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摘要:海洋工程项目建造过程中, 管线法兰密封面比较脆弱, 在施工各环节容易受损, 从而导致高额的修复费用和延误工期, 因此有效保护法兰密封面免损并确保法兰节点的连接质量决定着整个项目的成败和业主的满意度。作者基于建造管理角度, 研发了一种采用铰接四连杆结构的管线内部支撑, 利用支撑与管壁的摩擦力牢靠地紧固保护盖, 对法兰密封面形成有效保护, 效果很好, 避免了传统保护方式的缺陷和损失, 节约了上千万元的建造成本, 提高了建造管理水平, 填补了法兰面在喷砂作业和施工中免损防护的空白, 提高了自身的项目管理水平及国际竞争力和影响力。

1、概述与背景:

  随着海洋石油工程、LNG采掘及处理工程、大型新能源开发工程、核电工程等在国际范围内的快速发展, 新建和扩建的大型能源、资源工程已成为国际能源开发合作项目的一种必然趋势, 且日益增多;近海海洋石油平台、深海FPSO及FLNG等生产运输船、陆地模块化天然气、油田开采、炼油板块石化类建造项目众多, 大型国际合作项目已占据能源开发的主导地位。面对此类国际项目 (如海工近期承建的GORGON, ICHTHYS, YAMAL LNG等) , 业主非常重视建造环节的质量和工期要求, 法兰节点连接完整性对于输送流体管道系统至关重要[8], 业主对法兰密封面损坏与否检查的非常严格, 因这关系到后期的法兰施工和预调试试压及气密试验的成败, 是决定项目能否按期完工的关键, 无论是化学介质还是供水管线, 法兰泄漏都会造成严重的环境影响, 甚至可能造成巨大的安全隐患[1]

  本文以YAMAL LNG核心工艺模块和处理管廊工程的模块化建造为例, 针对模块化建造设备口、阀门端口及众多法兰节点施工难以保护的问题, 着重介绍了施工过程中法兰密封面被损坏和现有保护方法的弊端, 研究了如何有效保护法兰密封面免受损坏[9], 以便更好地实现高效率、高质量地完成模块化LNG建造项目及相关石化工程项目。实践证明, 在管线建造中, 法兰密封面的喷砂防护和各环节的施工保护一直是建造过程中的一大难题, 不仅耗费大量人力、物力和财力, 而且还对项目工期产生了一定影响, 已成为关键路径上影响施工进度的重点和难点;本文旨在研究一种能够在施工各环节和喷砂过程中有效保护法兰密封面免受损坏的封堵装置, 从而有助于实现项目管理、建造管理、进度管理等管理目标, 并考虑与国际上接轨, 开拓国际市场, 承接更多的国际项目。有效保护法兰密封面免损, 保质保量完成法兰管理已成为油建、船舶和海工行业生存发展的必备条件和能力。

2、现有的保护方法及存在的问题:

  传统的管口法兰密封面的保护方式有:塑料法兰保护盖[3], 胶皮粘贴、帆布粘贴。这些方法的保护效果不佳, 经常会引起管线法兰面受损[4], 尤其是在喷砂及施工过程中损坏较严重。在以往承建大型国际项目中, 防止受损一直以来是施工防护中的一大难题和焦点所在。因此急需改进现有的保护方法对其进行有效彻底的保护, 防止受损[2]

  现有保护方式存在的问题是[4]:

(1) 现有保护盖、遮盖物较为单薄、不结实, 容易磨烂, 导致保护失效; (2) 现有保护盖、遮盖物安装不牢固, 容易脱落、丢失; (3) 现有保护盖、遮盖物密封程度和范围不足, 打砂仍有部分法兰密封面被喷砂打坏; (4) 现有保护盖、遮盖物属一次性使用, 不能重复利用; (5) 现有保护盖、遮盖物多数为软保护, 遇到坚硬的物体无法起保护作用; (6) 现有保护盖、遮盖物保护和清除繁琐, 需要大量的人力、物力和时间。

  现有保护方式的缺陷导致法兰密封面受损情况如下:

图1 喷砂损坏和划痕损伤图片

图1 喷砂损坏和划痕损伤图片

  根据现场施工情况分析, 现有的保护方式不能有效保护法兰密封面, 往往造成划伤法兰密封面和喷砂喷坏法兰密封面水密纹, 使大尺寸法兰修复费用大幅增加[5]

3、新型喷砂施工防护封堵装置的研发:

  基于现有保护方式的弊端和不足, 立足实际工况需求和工程项目要求, 克服现有弊端和不足[6], 研究出一种既能有效保护法兰密封面, 只对法兰密封面进行保护, 不致被喷砂打坏、硬物划伤[7], 又不致使异物进入管线内, 造成二次清洁, 同时还不影响法兰密封面以外的其他法兰表面喷漆作业, 如螺栓孔, 法兰节点内侧表面的喷涂作业;既要操作简单, 结实耐用, 还要可重复利用, 有效改善现有封堵弊端, 从而达到节能减排、降本增效, 为项目增值的目的。

3.1、产品设计思路和工作原理:

宝岛彩票官网   经研究发现, 法兰密封面非常脆弱, 容易被硬物划伤。实践证明, 涂装前带压力的喷砂作业容易打坏密封面上的水密纹, 管线运输和安装中会遭到外部硬物磕碰及划伤, 应利用硬质材料来挡护;然而硬质材料又不能直接与脆弱的法兰密封面直接接触, 以免损伤法兰密封面, 因此需要选用软质材料进行过渡, 采用这种内软外硬相结合方式才能更好地达到保护的目的。经过反复论证, 内部支撑经过巧妙的设计达到最佳选择, 诞生了这种法兰口喷砂防护封堵装置, 其结构组成如图2所示, 包括:1-中心螺纹杆;2-受力支撑连接杆;3-橡胶止滑块;4-铰接节点;5-定位短节;6-左右锁紧螺母;7-法兰端口保护盖;8-弹性硅胶垫。

图2 喷砂施工防护封堵装置结构原理图

图2 喷砂施工防护封堵装置结构原理图

宝岛彩票官网   如图2所示, 本防护封堵装置的工作原理是通过铰接连杆固定在管线内部, 使用时, 通过拧紧安装在中心螺纹杆上的左侧锁紧螺母, 使安装在中心螺纹杆上的受力支撑连接杆向垂直于管线内壁方向运动形成支撑, 挤压橡胶止滑块使其牢固地顶在管线内壁上形成摩擦力, 防止本防护封堵装置沿管线轴向运动, 拧紧左侧锁紧螺母辅助锁紧从而使本防护封堵装置牢牢固定在管线内部;在紧固左侧紧螺母的同时, 也向右紧固了内软外硬的法兰防护盖, 使弹性硅胶垫与法兰密封面紧紧贴合, 从而达到管线法兰口和管口封堵防护的目的。

3.2、本防护装置的设计创新点:

(1) 采用了绞接四连杆结构, 结构形式简单, 操作简便, 巧妙利用摩擦力达到牢固可靠地有效封堵;

宝岛彩票官网 (2) 保护盖采用软硬相结合的方式达到有效防护的目的;

(3) 整体结构结实耐用, 可循环使用, 防护效果好。

3。3 本防护装置解决了如下问题

(1) 有效克服现有技术的缺点和弊端, 避免了法兰面受损和管线污染后清理困难的问题, 节省了法兰维修和管线内部清洁带来的巨大经济损失;

(2) 在管线喷砂作业、搬运和施工过程中, 不易脱落、丢失和磨损, 并可循环利用, 大大提高了保护效果, 达到节能减排、降本增效的目的。

4、实际应用效果及优缺点:

4.1、实际应用效果:

  经应用效果验收和实际应用证明 (见图3) , 这种新型喷砂施工防护封堵装置的封堵效果非常好, 满足了现有ICHTHYS项目、YAMAL LNG模块建造项目、巴油FPSO、卡塔尔、SDA等各大型国际项目的使用, 取得了理想的保护效果;同时满足了国内外模块化建造项目、海上平台、半潜式钻井平台和采油平台、石油化工厂建造项目、长输管线建造等项目的法兰面喷砂防护及施工保护的普遍要求, 解决了施工中法兰密封面保护困难的问题。

图3 防护封堵装置的组件和防护效果图

图3 防护封堵装置的组件和防护效果图

  如图3上两张图显示, 安装后铰接连杆机构可紧密地挤压在管线内壁, 通过拧紧锁紧螺母将法兰防护盖紧紧地固定在法兰密封面上对其进行有效保护;图3下两张图可知喷砂后法兰表面已被喷成银白色的金属光泽, 甚至法兰的凸台侧边都被喷成银白色金属光泽, 法兰密封面并未损坏, 带压钢砂根本无法触及法兰密封面, 更不会进入管线内部造成污染。

4.2、新型喷砂施工防护封堵装置的优缺点:

  优点: (1) 新型防护装置采用软硬材质互补, 贴合紧密的方式使外界喷砂压力和外界坚硬物无法触及法兰密封面, 从而进行有效保护法兰面免受喷砂破坏, 封堵效果好; (2) 安装操作简单易行, 省去了使用传统胶粘方法封堵前和后期清理不干胶的工作量, 避免了人为损坏法兰面的风险; (3) 这种密封式保护的同时可防止雨水、异物、垃圾等进入管线造成污染, 对管线内部清洁形成一定的保护[10]; (4) 本装置结实耐用, 可重复使用, 节约了传统塑料和帆布等封堵材料费用, 降低了项目建造成本; (5) 节省了大量人力、物力, 避免了在受限空间作业的风险及修复耗时延误项目进度。

  缺点及完善措施: (1) 小尺寸法兰口径过小, 无法使用铰接连杆结构进行封堵, 可选用螺旋拧紧式内胀结构进行保护; (2) 大型法兰口尺寸超大亦不宜使用钢板外护, 钢板沉重不易操作, 需要进一步优化, 采用更加轻质耐磨的材料。

5、经济与社会效益:

  本防护装置不仅可重复使用, 节约了传统封堵材料的采购费用, 而且大幅度节省了后期法兰维修和管线清洁的人力和物力, 可节约建造成本不少于1000万元及其他人力及采购费用500万元以上;本防护装置设计新颖, 封堵效果好, 达到了降本增效的目的, 填补了我国石油化工和LNG模块建造项目中法兰防护封堵的空白, 其整体技术水平达到国内同行业领先水平, 可广泛应用于施工中各环节的管口保护领域。

6、结论:

  根据目前实际应用效果可知, 本法兰密封面防护装置的应用效果突出, 可合理有效保护法兰密封面, 优化施工工艺, 降低生产成本, 增加经济效益, 目前已被广泛应用于俄罗斯亚马尔LNG (YAMAL LNG) 项目并得到了广泛认可, 后期必将进行大力推广, 充分将技术创新转化成施工生产力, 广泛应用于海油工程行业和石油化工等建造行业中的管线法兰口喷砂防护封堵和管口保护施工, 让业主方和承建方满意认可, 达到双赢的效果。


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