海管裝配組對(duì)找正焊接工藝探討

路連祥

海洋石油工程股份有限公司/技術(shù)服務(wù)分公司 天津 300452

海洋石油開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)40年代，隨著時(shí)代的發(fā)展，過(guò)去，F(xiàn)PSO油輪用于連接采油平臺(tái)。原油被運(yùn)到FPSO油輪上，然后被運(yùn)到陸地上。一個(gè)平臺(tái)組需要配備幾艘油輪，運(yùn)輸成本很高。為了節(jié)約成本，在海底鋪設(shè)輸油管道被廣泛采用。由于輸油管道是中間帶保溫層的雙層管道，起到保溫作用，有利于原油的流動(dòng)，外管對(duì)內(nèi)管起到保護(hù)作用。為了防止泄漏，對(duì)海上管道的焊接提出了更嚴(yán)格的要求。海底管道在工廠焊接時(shí)，是一條長(zhǎng)12m的雙層管道，如果在海上焊接，需要鋪設(shè)管道船、拖船、起重船等許多輔助設(shè)施。如果將海上焊接工作量的一半用于陸上焊接，將節(jié)省大量成本。自2013年起，本公司每年焊接海底管線近百公里。在海洋管道焊接中，最具挑戰(zhàn)性的工作是兩條對(duì)接管道的裝配找正，并在施工找正過(guò)程中保證環(huán)焊縫的間隙[1]。

1 管道很難對(duì)齊

海底管道為雙層管道。本公司焊接的管道多為普通保溫海底管道和混凝土保溫海底管道。這兩種海底管道的焊接需要內(nèi)管對(duì)焊和外管對(duì)焊。對(duì)于焊接施工，我廠技術(shù)成熟，但海底管道焊接前的組裝確實(shí)是一個(gè)難點(diǎn)。縮短裝配時(shí)間可以提高海底管道的完工時(shí)間，保證海底管道的焊接質(zhì)量。可以看出，海底管道組裝時(shí)，內(nèi)管外徑的距離不應(yīng)超過(guò)2-4mm。根據(jù)鋼管焊接標(biāo)準(zhǔn)，管道對(duì)焊錯(cuò)邊不大于管壁厚度的10%，且不大于1.5mm。本工程海底管道壁厚14.3mm，錯(cuò)邊一般不超過(guò)1.43mm。傳統(tǒng)的方法是用對(duì)中裝置強(qiáng)制對(duì)一對(duì)管槽進(jìn)行對(duì)中，使裝配好的管子之間的間隙小于所需的2-4mm，需要經(jīng)常用起重機(jī)進(jìn)行調(diào)整，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，影響海底管道的輸送周期。現(xiàn)通過(guò)改進(jìn)對(duì)中工藝，調(diào)整了管接頭的使用順序，大大提高了生產(chǎn)效率，縮短了海底管道的交貨期。

2 管道組對(duì)焊接施工工藝

海管進(jìn)廠采用陸路運(yùn)輸。在運(yùn)輸過(guò)程中，由于支點(diǎn)的位置和陽(yáng)光的照射，海管會(huì)發(fā)生變形，影響對(duì)中[2]。

2.1 海底管道夾具的對(duì)準(zhǔn)

本公司焊接的海底管道一般需要兩個(gè)滾輪支架（以下簡(jiǎn)稱滾輪支架），即每對(duì)海底管道需要四個(gè)滾輪支架。其中，只有一個(gè)輥為主動(dòng)輥，其余三個(gè)輥為從動(dòng)輥。每輥表面裝有橡膠，輥與海管之間有摩擦，通過(guò)摩擦帶動(dòng)海管轉(zhuǎn)動(dòng)。四個(gè)滾輪依次放置在支架上，并根據(jù)海底管道的長(zhǎng)度調(diào)整間距。用兩根外徑相同的鋼管，其外徑與海管外徑相近，放在架輥上，然后拉鋼絲進(jìn)行調(diào)整。需要拉兩根鋼絲，一根在管道正上方，另一根在管道側(cè)面，與上部鋼絲成90°。這樣可以保證鋼管上下左右兩側(cè)的直線度，保證兩根鋼管在同一軸線上。測(cè)量上鋼絲與鋼管外徑的垂直距離，每根鋼管測(cè)量3點(diǎn)，調(diào)整底座托輥使2鋼管外徑與上鋼絲的垂直距離相等。然后測(cè)量側(cè)面鋼絲與鋼管外徑的距離，通過(guò)調(diào)整支架使距離相等。此時(shí)，兩根鋼管在同一軸線上。然后四個(gè)滾柱是同心的。調(diào)整同心度的目的是減小對(duì)接后海底管道的旋轉(zhuǎn)阻力。但理論上，如果將海底管放在支撐輥上，待海底管同心后即可進(jìn)行焊接作業(yè)。但由于海底管道為旋轉(zhuǎn)焊接，需要電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)支承輥帶動(dòng)海底管道旋轉(zhuǎn)。如果海底管的外圓度不好，可能是主動(dòng)托輥與海底管外徑接觸不良，所以主動(dòng)托輥處于同軸位置，在底座的基礎(chǔ)上提升5-8mm。實(shí)踐證明，該方案是可行的。用鋼絲拉線找正測(cè)量上部鋼絲與鋼管外徑的垂直距離時(shí)，必須考慮鋼絲的下垂。下垂度的計(jì)算公式為y=ρL1（l-L1）/2m，（1）其中y為計(jì)算點(diǎn)的下垂度，m；ρl為鋼絲的線質(zhì)量，kg/m；L1為計(jì)算點(diǎn)到參考點(diǎn)的距離，m；l為兩端參考點(diǎn)之間的距離，m；m為鋼絲的重量。

2.2 海底管線組的找正

應(yīng)按傳統(tǒng)方法進(jìn)行，將海底管線的一側(cè)放在卷筒上。然后，起重機(jī)被用來(lái)提升另一條海底管道。當(dāng)靠近放置的海底管道時(shí)，兩個(gè)人站在兩個(gè)海底管道組的對(duì)側(cè)，并將楔子插入組中。此時(shí)，楔塊的厚度為2.5mm。然后，起重機(jī)放下海底管道，安裝對(duì)口管并擰緊。從流程上看，這一流程是可行的，但在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)商需要反復(fù)調(diào)整海底管線以滿足要求。第二根海管放在滾筒上時(shí)，兩管對(duì)中間隙未保持2.5mm，錯(cuò)邊量超出范圍。海底管道有自己的重量和長(zhǎng)度。由于露天放置時(shí)受風(fēng)和陽(yáng)光的影響，會(huì)引起海底管道的變形。當(dāng)海底管道的軸線放在滾筒上時(shí)，它是一條柔性線，不會(huì)是一條直線。因此，當(dāng)起重機(jī)將海管放在架子輥上時(shí)，外力被消除，組的間隙不符合我們的要求。由于放置在主動(dòng)托輥上的海管被提升5-8mm，因此降低的海管和主動(dòng)齒條輥的錯(cuò)誤側(cè)的量是不可控的。如果上對(duì)口具有調(diào)整兩個(gè)海管的功能，如果誤差超過(guò)對(duì)口的極限，此時(shí)不能調(diào)整兩個(gè)海管。吊海管，重新找正，重復(fù)，直到間隙和組錯(cuò)邊符合要求為止。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，本公司找到了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)進(jìn)行海管組的找正。首先，設(shè)計(jì)了一個(gè)楔塊，在楔塊表面打上刻度，每個(gè)刻度之間的差值為0.5mm。每個(gè)刻度對(duì)應(yīng)的楔塊厚度等于刻度值，刻度一般為1.5-8.0mm。壓路機(jī)上放置一根海管，其中一根為主動(dòng)架壓路機(jī)。另一根吊起的海管在滾輪上與海管之間沒(méi)有任何間隙或有間隙，但不能超過(guò)要求的溝槽間隙。此時(shí)，安裝對(duì)接接頭，但對(duì)口不能完全緊固。此時(shí)，起重機(jī)降低海管并將吊點(diǎn)移動(dòng)到距離海管一端1/3的長(zhǎng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

介紹了海底管線組對(duì)中焊接工藝，為今后海底管線陸上工程提供參考。在今后的生產(chǎn)過(guò)程中，我們將對(duì)焊接工藝進(jìn)行研究，提出更好的方案，提高焊接水平和質(zhì)量，提高工作效率。