田葛錦 馮定顥 楊樂

[摘要] 本文結(jié)合筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)管道法蘭的設(shè)計(jì)、聯(lián)接等問題進(jìn)行具體分析與闡述，并對(duì)管道法蘭聯(lián)接在未來工程管理中的發(fā)展進(jìn)行展望。

[關(guān)鍵詞] 管道法蘭； 連接； 工程管理； 運(yùn)用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 22. 041

[中圖分類號(hào)]TE8； F273[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673 - 0194（2012）22- 0072- 02

0引言

石油作為人類生存發(fā)展最為重要的能源與戰(zhàn)略儲(chǔ)備，在當(dāng)前陸地石油面臨增長(zhǎng)困境的背景下，積極開拓油氣資源具有一定現(xiàn)實(shí)意義。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化步伐的加快，對(duì)能源的需求量與日俱增，海上石油開發(fā)工程逐漸朝向深海領(lǐng)域發(fā)展，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，深海能源的儲(chǔ)量高達(dá)陸地100倍，而深海石油的采集將成為今后石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備的重要途徑。當(dāng)前，海上石油開采的技術(shù)與方法不斷改進(jìn)，海底管道的應(yīng)用尤其廣泛。

選擇在深海海底鋪設(shè)管道，具有技術(shù)水平高、施工復(fù)雜、涉及專業(yè)繁多等特征，因此需要多工種技術(shù)人員的配合，是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)大、投資多的系統(tǒng)性海洋工程，其中如何完成海底管道的水下聯(lián)接工作，已成為鋪設(shè)深海管道的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1管道法蘭聯(lián)接的設(shè)計(jì)與管理

一般情況下，法蘭聯(lián)接主要包括法蘭片、密封墊片以及螺栓螺母等構(gòu)成，可分為法蘭墊片的設(shè)計(jì)、螺栓的設(shè)計(jì)以及法蘭本體設(shè)計(jì)三大主要部分。在實(shí)際工程運(yùn)用過程中，很少由于壓力容器強(qiáng)度問題而引起法蘭失效，以密封不佳而出現(xiàn)泄漏事故為主；因此在設(shè)計(jì)法蘭聯(lián)接過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)介質(zhì)泄漏問題的重視與預(yù)防。

1.1法蘭墊片

設(shè)計(jì)法蘭墊片是整個(gè)法蘭聯(lián)接的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，以當(dāng)前設(shè)計(jì)和應(yīng)用規(guī)范來看，主要表現(xiàn)為墊片預(yù)緊密封中的壓力以及墊片系數(shù)等特征。對(duì)于墊片預(yù)緊密封壓力來說，主要指在沒有內(nèi)壓的條件下，形成較為密封的連接處理，以最小壓緊力為主，以接觸面單位中的壓緊力來表示。所謂墊片系數(shù)，主要指在施加內(nèi)壓過程中，在墊片中保持一定的壓力，確保密封壓力栓承擔(dān)可支配的泄漏介質(zhì)壓力；在具體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合具體的環(huán)境要求，包括管徑大小、介質(zhì)特性等，合理選擇墊片的材質(zhì)、種類及尺寸，計(jì)算在預(yù)緊狀態(tài)與操作狀態(tài)下的合理預(yù)緊力，以更好地滿足施工要求。

在實(shí)際工程運(yùn)用過程中，多采用石棉墊片、膠皮墊片、石墨高壓增強(qiáng)墊片等；在非金屬材質(zhì)的管道中，以膨脹聚四氟乙烯作為主要接口密封墊，可有效補(bǔ)償由于機(jī)械加工、缺陷或者剛性變形等原因產(chǎn)生的誤差，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力的平衡作用。

1.2螺栓

在進(jìn)行螺栓設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)優(yōu)先選擇合理的螺栓材料，實(shí)現(xiàn)理想化的螺栓受力情況；先假設(shè)條件為每一套螺栓均勻受力，結(jié)合墊片需要的壓緊力狀況，計(jì)算出螺栓的有效面積，以最大值作為實(shí)際應(yīng)用的計(jì)算面積。應(yīng)該注意的是實(shí)際配置螺栓的面積與該面積相比略小；在設(shè)計(jì)螺栓過程中，其關(guān)鍵點(diǎn)在于如何確定螺栓中心圓的直徑，并將數(shù)值盡量精確化，一般在設(shè)計(jì)過程中通過選擇恰當(dāng)?shù)穆菟ㄒ?guī)格與螺栓數(shù)量，來保障螺栓中心直徑的精確度。

1.3法蘭本體

有關(guān)法蘭本體的設(shè)計(jì)計(jì)算，可通過華脫樂斯法、鐵木辛柯法來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前世界大多數(shù)國(guó)家更加認(rèn)可使用華脫樂斯法。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過程中，為了便于計(jì)算，一般情況下將法蘭劃分為整體法蘭與活套法蘭兩大類；任何法蘭都可以通過圓筒焊接連接頭以及法蘭環(huán)的牢固程度參數(shù)，判斷是否與整體法蘭或者活套法蘭相接近，然后再根據(jù)具體方式進(jìn)行計(jì)算。應(yīng)該注意的是在實(shí)際操作過程中，在公稱壓力范圍內(nèi)，也具備標(biāo)準(zhǔn)體系可供選用。

2管道法蘭聯(lián)接的注意事項(xiàng)

在進(jìn)行管道法蘭聯(lián)接過程中，應(yīng)主要從以下幾方面加強(qiáng)注意：

（1） 在法蘭聯(lián)接過程中，應(yīng)確保其具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，在進(jìn)行緊固過程中不會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象；保持法蘭密封面的清潔、平整；在安裝過程中注意清除銹斑或者油漬。

（2） 確保密封墊的耐油性以及抗老化性能，同時(shí)保持良好的機(jī)械強(qiáng)度與彈性；在安裝過程中，根據(jù)聯(lián)接位置的實(shí)際形狀確定具體截面與尺寸，并正確安放。

（3） 如果聯(lián)接突面的法蘭接觸面呈圓環(huán)狀，應(yīng)注意避開螺栓孔，采用自制的密封墊更加有效；在螺栓預(yù)緊力相同的情況下，接觸面小，將提高壓強(qiáng)度，更利于密封操作；在聯(lián)接過程中，如果沒有出現(xiàn)突面而采取整體接觸的方式，將造成預(yù)緊力的分散，可能出現(xiàn)法蘭變形現(xiàn)象。

3未來展望

隨著海洋石油事業(yè)在我國(guó)的飛速發(fā)展，將涉及到越來越多的深水海域管道鋪設(shè)問題。對(duì)于較深水的石油管道來說，可能涉及到水下作業(yè)機(jī)具的配合作用，如接應(yīng)工具、軸向?qū)?zhǔn)機(jī)具等；以海底鋪設(shè)管道的實(shí)際情況來看，亟需自動(dòng)化程度高、體積小巧便捷、可操作性強(qiáng)的作業(yè)機(jī)具，提高管道聯(lián)接的安全性、可靠性；我國(guó)應(yīng)加快研究更多機(jī)具，既可提高海底鋪設(shè)管道的工作效率，也可極大降低成本，不再受到國(guó)外技術(shù)的約束。但是以當(dāng)前實(shí)際情況來看，我國(guó)有關(guān)管道法蘭聯(lián)接的應(yīng)用與實(shí)踐，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在差距，需要進(jìn)一步提升技術(shù)水平與核心競(jìng)爭(zhēng)力。

當(dāng)前，國(guó)外研究的法蘭連接機(jī)具既可以在深水中作業(yè)，也可在干式環(huán)境中作業(yè)，極大拓寬管道聯(lián)接作業(yè)的范圍。因此，在借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步加快對(duì)法蘭聯(lián)接機(jī)具與工藝的研究力度，從密封性能、管徑、聯(lián)接效率、安全性、可靠性等角度為出發(fā)點(diǎn)，積極應(yīng)用先進(jìn)的控制方法，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)深海作業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

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