劉貞飛， 高 原， 陳曉明， 柳 宇， 王迪祥， 宋春娜

(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司， 廣東 深圳 518067)

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特制加強(qiáng)法蘭在海管連接中的應(yīng)用

劉貞飛， 高 原， 陳曉明， 柳 宇， 王迪祥， 宋春娜

(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司， 廣東 深圳 518067)

該文介紹了一種特制加強(qiáng)法蘭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合南海陸豐7-2油田安裝膨脹彎作業(yè)時(shí)對(duì)該類型法蘭的應(yīng)用，闡述了特制加強(qiáng)法蘭的安裝技術(shù)，以及使用液壓拉伸器與扭矩扳手的緊固技術(shù)。特制加強(qiáng)法蘭在陸豐7-2油田海管連接中的成功應(yīng)用，證明其在安裝特性、密封性能和緊固性能方面的優(yōu)勢(shì)，為安裝膨脹彎工藝設(shè)計(jì)和法蘭選型提供了創(chuàng)新依據(jù)。

膨脹彎；特制加強(qiáng)法蘭；飽和潛水系統(tǒng)；液壓緊固

0 引言

海上樁基式鉆井平臺(tái)開采的石油或天然氣通過立管輸送到海底管道中，然后輸送至FPSO(浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪)或者陸地終端。平臺(tái)立管與海底膨脹彎之間，以及膨脹彎與海底管道之間都通過法蘭連接。法蘭設(shè)計(jì)工藝和性能直接影響到海管密閉性，法蘭優(yōu)良的性能和規(guī)范的安裝工藝是確保海管試壓成功并長(zhǎng)期服役的關(guān)鍵。

1 特制加強(qiáng)法蘭應(yīng)用背景

2013年南海陸豐7-2油田安裝膨脹彎作業(yè)內(nèi)容包括：在陸豐13-2平臺(tái)和海底管道之間安裝3段膨脹彎；在陸豐7-2平臺(tái)和海底管道之間安裝3段膨脹彎(如圖1所示)。除了陸豐13-2平臺(tái)立管和第一段膨脹彎之間通過特制加強(qiáng)法蘭連接，其他各部分海管之間都通過常規(guī)的ANSI法蘭連接，膨脹彎法蘭技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 陸豐13-2和陸豐7-2平臺(tái)之間海管

表1 陸豐13-2和陸豐7-2平臺(tái)膨脹彎法蘭技術(shù)參數(shù)

膨脹彎位置法蘭位置類型直徑厚度磅級(jí)材質(zhì)圈類型螺栓螺母數(shù)量直徑長(zhǎng)度對(duì)邊尺寸陸豐13 2～陸豐7 2@陸豐13 2立管側(cè)#1膨脹彎側(cè)#1膨脹彎側(cè)#2膨脹彎側(cè)#2膨脹彎側(cè)#3膨脹彎側(cè)#3膨脹彎側(cè)平管側(cè)ANSIWN12．75＂2．64＂600#ASTMA694F70SpecialdesignedWN12．75＂3．54＂900#ASTMA694F70SplitFlange12．75＂5．81＂-ASTMA694F70ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70MAFSW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70R57R58R58R582020+1016161611/4＂27＂2＂11/4＂21＂1．375＂11/4＂10＂1．375＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂陸豐13 2～陸豐7 2@陸豐7 2平管側(cè)ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#4膨脹彎側(cè)MAFSW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#4膨脹彎側(cè)ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#5膨脹彎側(cè)ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#5膨脹彎側(cè)ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#6膨脹彎側(cè)ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#6膨脹彎側(cè)ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70立管側(cè)ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70R58R58R58R58161616162＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂

注：WN法蘭：焊頸法蘭(Welding Neck Flange)； SW法蘭：旋轉(zhuǎn)法蘭(Swivel Flange)； MAF SW法蘭：旋轉(zhuǎn)球法蘭(Misalignment Swivel Flange)。

陸豐7-2油田15 km新鋪設(shè)海管是雙層管，內(nèi)管323.9 mmO.D.×17.5 W.T.，外管457.0 O.D.x×14.3W.T.。除陸豐13-2平臺(tái)第一段膨脹彎和平臺(tái)立管之間采用600磅級(jí)法蘭連接，其他全部為1 500磅級(jí)膨脹彎法蘭。經(jīng)過計(jì)算分析，為確保法蘭密閉性和安裝緊固性要求，將陸豐13-2平臺(tái)第一段膨脹彎法蘭(立管側(cè))設(shè)計(jì)為特制加強(qiáng)法蘭。

2 特制加強(qiáng)法蘭結(jié)構(gòu)組成

該特制加強(qiáng)法蘭生產(chǎn)廠家為美國QCS公司(Quality Connector Systems, LLC)，由特制焊頸法蘭和拼合法蘭兩部分組成，圖2、圖3分別為拼合法蘭，特制加強(qiáng)法蘭示意圖，配件組成及安裝工具表2、表3。

圖2 拼合法蘭

圖3 特制加強(qiáng)法蘭

表2 特制加強(qiáng)法蘭配件組成

序號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量備注1特制焊頸法蘭直徑12．75＂，厚度2．64＂，磅級(jí)600#1內(nèi)圈20個(gè)螺栓孔用于連接＂立管法蘭&拼合法蘭＂。外圈10個(gè)螺栓孔用于連接拼合法蘭。2拼合法蘭直徑12．75＂，厚度3．54＂，磅級(jí)600#1內(nèi)圈20個(gè)螺栓孔用于連接＂立管法蘭&特制焊頸法蘭＂。外圈一共20個(gè)螺栓孔：其中10個(gè)螺栓孔不帶螺紋，用于連接特制加強(qiáng)法蘭；另外10個(gè)螺栓孔帶有內(nèi)螺紋，用于安裝六角頭螺栓。3螺栓(全螺紋)直徑1．25＂×長(zhǎng)21＂30帶雙螺母，其中20根安裝在內(nèi)圈螺栓孔，10根安裝在外圈螺栓孔。4六角頭螺栓直徑1．25＂×長(zhǎng)10＂10帶一個(gè)止動(dòng)螺母，六角頭螺栓起限位作用，只穿透拼合法蘭，不穿透特制焊頸法蘭。5墊圈R571

表3 安裝特制加強(qiáng)法蘭的工具

工程應(yīng)用中，將拼合法蘭包裹在立管法蘭外圍，將特制焊接法蘭與立管法蘭組對(duì)連接。用20根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓穿過“特制焊頸法蘭、立管法蘭、拼合法蘭”內(nèi)圈螺栓孔，并液壓緊固。用10根直徑1.25″×長(zhǎng)10″的六角頭螺栓只穿透拼合法蘭，不穿透特制焊頸法蘭。最后用直徑10根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓穿過“特制焊頸法蘭、拼合法蘭”外圈螺栓孔，并液壓緊固，從而達(dá)到加強(qiáng)緊固的效果。

3 特制加強(qiáng)法蘭安裝步驟

油田現(xiàn)場(chǎng)由主作業(yè)船(動(dòng)力定位船)攜帶飽和潛水系統(tǒng)作業(yè)，安裝膨脹彎。

(1) 主作業(yè)船甲板上，在拼合法蘭外圈螺栓孔內(nèi)安裝10根六角頭螺栓。主作業(yè)船吊機(jī)下放拼合法蘭到水下，潛水員將拼合法蘭包裹在立管法蘭外圍。

(2) 主作業(yè)船吊機(jī)下放陸豐13-2第一段膨脹彎到水下，潛水員在膨脹彎上安裝浮袋，為浮袋充氣，使膨脹彎達(dá)到懸浮狀態(tài)，潛水員拖拉膨脹彎與立管法蘭對(duì)接，在立管法蘭和膨脹彎特制焊頸法蘭之間的墊圈槽內(nèi)放置墊圈。在“拼合法蘭、立管法蘭、特制焊頸法蘭”內(nèi)圈螺栓孔內(nèi)穿入20根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓。注意使膨脹彎側(cè)露出的螺栓長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，以便在該側(cè)螺栓上安裝液壓拉伸器。

(3) 采用50%液壓拉伸方式液壓緊固內(nèi)圈20根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓。

1) 將液壓拉伸器相間隔安裝到其中10根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓上；

2) 第一次加壓至1 000 psi，測(cè)試液壓管線是否有泄漏，第二次加壓至12333psi，第三次加壓至18 500 psi，第四次加壓至18 500 psi，第五次加壓至18 500 psi；

3) 拆卸液壓拉伸器，將其相間隔安裝到剩余10根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓上；

4) 第一次加壓至1 000 psi，測(cè)試液壓管線是否有泄漏，第二次加壓至9 667 psi，第三次加壓至14 500 psi，第四次加壓至14 500 psi，第五次加壓至14 500 psi。

(4) 在立管側(cè)使用扭矩扳手緊固10根直徑1.25″×長(zhǎng)10″六角頭螺栓。采用對(duì)邊交互緊固的方式，即按照法蘭盤上12鐘點(diǎn)/6鐘點(diǎn)，9鐘點(diǎn)/3鐘點(diǎn)，10鐘點(diǎn)/4鐘點(diǎn)、7鐘點(diǎn)/1鐘點(diǎn)、8鐘點(diǎn)/2鐘點(diǎn)的次序，緊固10根六角頭螺栓。先后緊固兩次，扭矩值分別為：125磅·英尺和250磅·英尺。并將止動(dòng)螺母鎖緊，確保拼合法蘭和特制焊頸法蘭之間間隙在法蘭盤上各個(gè)鐘點(diǎn)位置均勻分布。

(5) 在“拼合法蘭、特制焊頸法蘭”外圈10個(gè)螺栓孔內(nèi)安裝10根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓。注意使膨脹彎側(cè)露出的螺栓長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，以便在該側(cè)螺栓上安裝液壓拉伸器。

(6) 采用50%液壓拉伸方式液壓緊固外圈10根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓。

1) 將液壓拉伸器相間隔安裝到其中5根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓上；

2) 第一次加壓至1 000 psi，測(cè)試液壓管線是否泄漏，第二次加壓至8 167 psi，第三次加壓至12 250 psi，第四次加壓至12 250 psi，第五次加壓至12 250 psi；

3) 拆卸液壓拉伸器，將其相間隔安裝到剩余5根直徑1.25″×長(zhǎng)21″的螺栓上；

4) 第一次加壓至1 000 psi，測(cè)試液壓管線是否泄漏，第二次加壓至5500psi，第三次加壓至8 250 psi，第四次加壓至8 250 psi，第五次加壓至8 250 psi。

4 海管試壓

完成安裝全部膨脹彎后，潛水員用保鮮膜包裹法蘭。平臺(tái)上向海管內(nèi)注入淡水及染色劑，向海管內(nèi)加壓，查看壓強(qiáng)變化，依據(jù)相關(guān)規(guī)范檢測(cè)海管密閉性是否滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)潛水員觀察法蘭位置是否有染色劑流出。如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)法蘭泄露，則須拆卸法蘭重新安裝。

陸豐13-2和陸豐7-2平臺(tái)之間完成海管連接后，海管試壓結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，證明了特制加強(qiáng)法蘭良好的使用效果。

5 結(jié)論

(1)在對(duì)法蘭密閉性和強(qiáng)度提出更高要求的情況下，特制加強(qiáng)法蘭在密封設(shè)計(jì)和緊固性能等方面比傳統(tǒng)的ANSI/API法蘭具有更大的優(yōu)勢(shì)。特制加強(qiáng)法蘭在陸豐7-2油田海管連接中的成功應(yīng)用，為海管安裝工藝設(shè)計(jì)以及法蘭選型提供了創(chuàng)新依據(jù)。

(2)根據(jù)法蘭規(guī)格參數(shù)編制液壓緊固程序，選用對(duì)應(yīng)型號(hào)的液壓拉伸器及扭矩扳手，按照法蘭使用手冊(cè)指導(dǎo)步驟，緊固特制加強(qiáng)法蘭，是其安裝過程中的核心技術(shù)。

[1] OCS法蘭公司. Reinforcement Flange法蘭使用手冊(cè)[S]. 2013.

[2] 吳鳳和. 液壓拉伸器的使用與維護(hù)[J]. 機(jī)床與液壓， 2002, 30(2):158.

Apply Reinforcement Flange to Connect Pipeline

LIU Zhen-fei， GAO Yuan， CHEN Xiao-ming， LIU Yu，WANG Di-xiang， SONG Chun-na

(COOEC Subsea Technology Co., Ltd, Guangdong Shenzhen 518067, China)

Structure and feature of reinforcement flange are introduced in the thesis, together with application of reinforcement flange in spool piece installation. This thesis expatiates technique of aligning and installing reinforcement flange, and hydraulicly tighten flange by hydraulic tensioner. Successful application in Lu Feng Oil Field testified the merit of reinforcement flange in sealing technology, installing characteristic and designing benefit. It provides successful case in choosing appropriate type of flange in marine engineering when install spool piece.

spool piece; reinforcement flange; saturation diving system; hydraulicly tighten flange

2014-09-22

劉貞飛(1980-)，男，工程師。

1001-4500(2015)03-0077-04

P75

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