海上石油平臺(tái)吊機(jī)鋼絲繩故障分析

逄貴杰

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

吊機(jī)是海上石油平臺(tái)的核心設(shè)備之一，油田正常生產(chǎn)所涉及的人員、生產(chǎn)物資、生活物資絕大多數(shù)均需通過(guò)吊機(jī)完成運(yùn)輸，其安全可靠性至關(guān)重要。吊機(jī)鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)期受到彎曲、拉伸等交變應(yīng)力及鋼絲繩之間相對(duì)摩擦的影響，如果維護(hù)管理不到位，將會(huì)嚴(yán)重影響其使用壽命，甚至影響吊裝作業(yè)安全。

1 海上石油平臺(tái)吊機(jī)簡(jiǎn)介

以242HX243-00_YQHG2240-20 t-15 m（5 t-37 m）型電液吊機(jī)為例進(jìn)行研究，該吊機(jī)工作環(huán)境溫度為-14.5～33.5 ℃，濕度為64%～94%，停放時(shí)允許最大風(fēng)速為33.9 m/s，適合在高濕度、高鹽度的海洋環(huán)境下使用。

吊車(chē)工作原理就是動(dòng)力源（柴油機(jī)或電機(jī)）驅(qū)動(dòng)液壓泵產(chǎn)生液壓能，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絞車(chē)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。鋼絲繩通過(guò)絞車(chē)、滑輪組、楔形塊實(shí)現(xiàn)大鉤、副鉤、吊臂的上下運(yùn)動(dòng)。鋼絲繩要求非旋轉(zhuǎn)和鍍鋅防腐，并依據(jù)API Spec 2C 和API Spec 9A 的規(guī)范選用合適的安全系數(shù)。

2 鋼絲繩故障實(shí)例分析

2.1 鋼絲繩跳繩導(dǎo)致鋼絲繩報(bào)廢

（1）故障現(xiàn)象。吊車(chē)司機(jī)在使用小鉤吊裝貨物過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩突然卡滯并聽(tīng)見(jiàn)異常響聲，隨即停止吊貨并通知機(jī)械師，此時(shí)貨物已吊至半空中。機(jī)械師檢查發(fā)現(xiàn)小鉤定滑輪組1#滑輪鋼絲繩發(fā)生跳繩（圖1），鋼絲繩卡死在兩個(gè)滑輪中間，滾筒處鋼絲繩有一整股斷絲（圖2），貨物重約2 t，小鉤已無(wú)法動(dòng)作。

圖1 鋼絲繩跳繩

（2）處置措施。此時(shí)吊機(jī)小鉤已無(wú)法動(dòng)作，吊車(chē)司機(jī)操作吊機(jī)回轉(zhuǎn)將貨物吊至靠近平臺(tái)位置，下放吊機(jī)大鉤，人員將吊機(jī)大鉤掛至貨物上，起升大鉤并將小鉤脫鉤，利用大鉤將貨物放置到平臺(tái)甲板上。

（3）原因分析。導(dǎo)致鋼絲繩跳繩的原因一般有以下方面：①防跳繩裝置失效，為了防止鋼絲繩運(yùn)行過(guò)程中跳出滑輪槽，一般在滑輪組處安裝防跳繩裝置，若防跳繩裝置變形或安裝距離過(guò)大，就容易發(fā)生跳繩現(xiàn)象；②天氣海況影響，海上風(fēng)力較大或涌浪大時(shí)，船舶靠泊時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生上下晃動(dòng)，鋼絲繩瞬間松弛，造成鋼絲繩脫出繩槽[1]；③操作不當(dāng)，操作者操作過(guò)快（突然啟動(dòng)或緊急制動(dòng)）產(chǎn)生較大慣性力，也容易導(dǎo)致鋼絲繩跳繩脫出繩槽。

經(jīng)過(guò)調(diào)查，此次吊裝事故的原因?yàn)楹r影響，吊裝時(shí)海面涌浪較大，吊車(chē)司機(jī)對(duì)海況的變化預(yù)估不足，與船員缺少有效溝通。

2.2 鋼絲繩出現(xiàn)斷絲

（1）故障現(xiàn)象。在進(jìn)行吊機(jī)日常維護(hù)和保養(yǎng)過(guò)程中，檢查發(fā)現(xiàn)吊車(chē)大鉤鋼絲繩存在斷絲現(xiàn)象（圖3）。

圖3 鋼絲繩出現(xiàn)斷絲

（2）處理措施。鋼絲繩出現(xiàn)斷絲，可參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5972—2016《起重機(jī) 鋼絲繩 保養(yǎng)、維護(hù)、檢驗(yàn)和報(bào)廢》中6.2.1 可見(jiàn)斷絲報(bào)廢基準(zhǔn)，判斷該鋼絲繩是否達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。若未達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該在斷絲處做標(biāo)記，勤檢查鋼絲繩斷絲變化，若達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)停止使用，盡快更換。

（3）原因分析。鋼絲繩斷絲是由多種原因引起的，主要有以下方面：①機(jī)械磨損，指鋼絲繩在使用過(guò)程中被切削下來(lái)的磨損，它是由于滑輪的缺陷、滾筒的缺陷和鋼絲繩相互之間的磨損產(chǎn)生的，隨著時(shí)間的推移鋼絲就會(huì)被磨斷；②彎曲變形，鋼絲繩纏繞滑輪和滾筒時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲，隨著彎曲次數(shù)的增加，鋼絲繩表面出現(xiàn)疲勞裂紋，裂紋逐漸擴(kuò)展就會(huì)產(chǎn)生斷絲；③拉力破斷，當(dāng)貨物重量超過(guò)額定載荷或經(jīng)常性沖擊載荷時(shí)鋼絲繩就容易出現(xiàn)斷絲；④潤(rùn)滑不良，受到腐蝕的鋼絲繩強(qiáng)度和柔韌度都會(huì)降低，易出現(xiàn)斷絲，針對(duì)海上濕度、風(fēng)力、溫差大等天氣特點(diǎn)，應(yīng)選擇潤(rùn)滑油的適應(yīng)溫度在-30～60 ℃，這種潤(rùn)滑油有較好的粘附性能。

2.3 鋼絲繩打扭

（1）故障現(xiàn)象。吊機(jī)主鉤鉤頭是一個(gè)動(dòng)滑輪，正常狀態(tài)下，穿過(guò)動(dòng)滑輪兩側(cè)鋼絲繩相互平行。當(dāng)兩側(cè)鋼絲繩扭結(jié)到一起時(shí)，就發(fā)生鋼絲繩打扭（圖4）。

圖4 大鉤鉤頭鋼絲繩正常與扭結(jié)狀態(tài)

（2）處理措施。鋼絲繩出現(xiàn)打扭時(shí)，應(yīng)及時(shí)把鋼絲繩繩頭拆掉，釋放鋼絲繩應(yīng)力，進(jìn)行破勁。在訂購(gòu)時(shí)應(yīng)選擇抗扭結(jié)性能好、捻向與滾筒相匹配的鋼絲繩。

（3）原因分析。鋼絲繩打扭一般是因?yàn)樾赂鼡Q的鋼絲繩使用一段時(shí)間后應(yīng)力集中，導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)打扭現(xiàn)象[2]。

2.4 鋼絲繩限位重錘鐵鏈卷入滑輪導(dǎo)致鋼絲繩損壞

（1）故障現(xiàn)象。維修人員更換小鉤限位開(kāi)關(guān)重錘后，在使用吊機(jī)小鉤正常作業(yè)時(shí)，限位開(kāi)關(guān)重錘的鐵鏈隨鋼絲繩上升，鐵鏈被卷入了滑輪里（圖5），導(dǎo)致鋼絲繩斷絲損壞（圖6）。

圖5 限位開(kāi)關(guān)重錘鐵鏈卷進(jìn)滑輪里

圖6 鋼絲繩斷絲損壞

（2）處理措施。鑒于鋼絲繩及滑輪已損壞，需要更換新鋼絲繩及滑輪。

（3）原因分析。導(dǎo)致此次吊裝事故的原因分析：①新更換的重錘太輕，容易發(fā)生晃動(dòng)纏繞；②新的重錘鐵鏈安裝方式存在缺陷，僅有一個(gè)固定點(diǎn)，極易造成鐵鏈扭轉(zhuǎn)纏繞鋼絲繩（舊的重錘是兩個(gè)固定點(diǎn)）。

此起事故凸顯出使用更新?lián)Q代的備品、備件時(shí)，要更加慎重，多與廠家進(jìn)行溝通，更換完畢后要進(jìn)行多次試運(yùn)行。

3 鋼絲繩維護(hù)管理要點(diǎn)

針對(duì)以上故障案例，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下管理要點(diǎn)。

3.1 對(duì)維保人員要求

（1）加強(qiáng)新購(gòu)鋼絲繩的源頭管控，對(duì)鋼絲繩要登記造冊(cè)，鋼絲繩應(yīng)有產(chǎn)品合格證書(shū)、技術(shù)資料和使用說(shuō)明書(shū)，禁止使用無(wú)證鋼絲繩。

（2）要建立鋼絲繩信息臺(tái)賬以便于管理，臺(tái)賬要包括規(guī)格型號(hào)、更換時(shí)間、維護(hù)保養(yǎng)日期、檢查情況、檢查人員等。

（3）鋼絲繩日常保養(yǎng)的好壞，直接關(guān)系到吊車(chē)的使用安全，也決定鋼絲繩的使用壽命。鋼絲繩的日常維護(hù)與保養(yǎng)應(yīng)嚴(yán)格按照日檢、周檢、月檢和年檢的內(nèi)容進(jìn)行。每年對(duì)鋼絲繩進(jìn)行全長(zhǎng)度檢查和保養(yǎng)，輔助實(shí)施鋼絲繩內(nèi)部探傷檢查。

（4）結(jié)合海上平臺(tái)環(huán)境特點(diǎn)及使用狀況，對(duì)未達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲繩，一般建議每5年（可根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間及檢驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)延長(zhǎng)）更換鋼絲繩。

3.2 對(duì)使用人員要求

（1）作業(yè)前做好檢查，操作過(guò)程中遇到異常情況，應(yīng)仔細(xì)排查原因，不要繼續(xù)操作吊機(jī)，防止造成二次傷害。

（2）鋼絲繩在吊裝貨物時(shí)，嚴(yán)禁斜拉歪拽，嚴(yán)禁超載使用。

（3）吊機(jī)操作時(shí)要平穩(wěn)，禁止突然啟動(dòng)及緊急制動(dòng)，避免因慣性太大造成吊車(chē)晃動(dòng)使得鋼絲繩跳槽[2]。

4 結(jié)論

吊機(jī)是海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的關(guān)鍵設(shè)備，也是重點(diǎn)管控的特種設(shè)備。鋼絲繩是吊裝作業(yè)安全與否的關(guān)鍵部件之一，因此做好鋼絲繩的管理至關(guān)重要。對(duì)于易損型號(hào)的鋼絲繩要提前做好備品管理，以提高吊機(jī)的可靠性與安全性。