初探机械压力接头在海洋石油平台上的应用

邱波 王长亮 刘晶晶

【摘要】上个世纪八十年代，海洋石油业在我国还是一个刚刚起步的行业，但是在科学突飞猛进的今天的，海洋石油业已经发展成熟，而机械压力接头在海洋石油平台上广泛应用。本文从机械接头的性能和优点以及在海洋石油平台上的应用等几个方面探究。

【关键词】机械压力接头；海洋石油平台；探究

中图分类号：F407文献标识码： A

前言

在海洋石油平台上机械压力接头解决了上个世纪的一大难题，但是仍然会存在一些问题，如机械接头的力学性能没能达标，施工中存在影响因素，这些问题有效的解决，会为我们安全生产带来很大的困难。

机械接头性能

机械接头对螺栓连接强度进行了优化。螺栓与管道轴线垂直，因此不直接承受弯矩和压力载荷，使得该接头能提供比传统ANSI和API法兰更高的连接强度，且密封好、重量轻，只需要较小的力矩就能达到或满足密封要求。与传统ANSI和API法兰相比，该接头可以存储更多的能量，能承受更剧烈的热循环载荷而不发生泄漏，同时能保持恰当的螺栓力矩。

1、拉伸。该接头比传统ANSI法兰能承受更大的拉伸载荷。拉伸载荷能使传统法兰面分离，因而成为泄漏源，发生泄漏，引发火灾、爆炸等危险。由于采用了新型的密封方式，该接头不会发生这种情况，仍然能保持良好密封状态。几乎在所有工况下，该接头与其连接的管子相比能承受更大的拉伸载荷。破坏性试验结果表明，即使相连的管子己经被拉伸破坏，该接头依然完好，没有发生泄漏。

2、弯曲。该接头可以承受剧烈的弯曲载荷而不发生泄漏或松懈。试验评估表明，即使在压力和弯曲组合工况下，该接头仍然不会发生泄漏或螺栓松动。增加载荷至管子失效极限荷载，该接头仍然保持良好状态，没有发生泄漏。同时，联合使用能承受高弯曲载荷的HUB能提高凹槽式的密封。

3、压缩。大部分情况下密封圈肋骨的承载面大于与其相连管线的横截面，因此该接头不会发生压缩过载现象。在非常高的压缩载荷工况下，该接头能承受的最大载荷取决于与其相连管子所能承受的极限载荷。该接头在压缩工况下将正常工作。

4、热冲击。该接头己经应用于承受瞬态热载荷的低温及高温工况。即使在剧烈的热冲击载荷下，如淬火，接头中的隔热圈可以使密封圈端部免受全部热载荷的冲击，同时可以保护密封圈免受流体侵蚀。

图1 金属自紧式法兰力学模型

5、密封。密封环的横截面为“T”型，接头组装完成后，密封环的基肋通过HUB保持到正确位置，而密封环的顶部在HUB内表面形成唇形密封。在接头组装过程中，CLAMP夹头安装到HUB上，并通过拉拽载荷使HUB面连接到一起，密封环基肋可以保证密封环的同心度。当HUB被CLAMP夹子拉拽到一起时，密封环唇部相对HUB内密封面发生了弹性变形，存储了能量，在密封环唇部与HUB内密封面之间产生了弹性载荷，形成了自激励式密封；同时管道内部压力加强了这种密封，从而形成了自激励式和内部压力加强型双重密封。

机械压力接头优点

机械压力接头有以下几大优点：

1、施工工艺简化

管道焊接连接方法，工序较多，效率低；机械压力接头不涉及焊接，更没有对连接处进行无损检验，施工工人使用专用的液压工具将管子端部插入到压力接头中，然后根据管线施工图纸中的尺寸对管线进行下料施工。

提高工作效率，缩短施工工期施工程序简单，可以使管线的预制、安装更加快捷、方便，极大的节省施工工期，提高管线在预制、安装时的场地使用率，节约施工资源及施工时间。

3、降低环境的污染、节能降耗，减少特殊工种对人的伤害。避免明火作业、管线焊接、焊道无损检测等作业对施工工人的伤害，降低对环境造成的污染和破坏；减化施工环节，提高施工安全可靠性；降低管道系统制造安装过程的电能消耗，节能增效。

4、在维修生产中的管线时，不动明火，安全快速，方便简洁。

5、机械压力接头技术经济优势明显、性价比高。

四、海洋石油有关控制方面的特点

自控方案必须适应海上油气处理工艺、施工建造及项目管理的特点。海洋石油有关控制系统方面的特点主要有:

控制点数不多，一般在500点左右。

2、控制回路较少，1座平台的控制回路一般为几个到几十个，需要监控的参数相对较多，存在大量的数字状态监测信号。

对仪表的响应时间没有特殊的要求，一般气动仪表的响应时间即可满足要求。

绝大多数是简单控制，即一般PID控制，或个别加减运算。

装置布置密集，且大多数装置处在危险区，用在安全区中的仪表要有相应等级的防爆要求，平台应有可靠性很高的应急关断安全保护系统。

海上操作费用高，危险性高，这要求仪表要有良好的可靠性。

出于缩短工期、便于管理的目的，装置一般成橇购买。海上工程一般采用模块化安装，因此每个单元控制系统也应划人橇内。这样，每个橇块(或模块)在陆上就可以完成全面的调试，责任明确，充分发挥了成橇的优点。现在比较多的做法是一些控制较复杂的公用系统，如电站、热媒炉、压缩空气系统等，均是成橇购买的。各橇块的控制系统则作为整个平台主控制系统的子系统，平台主控制系统主要用于控制工艺处理系统和整个平台的监控以及连锁保护。

海上施工费用高昂。

五、机械压力接头在海洋石油平台各系统中应用的可行性和应用条件

根据DNV(认证号: P-12179)认证,机械压力接头可应用于海洋石油平台的下列管线系统中:

1、可燃流体(闪点≤60℃)中的原油冲洗管线及放空管线,应用条件是接头型号通过防火认证。

2、惰性气体管线。

3、可燃流体(闪点>60℃)中的燃料油管线、润滑油管线、液压油管线、热介质管线,应用条件是在非A类机械设备空间内,且接头连接应置于易于观察方便的位置,接头型号通过防火认证。

4、以海水为介质的消防水主管线和水喷淋系统、泡沫系统、冷却水系统,应用条件是接头型号通过防火认证。

5、以淡水为介质的冷却水系统和其他辅助系统,应用条件是接头型号通过防火认证。

6、其他系统,如:甲板排放和地漏系统、生活污水排放系统、仪表气系统、公用气系统、盐水系统、CO2系统、蒸汽系统;机械压力接头的尺寸范围从2~24,可应用于的管线材质为碳钢管线、铜镍合金管线,可应用的管线压力等级最高51.7Pa管径越大,压力越小。

在管线加工设计过程中,工程师对整个管线系统选用了对焊焊接与机械压力接头并用的管道连接方法。他们根据内涂塑厂家设备的生产能力和平台施工现场的吊装、安装的可操作性,将管线ISO图分成不同的预制单管,其中预制单管中的预制焊口采用对焊焊接,单管之间的连接采用机械压力接头。这样划分施工方法的优点,一是将预制焊点对焊焊接后整管涂塑,更好地保证了涂塑内表面的连续性和均匀性,能够起到较好的防腐效果,二是单管之间使用机械压力接头连接,实现了非焊接连接,避免高温对内涂塑涂层的损害。

六、结束语

综上所述，机械压力接头在海洋石油平台上起到了至关重要的作用，对于机械压力接头我们不仅要求他的力学性能符合标准，它的化学分析也应该符合行业标准，在海洋石油业中机械压力接头是焊接在输油管道上的，不仅要求我们接头的制造质量，还要求焊接时的技术。所以，海洋石油平台中能广泛运用机械压力接头，会使我们经济更上一层。

参考文献

[1]周守为,曾恒一海洋石油工程设计指南 石油工业出版社 2007年

[2]应道宴 管法兰接头的密封性能 北工设备设计 1999年

[3]吴宇 法兰连接中螺栓预紧力及垫片密封性的研究 炼油技术与工程 2006年