淺析海上采油平臺吊機鋼絲繩損傷與治理

曹天兵 翟海剛 譚春楠 鄂曈曈

摘要：吊機作為海上采油平臺的重要設備，而鋼絲繩作為吊機的核心部件，又是重中之重，鋼絲繩的損傷或破斷而引發的重大事故時有發生。

關鍵字：吊機鋼絲繩;損傷;治理;案例分享

一、 項目背景

某油氣田平臺調試投產以來，存在吊機鋼絲繩斷絲、卷筒排繩磨繩、咬繩現象，為此不到兩年時間更換4根條鋼絲繩。平臺維修團隊分析吊機鋼絲繩損傷的各種原因和防治方法，進行總結整理，系統的提煉出一套可行性較高的維保措施，確保吊機穩定運轉。

二、 技術簡介

1、鋼絲繩損傷的類型

海上吊機鋼絲繩在使用過程中的損傷主要分為斷絲、磨損、咬繩、疲勞、過載、變形、銹蝕等七大類。

2、鋼絲繩損傷的防治與管理

鋼絲繩的失效過程是從鋼絲表面開始的，磨損發生在鋼絲表面，銹蝕也從鋼絲表面開始，疲勞微裂紋在鋼絲表面或次表面萌生然后向內逐步擴展至鋼絲斷裂，因此，延長鋼絲繩使用壽命的技術措施，必須能夠抑制鋼絲表面微動磨損損傷，防止腐蝕，減緩疲勞微裂紋的萌生與擴展。所有針對延長使用壽命的技術措施均需以此為原則制定與實施。

根據采油平臺的維修條件，降低鋼絲繩損傷具有一定操作性的治理方式：

（1）通過潤滑降低摩擦因數

（2）消除卷筒對鋼絲繩外部因素導致的磨損，可以從如下幾方面入手：

① 入繩角是否合理。

② 第一層鋼絲繩的卷繞的預緊力是否合理。

③ 滾筒從死繩端引導進滾筒后的彎度設計是否合理。

④ 在滾筒壁焊接擋繩塊以消除咬繩、磨繩等鋼絲繩排列問題。

⑤ 調整爬升塊（引導臺）。

⑥ 鋼絲繩捻向與卷筒旋向的對應關系。

⑦ 此外一些先天因素導致的卷筒對鋼絲繩磨損。

（3）消除滑輪對鋼絲繩的影響可以從如下幾方面入手：

① 選取合適材質硬度的滑輪。滑輪硬度與鋼絲繩硬度選用合適，可以增加兩者使用壽命。

② 滑輪與鋼絲繩D/d比對滑輪磨損的影響。鋼絲繩與滑輪的接觸弧長，進出繩間的夾角，它們又與D/d相關，D/d越大，法向載荷越小。故選用大比值D/d比的滑輪能有效降低繩槽槽底法向載荷，從而減少滑輪磨損。

③ 鋼絲繩與滑輪匹配度。檢查鋼絲繩是否與滑輪的凹槽匹配，正確的凹槽直徑應該為1.05×d，最優的凹槽直徑為：1.06-1.08×d。

④ 潤滑。定期做好滑輪軸承的注油潤滑，不要遺漏，越是難于維保，越是安全的薄弱點，尤其是高處難于維保的滑輪組。檢查滑輪是否可以正常轉動，軸承潤滑脂是否充足，品質良好，滑輪與鋼絲繩接觸的地方是否有多余的磨痕等。

⑤ 擋繩裝置是否安裝合適。滑輪裝置上如果沒有設置防跳繩裝置或防跳繩裝置與滑輪之間的間隙過大，超過鋼絲繩直徑的20%或防跳繩裝置剛度不能滿足使用要求，鋼絲繩會跳繩引起損傷。

3、案例分享——卷筒與滑輪對中不好造成鋼絲繩排繩咬繩現象

某平臺電動吊機吊臂變幅采用卷筒鋼絲繩連接的結構形式，平臺投產一年以來，先后更換過三次變幅鋼絲繩，期間曾出現過滾筒二層鋼絲繩擠壓斷絲、二層鋼絲繩磨損嚴重等現象，第三次換繩后出現的咬繩現象。該現象具體表現為變幅卷筒盤繩最多時，共有鋼絲繩三層，起升吊臂使變幅卷筒盤繞的鋼絲繩從第二層變至第三層時，出現“嘎嘎嘎”的嚴重咬繩現象。該現象若不解決，將極大縮短鋼絲繩的使用壽命。對此現象曾采用滾筒壁增加擋繩塊、在滾筒槽邊緣第一槽增加爬繩塊等方式，現象有所減輕，但并沒有從根本上得以解決。最終從調整入繩角，以及卷筒對中的方向入手，將鋼絲繩排繩問題徹底解決。

（1）入繩角的測量

當測量出滑輪出繩點到滾筒的中線垂直高度H和滑輪中心線到滾筒兩側內壁的距離a/b，即可計算出滾筒鋼絲繩的入繩角α/β，即 或 。

吊墜下方重錘不要有任何阻擋，使其自然下落，當吊墜穩定后的位置，及為上方定滑輪與下方變幅滾筒的相對垂直位置。通過測量吊墜下落的高度加上吊墜到滾筒中心線的垂直高度，現場測量為H=8240mm。

測量吊墜中心到滾筒內壁兩側的距離，即可得出圖16所示的a/b，現場測量為a=225mm，b=205mm。

（2）角度計算

根據入繩角測量中所列公式用計算器計算得出

=1.564° ? ? ? ? ?=1.425°

（3）測量結果分析

經過測量和計算，可以明顯看出α>β，實際測量的a/b兩邊距離也是a>b，即滾筒安裝的位置相對上部定滑輪中心偏左，約20mm（a=225mm;b=205mm）。咬繩現象出現的位置也是緊貼右側滾筒壁，即鋼絲繩二層變至三層時發生，說明滾筒靠左20mm后，右側滾筒壁對鋼絲繩盤繞時有向左的擠壓作用，故判斷滾筒向左偏離的20mm是造成咬繩現象出現的根本原因。若整改需將滾筒向右平移10mm，使滾筒與定滑輪中心線對中。同時，α>1.5°，對于雙折線卷筒結構，入繩角最好要滿足小于1.5°。

（4）現場整改。通過現場調研以及施工方案的制定，最終方案是將變幅卷筒向右平移10mm，使卷筒與上方定滑輪中心線對中，具體是通過擴大卷筒地腳螺栓，并增加側向頂絲固定的方式。

（5）再次確認卷筒對中情況。經過調整地腳孔重新定位的卷筒，再測量吊墜中心到滾筒內壁兩側的距離，現場測量a/b兩邊距離均為215mm，通過公式計算入繩角也達到了1.49°，小于雙折線卷筒使用條件要求的1.5°。

（6）起車試運行。經過吊臂反復升降以及吊物測試，通過卷筒的對中調整，原有嚴重的咬繩現象已徹底消除，鋼絲繩可以順利的沿著卷筒繩槽以及繩間進行順利排繩。

海上采油平臺吊機鋼絲繩磨損的治理更多的是依靠廣大維修人員的努力付出，通過該論文的總結歸納，本人希望在鋼絲繩磨損與治理方面能夠對辛勤付出的海油工人以及一線維修人員起到些許幫到，將因鋼絲繩損傷給起重作業造成的危險降到最低，讓我們可以安全可靠、降本增效的完成生產任務。

參考文獻：

[1] 徐政峰. 《海洋工程大型起重設備及其關鍵技術研究》.華東科技.2017年.全國船用機械標準化技術委員會.海洋平臺起重機卷筒設計方法.GB/T 37442-2019

曹天兵：1989.12、男、漢、遼寧省、工程師、本科、機械

翟海剛：1979.9、男、漢、河南省、工程師、本科、機械

譚春楠：1988.11、男、漢、天津市、助理工程師、專科、機械

鄂瞳瞳：1987.3、男、滿族、遼寧省、助理工程師、本科、機械