FPSO外輸漂浮軟管性能水壓試驗分析

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(中海油能源發展采油服務公司，天津 300452)

FPSO外輸過程使用的外輸漂浮軟管是以鋼筋為骨架[1]，鋼筋內外主要是簾線和橡膠材料的軟管，它重量輕、強度高[2]，空管和輸油時漂浮在海面上，抗彎模量小，可盤卷在滾筒上，敷設和撤收都很方便，因此，被廣泛應用于海洋石油開發。

目前，海洋外輸漂浮軟管以良好的結構性能及經濟性成為FPSO外輸的惟一運輸裝置。我國對外輸漂浮軟管的自主研發尚存不足，為此，對國內生產的外輸漂浮軟管進行試驗，驗證外輸漂浮軟管的性能，在此基礎上對外輸漂浮軟管進行優化設計。

1 外輸漂浮軟管的結構及類型

1.1 外輸漂浮軟管典型結構

外輸漂浮軟管由數層材料組合而成，不同層起到不同的功能，以確保軟管完整性及安全性。外輸漂浮軟管的主體由內襯、加強層、纏繞鋼絲加強層、漂浮層、外層復合而成。為輔助制造工藝，添加其它層(中膠層、管體外層)。同時，在軟管兩端安裝端部構件形成完整外輸漂浮軟管，見圖1。

1.2 外輸漂浮軟管的類型及性能參數

一套完整的外輸漂浮軟管由4部分組成，分別為主管、尾管、全漂浮舷管和增強型首管。原油外輸時，增強型首管與FPSO相連接，首管依次連接主管、尾管、全漂浮舷管，全漂浮舷管在于穿梭油船連接。

圖1 外輸漂浮軟管典型剖面

1.2.1 全漂浮軟管(主管)

全漂浮軟管參數見表1，外形見圖2。

表1 主管參數表(單層)

圖2 主管外形

1.2.2 全漂浮尾管

漂浮軟管組的尾管參數見表2，外形與圖2的主管外形相同。

表2 尾管參數表(單層)

1.2.3 全漂浮舷管

作為漂浮軟管組中的最后一根，與提油輪相連接，參數見表3，外形見圖3。

表3 舷管參數表

圖3 舷管外形

1.2.4 增強型首管

作為漂浮軟管組中的第一根，直接與FPSO相連接，參數見表4，外形見圖4。

表4 增強型首管參數表

圖4 增強型首管外形

2 外輸漂浮軟管水壓試驗方案設計

水壓試驗用以驗證外輸漂浮軟管的伸長率。內壓荷載是外輸漂浮軟管的功能荷載[3]，外輸漂浮軟管必須首先滿足這個功能荷載。軟管受到內部壓力的作用，環向受內壓，軸向受到相應的拉力。水壓試驗的目的是為了保證外輸漂浮軟管在外輸作業過程中的安全。

2.1 試驗所需設備

吊機、起吊橫杠、尼龍帶、液壓泵、壓力計、帶墊圈的蓋板、壓力記錄器、輥子、扳手。

2.2 實驗操作流程

1)將5根輥子間隔2 m的距離平放在水平地面處。

2)用起吊橫杠和尼龍帶將要檢測的軟管水平吊放在輥子上。

3)將帶墊圈的蓋板分別用螺絲安裝在軟管兩端。螺絲不能擰得太松或太緊，以免影響測試。

4)用液壓泵向軟管內部注水，管內空氣同時可通過蓋板上的閥門排出。當軟管內部注滿水、空氣全部排出之后，保持軟管內部壓力為70 kPa，然后測試該條件下軟管的長度La。

5)在5 min之內將軟管內壓從70 kPa增加到額定壓力的一半，維持10 min，在5 min內將壓力減至0。

6)再次在5 min之內將壓力增加至額定壓力1.5 MPa，維持10 min，測量該壓力下軟管長度Lb。

7)在5 min之內，將管內壓力降低至0；暫停15 min，接著再將軟管內壓在5 min之內提高到70 kPa，測量該壓力狀態下的軟管長度Lc。

8)計算臨時延長率ete和永久延長率epe。

水壓試驗過程見圖5。

圖5 水壓試驗流程

3 外輸漂浮軟管水壓試驗驗證

按照上面介紹的試驗流程對4種16 in外輸漂浮軟管(增強型首管、主管、舷管和尾管)分別進行水壓試驗。試驗結果要求外輸漂浮軟管的臨時延長率≤2.5%，永久延長率≤0.7%，試驗結果見表5。

表5 外輸軟管水壓試驗記錄表

從外輸漂浮軟管水壓試驗可以看出，4種類型的漂浮軟管(首管、主管、舷管和尾管)臨時伸長率小于2.5%，永久伸長率小于0.7%，說明4種類型的外輸漂浮軟管抗內壓能力均滿足標準要求。

4 結論

隨著我國外輸漂浮軟管需求的不斷擴大，外輸漂浮軟管國產化研究必將成為我國海洋工程中的重點。外輸漂浮軟管具有重量輕、易敷設和便于回收等優點，但是國外外輸漂浮軟管高昂的價格和技術封鎖阻礙了外輸漂浮軟管在我國的研究和發展。

外輸漂浮軟管水壓試驗系統可為今后外輸漂浮軟管的研究提供支持。

[1] 趙 偉，呂英民.海上漂浮輸油軟管的強度計算[C]∥中國機械工程學會機械設計分會論文集，西安：西北工業大學，2002：424-426.

[2] 寧 可，黃榮華，趙 偉.海上浮式輸油軟管的優化設計[J].機電設備，2001(1):39-43.

[3] 鄭杰馨.海洋非粘結性柔性管設計和分析的驗證實驗研究[D].大連：大連理工大學，2010.