LNG核心模塊防冷飛濺油漆開裂致因分析

谷學準,張 敬

(1.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；2.中國石油大學(華東)，山東 青島 266520)

LNG核心模塊防冷飛濺油漆開裂致因分析

谷學準1,張 敬2

(1.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；2.中國石油大學(華東)，山東 青島 266520)

北極地區某涉外LNG核心工藝處理模塊項目總裝完成后，防冷飛濺保護區油漆開裂。文章利用海事分析電腦系統(SACS)模擬了防冷飛濺油漆區域結構在吊裝運輸過程中的變形，分析了防冷飛濺油漆區域結構的形變值，并與防冷飛濺保護區油漆材料性能中所給出的形變極限值進行了比較。通過比較分析，防冷飛濺油漆開裂與吊裝運輸相關性較小。

液化天然氣；海事分析電腦系統；油漆； 開裂

液化天然氣(LNG)是一種清潔、高效的能源，越來越受到青睞，很多國家都將LNG列為首選燃料，天然氣在能源供應中的比例也迅速增加。大型國際石油公司也紛紛將其新的利潤增長點轉向LNG業務。LNG處理終端主要由管廊模塊和核心工藝處理模塊構成，在此之前，核心工藝處理模塊尚無在國內建造的先例。

1 項目概述

亞馬爾液化天然氣(Yamal LNG)項目位于俄羅斯北極的亞馬爾半島，地處嚴寒。雖大面積被永凍層覆蓋，卻依托南塔姆別伊斯克凝析氣田，擁有著超級豐富的天然氣儲量，天然氣、凝析油地質儲量分別約為1.35萬億m3和6 600萬t[1]。由于亞馬爾項目是在北極的極端環境下實施，運輸大型設備，現場建造具有極大的困難，因此整個項目將由模塊組成，在世界其它地方建設完成后，運輸至項目目的地后安裝。

中海油旗下的海洋石油工程股份有限公司(海油工程)獲得第一個合同包，主要是針對LNG工廠的生產處理線，包括36個模塊，總質量26.1萬t。需噴涂防火漆達數萬平方米，由于防火漆價格昂貴，施工困難，如果出現開裂、起鼓等問題時，修復困難，額外增加高昂費用。本文以亞馬爾液化天然氣(Yamal LNG)項目中的114-PAU-002 模塊為例，分析了防冷飛濺油漆開裂的原因，并針對油漆開裂的原因，提出了相關的預防措施。

2 防冷飛濺油漆開裂現象及原因分析

2.1 開裂現象描述

114-PAU-002 模塊上,在設備114-V-013 安裝后發現大量肉眼可見的防冷飛濺油漆(Cold Spill Protection ，CSP )開裂。

CSP 涂層系統如表1所示，在整個涂層系統中CSP 最厚為26 mm。

表1 CSP 涂層系統表

經調查，CSP 在整個模塊上開裂分布如表2所示。

表2 CSP 涂層開裂分布表

其中，裂縫最多區域集中在EL+119.000 m位置，共計52 處，占到總體裂縫的50%，長度占到56.58%；開裂情況最嚴重的位于EL+131.700 m ，部分區域CSP 完全與底材分離，間隙約1.5 cm，如圖1所示。

圖1 CSP開裂現場檢測圖

2.2 原因分析

1)從切下的CSP 截面狀態、施工過程記錄、附著力試驗結果以及對比114-PAU-002 模塊CSP 現狀判定，開裂現象的發生不是由于CSP 本身施工質量問題導致的。

2)根據EL+131.700 m開裂的情況，CSP 已經與底材完全剝離，同時間隙最大處已有1.5 cm，

由此判斷，此處型材已發生變形，而CSP 不能完全隨結構的形變而變化，因此造成了嚴重開裂和剝離的狀態；同時設備(291.4 t)安裝之后才出現大量肉眼可見的開裂，也佐證了結構形變造成CSP 開裂這一情況的可能性。此外，從開裂位置和設備承重點位置以及開裂方向分析，開裂的主要成因很可能是因為設備安裝力的上下傳遞時并非是完全垂直的，而是成一定角度，從而對CSP 涂層形成剪切力，從而造成開裂。眾所周知，甲板片吊裝及設備安裝過程中，都會因施加載荷造成結構不同幅度的形變，而此過程中，CSP 能否完全隨結構的形變而變化，成為分析此次CSP 開裂原因的主要途徑。

3 SACS軟件模擬

SACS，即Seastate Analysis Computer System(海事分析電腦系統)的簡稱，是美國EDI公司(Engineering Dynamic INC.)的產品，是基于有限元技術的仿真平臺，是為海洋平臺提供結構分析的一套軟件，廣泛應用與海洋平臺結構設計和分析，功能強大。可進行靜力學分析、非線性塑性分析、動態分析以及海上安裝和運輸分析等。最早起源于航空航天技術及其程序代碼，現已發展成為當今海事結構設計分析中應用最廣泛的軟件系統，可作為從事海洋石油平臺及導管架結構分析的專業性軟件，廣泛應用于海洋平臺結構設計和分析，功能強大。可進行靜力學分析、非線性塑性分析、動態分析以及海上安裝和運輸分析[2-4]等。

根據LNG核心處理模塊結構特點，采用梁系剛架結構模擬LNG核心處理模塊，并建立整體模型。基于結構專業圖紙，根據LNG核心處理模塊主結構的特點，以LNG核心處理模塊幾何中心位置為SACS梁系模型中相應的坐標原點，在SACS中建立幾何模型框架體系。

本文利用SACS軟件模擬了114-PAU-002 模塊第5層甲板片在吊裝運輸過程中的變形。在設備安裝就位后以及吊裝運輸過程中甲板片各桿件變形均在CSP材料性能中所給出的形變極限值范圍內。

設備就位后以及吊裝運輸過程中各工況下，第5層各節點X、Y方向變形值可以得出變形較大桿件的伸長率，小于材料破裂時的伸長率(1.07% 和2%)，如表3所示。

表3 結構變形表

4 防開裂控制措施

防冷飛濺油漆開裂可根據施工方法，施工環境以及結構吊裝運輸優化進行控制。按照材料供應商指南并通過實驗選擇適宜的方法進行施工，具體施工順序為：表面處理，噴涂底漆，采用噴涂或饅涂的方式噴涂防冷飛濺油漆，如有必要安裝加強網。適宜的施工環境對防冷飛濺油漆的成功涂覆至關重要，因此，只有當周圍環境條件在以下參數范圍內，方可進行防冷飛濺油漆的涂覆：空氣溫度不低于10 ℃，相對濕度不高于85%，表面溫度至少高于露點溫度3 ℃。編制甲板片吊裝運輸方案時，對吊點位置進行優化，使甲板片變形盡量小，以達到控制防冷飛濺油漆的開裂。

5 結束語

利用SACS軟件模擬了防冷飛濺油漆區域結構在吊裝運輸過程中的變形，通過分析防冷飛濺油漆區域結構的形變值，并與CSP材料性能中所給出的形變極限值進行比較，可知CSP開裂與吊裝和運輸過程相關性較小。需通過施工方法，施工環境以及結構吊裝運輸優化等方面控制防冷飛濺油漆的開裂。

[1] 郭俊廣，夏春燕，余偉.亞馬爾LNG項目開辟中俄能源合作蹊徑[J].國際石油經濟,2014(10):48-52.

[2] 艾志久，王浚璞，李旭志，等.基于SACS的海洋固定平臺地震響應分析[J].中國海洋平臺, 2008,23(4):23-26.

[3] 王浚璞, 艾志久，李旭志，等.基于SACS的海洋平臺疲勞可靠性分析[J].石油礦場機械,2008,37(9):24-27.

[4] 梅華東，尹漢軍，王曉蕾，等.大型組塊安裝設計技術[J].中國海洋平臺, 2013,28(1):12-17.

Cold spill protection paint crack after erecting of a foreign Liquefied Natural Gas(LNG)，core module in the Arctic region. This paper using SACS software analyzed the transmutation of the structure members in the cold spill protection paint area during hoisting and transportation.Compared the simulation results with cold spill protection paint deformation limit. It is found that there is little correlation between cold spill protection paint cracking and the structure hoisting and transportation.

LNG; SCAS; paint; crack

谷學準(1981-)，男，山東陽谷人，工程師,碩士，主要從事海洋工程加工設計工作;張敬(1983-)，女，山東陽谷人，講師，博士，主要從事海洋結構物研究工作。

TE94

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.03.013

2017-01-20