海底管道法蘭保護(hù)器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與應(yīng)用范文

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摘要：針對(duì)多起海管法蘭被錨纜拖掛受損事件，研究了國(guó)內(nèi)外海底管道法蘭保護(hù)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出了兩種新型法蘭保護(hù)器。實(shí)踐表明，新型法蘭保護(hù)器可以有效地降低法蘭被破壞的風(fēng)險(xiǎn)，且其安裝便捷，大大提高了施工效率，降低了作業(yè)成本。

關(guān)鍵詞：海底管道；法蘭保護(hù)器；創(chuàng)新設(shè)計(jì)

0概述

近年來(lái)，渤海油田發(fā)生了多起海底管道法蘭被錨纜拖掛受損事件。2013年SZ36-1油田綜合調(diào)整項(xiàng)目折點(diǎn)處某膨脹彎被錨纜拖拉受損，2015年QHD32-6油田綜合調(diào)整項(xiàng)目中注水管線(xiàn)被錨纜拖拉受損等等。為了減少油田的損失，降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，渤海灣油田作業(yè)區(qū)要求新安裝的膨脹彎法蘭需配備法蘭保護(hù)器。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)法蘭保護(hù)器設(shè)計(jì)方案主體結(jié)構(gòu)全部由兩片弧形薄板組成（如圖1所示），兩片弧板扣在法蘭上，通過(guò)8個(gè)螺栓連接組裝，對(duì)法蘭進(jìn)行保護(hù)，每個(gè)法蘭保護(hù)器水下安裝時(shí)間為2~3個(gè)潮水（1個(gè)潮水時(shí)間約為0.25d）[1-3]。國(guó)外法蘭保護(hù)器與單頁(yè)法蘭保護(hù)器外形相似（如圖2所示），形式相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要在海管上捆綁固定，通過(guò)保護(hù)器上的螺栓與法蘭上的螺栓相互擠壓固定，安裝較方便，施工工序少，施工效率高，每個(gè)法蘭保護(hù)器的施工時(shí)間為1~1.5潮水。但這類(lèi)保護(hù)器更適合國(guó)外或南海等視野比較清晰的水域，并不適合在渤海灣進(jìn)行安裝施工。

1設(shè)計(jì)方案

1.1設(shè)計(jì)創(chuàng)新及思路

為了提高施工效率，解決傳統(tǒng)法蘭保護(hù)器安裝難度大，施工時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，同時(shí)還要適用于渤海海域的工況，設(shè)計(jì)了多款法蘭保護(hù)器形式，包括沙袋保護(hù)方式、鉸接式全密封法蘭保護(hù)器和單頁(yè)法蘭保護(hù)器。對(duì)三種法蘭保護(hù)器水下安裝的可行性及施工工期進(jìn)行了比對(duì)，選取最適應(yīng)于渤海工況，且施工工期最短的法蘭保護(hù)器設(shè)計(jì)方案。

1.2設(shè)計(jì)方案比較

（1）沙袋保護(hù)方案在法蘭兩側(cè)螺栓端部附近放置沙袋（摻少量水泥），以防止纜繩進(jìn)入螺栓與海管之間，以DN300的法蘭為例，完成一個(gè)法蘭保護(hù)至少需要堆積2m2的沙袋。該方案材料采辦方便，海上施工簡(jiǎn)單，對(duì)管道懸空和埋設(shè)無(wú)要求；但容易受潮流影響，沙袋有可能出現(xiàn)流失的現(xiàn)象，沙袋擺放時(shí)散落范圍大，材料費(fèi)用較高，保護(hù)不徹底，仍有被錨纜刮碰的風(fēng)險(xiǎn)，在后期法蘭的維修過(guò)程中，沙袋清除較為困難。管道法蘭每端施工時(shí)間約為1個(gè)潮水時(shí)間，整條管線(xiàn)施工則需要2個(gè)潮水時(shí)間（約0.5d）。

（2）鉸接式法蘭保護(hù)器該法蘭保護(hù)器通過(guò)合頁(yè)將保護(hù)器上下兩部分鉸接在一起，同時(shí)吊裝下水，環(huán)抱在法蘭兩側(cè)管道上，保護(hù)器兩端通過(guò)螺栓連接。該設(shè)計(jì)方案既減少了水下螺栓的連接數(shù)量（由傳統(tǒng)法蘭保護(hù)器中的8個(gè)螺栓調(diào)整為4個(gè)螺栓），又大大提升了水下安裝法蘭保護(hù)器的施工效率。但該保護(hù)器質(zhì)量較大，非立管端法蘭下方需要開(kāi)挖作業(yè)基坑，且作業(yè)基坑至少應(yīng)滿(mǎn)足深度不小于1.5m的施工需求，所以該法蘭保護(hù)器更適用于立管端法蘭保護(hù)。立管端每個(gè)法蘭保護(hù)器安裝時(shí)間為1.5個(gè)潮水時(shí)間，平管端安裝時(shí)間則為2個(gè)潮水時(shí)間，該法蘭保護(hù)器已成功應(yīng)用于LD10-1油田綜合調(diào)整項(xiàng)目。

（3）單頁(yè)法蘭保護(hù)器單頁(yè)法蘭保護(hù)器在鉸接式全密封法蘭保護(hù)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，僅在法蘭上部覆蓋進(jìn)行保護(hù)，減少了對(duì)法蘭下方作業(yè)坑的處理要求，保護(hù)器兩端通過(guò)弧形薄板和螺栓固定在法蘭兩側(cè)管道上。每個(gè)法蘭保護(hù)器安裝時(shí)間為1.5個(gè)潮水時(shí)間，大大提升了施工效率，該法蘭保護(hù)器更適用于平管端法蘭保護(hù)。此種保護(hù)器成功應(yīng)用于JZ9-3油田柔性軟管更換項(xiàng)目。

2結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上4種法蘭保護(hù)形式的優(yōu)缺點(diǎn)及施工工期進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)沙袋保護(hù)形式應(yīng)用效果較差，從長(zhǎng)久來(lái)看，沙袋有可能經(jīng)過(guò)海流沖刷后起不到保護(hù)法蘭的作業(yè)。鉸接式法蘭保護(hù)器、單頁(yè)式法蘭保護(hù)器及國(guó)外形式法蘭保護(hù)器應(yīng)用效果相對(duì)良好，完全可以起到保護(hù)法蘭的作用。國(guó)內(nèi)新型法蘭保護(hù)器既可以防止墜物砸傷法蘭及螺栓，又可以防止錨攬、漁網(wǎng)等拖拽法蘭及螺栓導(dǎo)致海管損壞，大大減少了經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)降低了由原油泄露造成的海洋環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。由于國(guó)外施工環(huán)境中漁船和大型船舶拋錨作業(yè)相對(duì)較少，國(guó)外法蘭保護(hù)器設(shè)計(jì)形式相對(duì)簡(jiǎn)單，更適合應(yīng)用于國(guó)外海域工況。新型法蘭保護(hù)器突破了傳統(tǒng)法蘭保護(hù)器的設(shè)計(jì)思維模式，極大地提高了施工效率，同時(shí)取得了較好的應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益，體現(xiàn)了降本增效、節(jié)能減排的設(shè)計(jì)宗旨。

參考文獻(xiàn)

[1]武偉,朱逢民,李洪慶,等.一種法蘭保護(hù)罩：204879166U[P].2015-12-16.

[2]王旭衛(wèi).一種新型法蘭保護(hù)罩：205859414U[P].2017-01-04.

[3]張洪軍，黃偉慶.法蘭保護(hù)罩：204459537U[P].2015-07-08.

作者：崔占明；姜學(xué)錄;于銀海 單位：海洋石油工程股份有限公司