海底柔性管骨架層生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制

楊 曼，呂旭鵬，周培玉

[1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200000；2.中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司，天津 300000]

1 海底柔性管及骨架層簡介

1.1 海底柔性管的定義和分類

海底柔性管骨架層是一種關(guān)鍵性的海洋設(shè)備，為管道提供徑向剛度，承受外壓載荷，主要抵抗靜水外壓載荷、環(huán)控壓力載荷引起非黏結(jié)柔性管道壓潰失效。在海洋工程中，按照制造工藝將海洋柔性管道分為黏結(jié)柔性管道和非黏結(jié)柔性管道。

柔性管的復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合了提供流體完整性的低剛度聚合物密封層和提供強(qiáng)度的高剛度螺旋金屬鎧裝層。因而與軸向拉伸剛度相比，柔性管的抗彎剛度較低，其曲率半徑遠(yuǎn)小于抗壓能力相同的均質(zhì)管。其性能特點(diǎn)如下所示。

（1）彎曲半徑?。ㄈ嵝裕７丘そY(jié)柔性管道各層間相對獨(dú)立且各層之間可相對滑動(dòng)，彎曲半徑較小，很好地貼合海床地形，可用于不平坦的海床環(huán)境，避免進(jìn)行海床處理，也可降低因海底滑坡導(dǎo)致管道大幅位移和損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）運(yùn)輸、安裝方便。非黏結(jié)柔性管道連續(xù)纏繞在立式大盤，每盤柔性管預(yù)制長度可達(dá)幾公里（6"約2.5 km/8"約2.2 km/10"約1.2 km）?？赏ㄟ^船舶將多盤柔性管運(yùn)輸至碼頭進(jìn)行倒駁，在碼頭可完成立式大盤柔性管與施工船上臥式大盤倒駁工作，使得海上連接工作量少，鋪設(shè)周期短，可降低管道鋪設(shè)成本，也可避免平臺端的膨脹彎安裝，降低管道末端法蘭連接成本。

（3）可回收和環(huán)保。非黏結(jié)柔性管道便于回收和重復(fù)利用，從而在整體上節(jié)約深海油田投資。

（4）深抗水和惡劣環(huán)境下，柔性管的安裝比鋼管更為經(jīng)濟(jì)。

（5）抗腐蝕要求較低。非黏結(jié)柔性管道金屬鎧裝層并不會(huì)與輸送流體直接接觸，其抗腐蝕性能要求較低。但是，柔性管最內(nèi)層的骨架層與輸送流體相接觸，要求其具有抗H2S/CO2等耐蝕性。

1.2 骨架層的作用和結(jié)構(gòu)

柔性管骨架層作為海底管道的支架承重組件，其質(zhì)量和性能的穩(wěn)定性對于油氣輸送具有至關(guān)重要的意義。在海水環(huán)境中，海底柔性管骨架層不僅要承受深海水的壓力，還要抵御海中海流、海浪、海底巖石等外界因素的影響，因此在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中需要極高的技術(shù)含量。

骨架層為S 形截面鋼帶螺旋纏繞的互鎖結(jié)構(gòu)，層間存在間隙，具備一定的彎曲能力，保證結(jié)構(gòu)有足夠的柔性，通常作為非黏結(jié)柔性管道的最內(nèi)層使用，以防止由于壓降、外壓、抗拉鎧裝層壓力和機(jī)械擠壓引起的內(nèi)壓密封層壓潰。

1.3 材料選取和性能

為了保證柔性管骨架層的穩(wěn)定性和可靠性，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中需要考慮多種因素。以下是其中一些重要的因素。

（1）海底環(huán)境：在海洋環(huán)境下運(yùn)行的柔性管道必須能夠承受特殊的溫度、壓力和流動(dòng)條件。這意味著在柔性管道的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，必須考慮到這些因素，并確保材料能夠承受這些環(huán)境的影響。

（2）材料選擇：柔性管道的骨架層所使用的原材料決定了其在海底環(huán)境下的性能。例如，在選擇骨架層原材料時(shí)，應(yīng)該考慮到管道安裝條件和管道內(nèi)的海水等因素。鉬元素可以大幅提高不銹鋼的耐腐蝕性能，從而有效地提高了柔性管道對管內(nèi)介質(zhì)和海水的抵御能力，故常采用含有鉬元素的超低碳奧氏體不銹鋼鋼帶（316 L）作為優(yōu)選材料。

1.4 骨架層的成形原理

骨架層的成形流程：鋼帶焊接→鋼帶儲料→鋼帶預(yù)成形→鋼帶互鎖成形→牽引機(jī)→立式大盤（收線）。

骨架層互鎖鎧裝機(jī)是同心旋轉(zhuǎn)體，儲帶盤上的不銹鋼帶通過其旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)盤上的6組呈一線式分布成形滾輪，逐漸將矩形橫截面鋼帶擠壓成形為近S 形橫截面的金屬型材，近S 形橫截面的金屬型材通過與管體軸線呈近88.5°的螺旋纏繞角度進(jìn)入6組呈螺旋式均勻分布滾壓輪，逐漸滾壓互鎖成S 形橫截面的螺旋管。（根據(jù)所纏繞管的直徑和配置的管材模芯胎具，6組滾壓輪沿軸向形成一個(gè)完整的節(jié)距，旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)6組滾壓輪對模芯圓周6點(diǎn)滾壓互鎖成形管材和推出）。

2 海底柔性管骨架層生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制

柔性管骨架層的生產(chǎn)過程一直是一個(gè)復(fù)雜而困難的任務(wù)。這個(gè)過程需要多種工藝、材料和設(shè)備的配合，才能制造出高質(zhì)量、耐用的產(chǎn)品。然而，由于較低的生產(chǎn)效率和可能出現(xiàn)的各種質(zhì)量問題，嚴(yán)格控制每個(gè)環(huán)節(jié)的品質(zhì)和耐久性問題非常必要。在柔性管骨架層的生產(chǎn)過程中，會(huì)發(fā)生多種問題，如生產(chǎn)周期過長、不穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、成本高昂等。在柔性管骨架層的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)周期是一個(gè)問題。由于其復(fù)雜性，整個(gè)生產(chǎn)周期可能會(huì)非常漫長。另一個(gè)問題是產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定性。由于柔性管骨架層采用的是復(fù)雜的生產(chǎn)工藝和材料，因此產(chǎn)品的質(zhì)量可能會(huì)受到各種外部因素的影響。為了解決這個(gè)問題，生產(chǎn)過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制每個(gè)環(huán)節(jié)的品質(zhì)問題，同時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量控制。

2.1 骨架層截面變形

骨架層截面變形是骨架層生產(chǎn)過程中的一個(gè)主要問題。這種變形可能是由于生產(chǎn)設(shè)備的裝配精度不高、操作不當(dāng)或其他原因引起的。這種變形會(huì)導(dǎo)致骨架層的截面結(jié)構(gòu)不符合設(shè)計(jì)要求，使骨架層失去了原本的抗壓潰的能力，從而影響骨架層產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

為了解決這個(gè)問題，可以采取多種措施。首先，需要對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)、更新和調(diào)試，以確保設(shè)備的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，骨架層的生產(chǎn)速度也需要加以控制，骨架層生產(chǎn)速度越快，骨架層設(shè)備旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速也越高，旋轉(zhuǎn)體帶動(dòng)6組滾壓輪加快對骨架層1個(gè)節(jié)距內(nèi)的滾壓互鎖及推出過程，生產(chǎn)穩(wěn)定性降低。因此，在設(shè)計(jì)骨架層生產(chǎn)線時(shí)，應(yīng)該考慮到這個(gè)問題，設(shè)置適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)速度，以保證骨架層的截面結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。其次，通過調(diào)整骨架層設(shè)備旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速可以達(dá)到減緩變形的目的，數(shù)據(jù)顯示速度由0.1~0.12 m/min 降至0.08~0.06 m/min，截距大小由20.4 mm 降至 16.32 mm?？梢酝ㄟ^降低骨架層的生產(chǎn)速度，以彌補(bǔ)設(shè)備的不穩(wěn)定性，從而達(dá)到減緩變形的目的。可以通過數(shù)據(jù)分析來確認(rèn)最優(yōu)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速以加強(qiáng)操作和提高生產(chǎn)效率。此外，生產(chǎn)過程中還需要注意精細(xì)化操作，盡量避免外力的影響，以確保骨架層的截面結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 骨架層邊緣變形

骨架層變形問題可能會(huì)導(dǎo)致外觀變化和邊緣尖銳、毛刺產(chǎn)生的情況。這種變形通常由于被滾壓輪擠壓導(dǎo)致表面局部壓扁，輪廓發(fā)生變化等原因引起。這不僅會(huì)影響骨架層的外觀質(zhì)量，還會(huì)影響其整體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。為了解決這個(gè)問題，可以采取多種措施來確保骨架層的質(zhì)量。

首先，需要質(zhì)量控制團(tuán)隊(duì)對生產(chǎn)過程進(jìn)行全面檢查，每6h 需對機(jī)器進(jìn)行一次校核，并形成記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題。同時(shí)，也需要制定出符合骨架層特點(diǎn)的檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，確保所有骨架層產(chǎn)品都符合質(zhì)量要求。

其次，在生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強(qiáng)工人的效率和技術(shù)水平培訓(xùn)，保證生產(chǎn)操作的標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化。此外，也可以對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和升級，提高生產(chǎn)效率和準(zhǔn)確性，減少骨架層變形的可能性。

2.3 成形滾輪中鋼帶壓裂

未成形鋼帶縱向撕裂是骨架層生產(chǎn)過程中的另一個(gè)常見問題。該問題通常由于導(dǎo)向滾輪與鋼帶尺寸不匹配造成，導(dǎo)致鋼帶在滾壓過程中無法正常成形，從而出現(xiàn)縱向撕裂的情況。

為了解決這個(gè)問題，應(yīng)首先確保生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)試工作得到充分、專業(yè)的確認(rèn)。需要有專業(yè)人員對各方面進(jìn)行認(rèn)真調(diào)試，確保調(diào)試工作的各個(gè)環(huán)節(jié)都能得到妥善的關(guān)注。同時(shí)，還需要制定詳細(xì)的骨架層調(diào)試文件，包括調(diào)試過程中的各種參數(shù)、程序和流程等信息，以確保調(diào)試工作的規(guī)范性、透明度和可追溯性。這對于保證生產(chǎn)質(zhì)量和進(jìn)度具有重要的意義。除了上述措施外，還可以通過一些技術(shù)手段來防止鋼帶縱向撕裂的問題。例如，可以通過使用精密加工的導(dǎo)向滾輪和準(zhǔn)確的鋼帶尺寸來減少不匹配的問題。此外，還可以采用改進(jìn)后的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，提高生產(chǎn)效率和精度，減少鋼帶縱向撕裂的發(fā)生。

2.4 鋼帶尺寸

鋼帶寬度偏差是骨架層生產(chǎn)過程中的另一個(gè)常見問題。這種偏差可能會(huì)影響鋼帶的成形和壓制，導(dǎo)致骨架層產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定。為了解決這個(gè)問題，可以采取多種措施。

首先，需要質(zhì)檢團(tuán)隊(duì)對傳送至骨架層設(shè)備儲帶盤的每盤鋼帶首尾端的寬度進(jìn)行檢驗(yàn)，并形成檢驗(yàn)記錄。在檢驗(yàn)過程中，特別需要對鋼帶組前后的鋼帶寬度進(jìn)行檢查，以避免出現(xiàn)寬度不一致的鋼帶被焊接在一起的情況。

其次，需要加強(qiáng)生產(chǎn)工人的培訓(xùn)和質(zhì)量意識，確保生產(chǎn)過程中所有環(huán)節(jié)都符合相應(yīng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)制定出針對鋼帶寬度偏差的相應(yīng)工藝和控制措施，以最大限度地減少該問題的發(fā)生。

2.5 毛刺

骨架層毛刺的產(chǎn)生是骨架層生產(chǎn)過程中的一大難題。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，骨架層毛刺主要產(chǎn)生在兩個(gè)位置，并由不同的原因所致。

第一個(gè)位置是鋼帶經(jīng)過成形滾輪后，不銹鋼帶邊緣產(chǎn)生毛刺，經(jīng)過圓盤縱剪的鋼帶本身有尖銳邊緣，再與成形滾輪接觸后，形成毛刺。為避免這種情況的發(fā)生，建議在生產(chǎn)過程中對鋼帶兩側(cè)邊緣進(jìn)行倒圓角處理（如R0.27 mm），以防止毛刺的產(chǎn)生。

第二個(gè)位置是截面為緊S 形的鋼帶經(jīng)過滾壓輪互鎖成形后，骨架層邊緣受到6組滾壓輪擠壓，形成毛刺。要解決這個(gè)問題，應(yīng)當(dāng)及時(shí)觀察6組滾壓輪與骨架層接觸情況，如果可能的話微調(diào)滾壓輪的位置并適當(dāng)降低其轉(zhuǎn)速，以避免毛刺的產(chǎn)生和骨架層的變形。

由于目前還無法完全避免骨架層毛刺的產(chǎn)生，生產(chǎn)線上的質(zhì)檢人員需要加強(qiáng)跟蹤檢驗(yàn)和及時(shí)處理骨架層毛刺，并形成相應(yīng)的檢驗(yàn)記錄，以保證內(nèi)壓密封層的生產(chǎn)不受影響。

在處理骨架層毛刺時(shí)，骨架層生產(chǎn)速度較慢，有利于進(jìn)行清理。因此，在內(nèi)壓密封層生產(chǎn)之前，應(yīng)將骨架層上的毛刺全部清理干凈，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

3 案例分析

骨架層是海底柔性管的關(guān)鍵部件，但是在某些生產(chǎn)項(xiàng)目中，骨架層質(zhì)量不良的情況也時(shí)有發(fā)生。以一個(gè)實(shí)際案例為基礎(chǔ)，深入探討骨架層質(zhì)量不良的原因、影響及對策措施。

在本案例中，某一海底柔性管生產(chǎn)項(xiàng)目出現(xiàn)了6次骨架層質(zhì)量不合格的情況，包括2次截面變形、2次邊緣變形、1次鋼帶壓裂和1次毛刺問題。這些問題的出現(xiàn)給項(xiàng)目的進(jìn)度和成本帶來了不良影響，也引發(fā)了對骨架層質(zhì)量控制的深入思考。

在2次骨架層截面變形中，發(fā)現(xiàn)截面形狀和互鎖度都不符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這種質(zhì)量問題的根本原因通常是由于生產(chǎn)速度過快，而未及時(shí)采取相應(yīng)措施來避免截面變形。因此，立即采取了相應(yīng)的措施來解決這個(gè)問題。對設(shè)備進(jìn)行了重新調(diào)試，切除了變形區(qū)域，并按照工廠出具的處理措施，將成形鋼帶重新焊接、重新互鎖成形、與已生產(chǎn)的完好骨架層重新連接，并檢驗(yàn)連接位置骨架層外觀、尺寸，檢驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)要求，處理一次骨架層截面變形，需占用6d生產(chǎn)時(shí)間。

2次骨架層邊緣變形的問題是由于生產(chǎn)速度過快，滾壓輪將焊縫之后的骨架層輕微壓制變形所致。同時(shí)這個(gè)問題的間接原因是質(zhì)檢人員的漏檢。因此，工廠將邊緣變形位置進(jìn)行修模拋光處理，將此位置圓滑過渡，并去除因骨架層邊緣變形產(chǎn)生的毛刺，并檢驗(yàn)連接位置骨架層外觀、尺寸，檢驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)要求，處理一次邊緣變形需占用2h 生產(chǎn)時(shí)間。

1次鋼帶壓裂的問題，直接原因是當(dāng)鋼帶通過一線式分布的成形滾輪時(shí)，鋼帶邊緣被滾輪壓裂。為了解決這個(gè)問題，更換了與鋼帶寬度相匹配的設(shè)備導(dǎo)向滾輪，重新調(diào)試了設(shè)備，并重新生產(chǎn)了骨架層。處理一次鋼帶壓裂問題，需占用2d 生產(chǎn)時(shí)間。

由此可見，骨架層的質(zhì)量是極其重要的。質(zhì)量不合格不僅會(huì)影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)時(shí)間，還會(huì)對工廠的信譽(yù)和聲譽(yù)帶來不良影響。因此，在骨架層的生產(chǎn)過程中，質(zhì)量控制是一個(gè)非常必要的環(huán)節(jié)。必須在每個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格檢查，確保每個(gè)環(huán)節(jié)都符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，從而保證生產(chǎn)出高質(zhì)量的骨架層產(chǎn)品，并避免返工和損失。通過質(zhì)量控制，可以確保骨架層產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，并提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平，從而提高整個(gè)工廠的競爭力和地位。

4 結(jié)論

海底柔性管是一種復(fù)雜的海洋設(shè)備產(chǎn)品，其在海洋深水環(huán)境下具有非常重要的功能。在海底柔性管骨架層的生產(chǎn)過程中，可能會(huì)面臨多種問題，這些問題可能會(huì)影響柔性管骨架層的穩(wěn)定性、可靠性和性能，從而影響到整個(gè)柔性管產(chǎn)品的品質(zhì)和使用效果。

為了確保海底柔性管骨架層的品質(zhì)和性能，需要采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧┻M(jìn)行質(zhì)量管控。這些措施應(yīng)該注重技術(shù)含量和制造工藝的純熟，包括對骨架層生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)試和維護(hù)，對原材料的選擇和質(zhì)量控制，以及對生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控和管理。

總之，海底柔性管骨架層的生產(chǎn)過程需要嚴(yán)格的質(zhì)量管控和細(xì)致的管理，以確保其性能和品質(zhì)符合要求，并促進(jìn)該產(chǎn)品的快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益的增長。