潘悅?cè)?

(海洋石油工程股份有限公司 天津 300451)

0 引 言

隨著石油行業(yè)國(guó)際市場(chǎng)環(huán)境條件的不斷惡化，石油企業(yè)生存與發(fā)展的壓力越來(lái)越大，降本增效以提高企業(yè)的生存能力、保證質(zhì)量以增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力成為當(dāng)前亟須完成的重要任務(wù)。海管設(shè)計(jì)技術(shù)是海洋工程的核心技術(shù)之一，通過(guò)技術(shù)手段提升海管的設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

國(guó)內(nèi)海管設(shè)計(jì)技術(shù)通過(guò)近些年的發(fā)展在中淺水領(lǐng)域已經(jīng)較為成熟，并形成了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化成果，這對(duì)提升海管設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量起到了非常大的促進(jìn)作用。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化成果的使用中，通常的做法是先將需要用到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總到設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中，然后在進(jìn)行具體計(jì)算分析時(shí)從設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手工錄入到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化文件或軟件中。該方法存在2個(gè)缺陷：①由于需要將大量數(shù)據(jù)手工錄入，工作效率比較低；②在多次手工錄入的過(guò)程中容易出現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤。

基于上述考慮，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)和海管設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)成果或軟件作為平臺(tái)內(nèi)核，經(jīng)平臺(tái)內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化軟件的數(shù)據(jù)輸入，平臺(tái)人機(jī)交互界面對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行關(guān)鍵項(xiàng)控制，從而減少了手工錄入過(guò)程，極大地提升了整個(gè)計(jì)算的效率，并保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 平臺(tái)及功能簡(jiǎn)介

平臺(tái)基于Office第三方接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，采用VBA程序語(yǔ)言編寫(xiě)。用戶可以在Office辦公組件的Excel軟件程序界面內(nèi)使用，憑借Excel軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，平臺(tái)集成了海底管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入、穩(wěn)定性計(jì)算、在位強(qiáng)度分析、安裝計(jì)算、立管計(jì)算結(jié)果后處理、隆起計(jì)算等功能模塊，每個(gè)模塊中都提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)工具。

海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化成果和程序作為內(nèi)核，給用戶提供海底管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理、海底管道穩(wěn)定性校核、海底管道在位強(qiáng)度分析、海底管道安裝計(jì)算分析、立管計(jì)算結(jié)果后處理、海底管道隆起屈曲分析計(jì)算等海底管道設(shè)計(jì)中通常涉及到的各種輔助功能，用戶界面參見(jiàn)圖1。

圖1 海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)用戶界面 Fig.1 User interface of subsea pipeline integrated design platform

以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入模塊為例，其主要包含數(shù)據(jù)輸入工具、水深計(jì)算工具和管道基本參數(shù)計(jì)算等相關(guān)工具。數(shù)據(jù)輸入工具可以幫助用戶生成1個(gè)涵蓋整個(gè)項(xiàng)目管道信息的表格和數(shù)據(jù)庫(kù)，該工具會(huì)生成1個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表格，供其他功能模塊的數(shù)據(jù)調(diào)用。水深計(jì)算工具可以根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件中的輸入信息計(jì)算得到各種海管校核工作(例如在位強(qiáng)度分析、懸跨分析、屈曲分析、安裝分析等)中需要使用的不同重現(xiàn)期的水深數(shù)據(jù)[1]。管道基本參數(shù)計(jì)算工具可以計(jì)算管道空氣重量、管道水下重量、管土作用摩擦力等有效信息，用于其他模塊或分析直接調(diào)用。整個(gè)集成平臺(tái)的工作流程如圖2所示。

圖2 海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)工作流程 Fig. 2 Flow chart of subsea pipeline integrated design platform

2 平臺(tái)示范應(yīng)用及驗(yàn)證

以實(shí)際項(xiàng)目中一條輸油海底管道的實(shí)際設(shè)計(jì)條件和環(huán)境數(shù)據(jù)為例，對(duì)海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行示范應(yīng)用，以驗(yàn)證其對(duì)單層非埋設(shè)海管的設(shè)計(jì)適用性。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集成

海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)運(yùn)行后，將在Excel中生成“海管設(shè)計(jì)軟件集成”選項(xiàng)卡，其中“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入”中的“數(shù)據(jù)輸入”生成名為Pipe Data的Excel表格，Pipe Data是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)表格，用于海管的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入。

在海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)中將海管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及環(huán)境數(shù)據(jù)整理并輸入到Pipe Data工作表中，這樣就得到了海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為其他程序調(diào)用做好了準(zhǔn)備。當(dāng)其他程序調(diào)用該項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，不用再重新進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的輸入，這樣就減少了工作量和出錯(cuò)概率。

圖3框中所示的“數(shù)據(jù)輸入”為海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口。

圖3 海管設(shè)計(jì)軟件集成選項(xiàng)卡 Fig.3 Subsea pipeline design software integration tab

2.2 調(diào)用壁厚計(jì)算程序

如圖4所示，在完成海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)之后，調(diào)用平臺(tái)中的在位強(qiáng)度分析程序里面的WT_CHECK模塊，如圖5方框中所示，程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)用壁厚計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化程序。壁厚計(jì)算程序首先將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的海管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入到壁厚計(jì)算程序中進(jìn)行計(jì)算，完成之后程序會(huì)自動(dòng)將計(jì)算結(jié)果整理并打印成PDF文件，供編制計(jì)算報(bào)告使用。

圖4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)完成圖 Fig.4 Completion diagram of basic database

2.2.1 程序調(diào)用

本節(jié)程序的主要目的是將海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到壁厚計(jì)算程序中，并對(duì)各工況進(jìn)行計(jì)算。作為示例，圖6中給出了1區(qū)內(nèi)壓爆炸工況的輸入和輸出結(jié)果。海管的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都成功地導(dǎo)入到 壁厚計(jì)算程序中，并調(diào)用壁厚計(jì)算程序的計(jì)算功能，得出了計(jì)算結(jié)果。

圖6 海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)流程 Fig.6 Flow chart of subsea pipeline integrated design platform

壁厚計(jì)算程序本身是商業(yè)軟件(不屬于本程序開(kāi)發(fā))，而本程序的目的只是將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到壁厚計(jì)算程序中，觸發(fā)其計(jì)算功能并輸出計(jì)算結(jié)果。從以上的程序調(diào)用和計(jì)算情況看，海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)成功地完成了這兩項(xiàng)工作。

2.2.2 結(jié)果對(duì)比

使用海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)調(diào)用壁厚設(shè)計(jì)程序?qū)９苓M(jìn)行了壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算分析，并對(duì)各工況的計(jì)算結(jié)果與項(xiàng)目中計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，如表1所示。

表1 單層管壁厚計(jì)算結(jié)果對(duì)比 Tab.1 Comparison of wall thickness calculation results of single-layer pipe

從結(jié)果的對(duì)比上看，海管集成平臺(tái)調(diào)用軟件的計(jì)算結(jié)果與項(xiàng)目的計(jì)算結(jié)果是完全一致的，證實(shí)本程序在調(diào)用數(shù)據(jù)和判斷性輸入上與對(duì)比項(xiàng)目計(jì)算結(jié)果完全吻合。

2.3 調(diào)用軸力計(jì)算程序

主要使用海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)調(diào)用軸力計(jì)算程序，并把平臺(tái)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入到軸力計(jì)算程序中，計(jì)算海管在熱膨脹作用下的軸向力和管端膨脹量。在海管集成平臺(tái)單擊EXPANSION即可調(diào)用軸力計(jì)算程序[2]，見(jiàn)圖7。

2.3.1 程序調(diào)用

在通過(guò)海管集成平臺(tái)調(diào)用軸力計(jì)算程序之后，將彈出如圖8所示的程序用戶界面，對(duì)界面中幾個(gè)參數(shù)，如管道涂層類(lèi)型、操作工況或水壓試驗(yàn)工部等進(jìn)行選擇性設(shè)定后，即可通過(guò)單擊CAL按鈕進(jìn)行計(jì)算[3]。

圖8 軸力計(jì)算界面及對(duì)應(yīng)的計(jì)算結(jié)果 Fig.8 Axial force calculation interface and corresponding calculation results

2.3.2 結(jié)果對(duì)比

海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)調(diào)用了軸力計(jì)算程序，并將海 管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)中生成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入到軸力計(jì)算程序中進(jìn)行計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果與項(xiàng)目中單層管熱膨脹計(jì)算程序中得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，如表2所示。

表2 軸力計(jì)算結(jié)果對(duì)比 Tab.2 Comparison of axial force calculation results

從表2的結(jié)果對(duì)比來(lái)看，海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)調(diào)用軟件的計(jì)算結(jié)果與項(xiàng)目的計(jì)算結(jié)果在軸力計(jì)算上完全一致。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)構(gòu)建海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化成果和程序直接調(diào)用進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果顯示平臺(tái)和實(shí)際手工錄入完全吻合，證實(shí)該平臺(tái)功能達(dá)到了預(yù)期目的。

同時(shí)，通過(guò)研究確立了基于Excel第三方接口的平臺(tái)搭建方法，該方法的實(shí)踐為淺水海管的設(shè)計(jì)模式構(gòu)建了一個(gè)新的框架。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口的使用和基于新模塊、新工具的加入，海管集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的功能將越來(lái)越強(qiáng)大。■