂10＂1．375＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂陸豐13 2～陸豐7 2@陸豐7 2平管側ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#4膨脹彎側MAFSW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#4膨脹彎側ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#5膨脹彎側ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#5膨脹彎側ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#6膨脹彎側ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#6膨脹彎側ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70立管側ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70R58R58R58R58161616162＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂

注：WN法蘭：焊頸法蘭(Welding Neck Flange)； SW法蘭：旋轉法蘭(Swivel Flange)； MAF SW法蘭：旋轉球法蘭(Misalignment Swivel Flange)。

陸豐7-2油田15 km新鋪設海管是雙層管，內管323.9 mmO.D.×17.5 W.T.，外管457.0 O.D.x×14.3W.T.。除陸豐13-2平臺第一段膨脹彎和平臺立管之間采用600磅級法蘭連接，其他全部為1 500磅級膨脹彎法蘭。經過計算分析，為確保法蘭密閉性和安裝緊固性要求，將陸豐13-2平臺第一段膨脹彎法蘭(立管側)設計為特制加強法蘭。

2 特制加強法蘭結構組成

該特制加強法蘭生產廠家為美國QCS公司(Quality Connector Systems, LLC)，由特制焊頸法蘭和拼合法蘭兩部分組成，圖2、圖3分別為拼合法蘭，特制加強法蘭示意圖，配件組成及安裝工具表2、表3。

圖2 拼合法蘭

圖3 特制加強法蘭

表2 特制加強法蘭配件組成

序號名稱規(guī)格數(shù)量備注1特制焊頸法蘭直徑12．75＂，厚度2．64＂，磅級600#1內圈20個螺栓孔用于連接＂立管法蘭&拼合法蘭＂。外圈10個螺栓孔用于連接拼合法蘭。2拼合法蘭直徑12．75＂，厚度3．54＂，磅級600#1內圈20個螺栓孔用于連接＂立管法蘭&特制焊頸法蘭＂。外圈一共20個螺栓孔：其中10個螺栓孔不帶螺紋，用于連接特制加強法蘭；另外10個螺栓孔帶有內螺紋，用于安裝六角頭螺栓。3螺栓(全螺紋)直徑1．25＂×長21＂30帶雙螺母，其中20根安裝在內圈螺栓孔，10根安裝在外圈螺栓孔。4六角頭螺栓直徑1．25＂×長10＂10帶一個止動螺母，六角頭螺栓起限位作用，只穿透拼合法蘭，不穿透特制焊頸法蘭。5墊圈R571

表3 安裝特制加強法蘭的工具

工程應用中，將拼合法蘭包裹在立管法蘭外圍，將特制焊接法蘭與立管法蘭組對連接。用20根直徑1.25″×長21″的螺栓穿過“特制焊頸法蘭、立管法蘭、拼合法蘭”內圈螺栓孔，并液壓緊固。用10根直徑1.25″×長10″的六角頭螺栓只穿透拼合法蘭，不穿透特制焊頸法蘭。最后用直徑10根直徑1.25″×長21″的螺栓穿過“特制焊頸法蘭、拼合法蘭”外圈螺栓孔，并液壓緊固，從而達到加強緊固的效果。

3 特制加強法蘭安裝步驟

油田現(xiàn)場由主作業(yè)船(動力定位船)攜帶飽和潛水系統(tǒng)作業(yè)，安裝膨脹彎。

(1) 主作業(yè)船甲板上，在拼合法蘭外圈螺栓孔內安裝10根六角頭螺栓。主作業(yè)船吊機下放拼合法蘭到水下，潛水員將拼合法蘭包裹在立管法蘭外圍。

(2) 主作業(yè)船吊機下放陸豐13-2第一段膨脹彎到水下，潛水員在膨脹彎上安裝浮袋，為浮袋充氣，使膨脹彎達到懸浮狀態(tài)，潛水員拖拉膨脹彎與立管法蘭對接，在立管法蘭和膨脹彎特制焊頸法蘭之間的墊圈槽內放置墊圈。在“拼合法蘭、立管法蘭、特制焊頸法蘭”內圈螺栓孔內穿入20根直徑1.25″×長21″的螺栓。注意使膨脹彎側露出的螺栓長度足夠長，以便在該側螺栓上安裝液壓拉伸器。

(3) 采用50%液壓拉伸方式液壓緊固內圈20根直徑1.25″×長21″的螺栓。

1) 將液壓拉伸器相間隔安裝到其中10根直徑1.25″×長21″的螺栓上；

2) 第一次加壓至1 000 psi，測試液壓管線是否有泄漏，第二次加壓至12333psi，第三次加壓至18 500 psi，第四次加壓至18 500 psi，第五次加壓至18 500 psi；

3) 拆卸液壓拉伸器，將其相間隔安裝到剩余10根直徑1.25″×長21″的螺栓上；

4) 第一次加壓至1 000 psi，測試液壓管線是否有泄漏，第二次加壓至9 667 psi，第三次加壓至14 500 psi，第四次加壓至14 500 psi，第五次加壓至14 500 psi。

(4) 在立管側使用扭矩扳手緊固10根直徑1.25″×長10″六角頭螺栓。采用對邊交互緊固的方式，即按照法蘭盤上12鐘點/6鐘點，9鐘點/3鐘點，10鐘點/4鐘點、7鐘點/1鐘點、8鐘點/2鐘點的次序，緊固10根六角頭螺栓。先后緊固兩次，扭矩值分別為：125磅·英尺和250磅·英尺。并將止動螺母鎖緊，確保拼合法蘭和特制焊頸法蘭之間間隙在法蘭盤上各個鐘點位置均勻分布。

(5) 在“拼合法蘭、特制焊頸法蘭”外圈10個螺栓孔內安裝10根直徑1.25″×長21″的螺栓。注意使膨脹彎側露出的螺栓長度足夠長，以便在該側螺栓上安裝液壓拉伸器。

(6) 采用50%液壓拉伸方式液壓緊固外圈10根直徑1.25″×長21″的螺栓。

1) 將液壓拉伸器相間隔安裝到其中5根直徑1.25″×長21″的螺栓上；

2) 第一次加壓至1 000 psi，測試液壓管線是否泄漏，第二次加壓至8 167 psi，第三次加壓至12 250 psi，第四次加壓至12 250 psi，第五次加壓至12 250 psi；

3) 拆卸液壓拉伸器，將其相間隔安裝到剩余5根直徑1.25″×長21″的螺栓上；

4) 第一次加壓至1 000 psi，測試液壓管線是否泄漏，第二次加壓至5500psi，第三次加壓至8 250 psi，第四次加壓至8 250 psi，第五次加壓至8 250 psi。

4 海管試壓

完成安裝全部膨脹彎后，潛水員用保鮮膜包裹法蘭。平臺上向海管內注入淡水及染色劑，向海管內加壓，查看壓強變化，依據(jù)相關規(guī)范檢測海管密閉性是否滿足設計要求，同時潛水員觀察法蘭位置是否有染色劑流出。如果檢測發(fā)現(xiàn)法蘭泄露，則須拆卸法蘭重新安裝。

陸豐13-2和陸豐7-2平臺之間完成海管連接后，海管試壓結果符合設計要求，證明了特制加強法蘭良好的使用效果。

5 結論

(1)在對法蘭密閉性和強度提出更高要求的情況下，特制加強法蘭在密封設計和緊固性能等方面比傳統(tǒng)的ANSI/API法蘭具有更大的優(yōu)勢。特制加強法蘭在陸豐7-2油田海管連接中的成功應用，為海管安裝工藝設計以及法蘭選型提供了創(chuàng)新依據(jù)。

(2)根據(jù)法蘭規(guī)格參數(shù)編制液壓緊固程序，選用對應型號的液壓拉伸器及扭矩扳手，按照法蘭使用手冊指導步驟，緊固特制加強法蘭，是其安裝過程中的核心技術。

[1] OCS法蘭公司. Reinforcement Flange法蘭使用手冊[S]. 2013.

[2] 吳鳳和. 液壓拉伸器的使用與維護[J]. 機床與液壓， 2002, 30(2):158.

Apply Reinforcement Flange to Connect Pipeline

LIU Zhen-fei， GAO Yuan， CHEN Xiao-ming， LIU Yu，WANG Di-xiang， SONG Chun-na

(COOEC Subsea Technology Co., Ltd, Guangdong Shenzhen 518067, China)

Structure and feature of reinforcement flange are introduced in the thesis, together with application of reinforcement flange in spool piece installation. This thesis expatiates technique of aligning and installing reinforcement flange, and hydraulicly tighten flange by hydraulic tensioner. Successful application in Lu Feng Oil Field testified the merit of reinforcement flange in sealing technology, installing characteristic and designing benefit. It provides successful case in choosing appropriate type of flange in marine engineering when install spool piece.

spool piece; reinforcement flange; saturation diving system; hydraulicly tighten flange

2014-09-22

劉貞飛(1980-)，男，工程師。

1001-4500(2015)03-0077-04

P75

A