海洋石油平臺鋼絲繩適用標(biāo)準(zhǔn)分析

曹義威，張士超，陳小偉，吳奇兵

（中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300450）

0 引言

目前我國鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)體系中有基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和專用標(biāo)準(zhǔn)，但針對海上石油設(shè)備鋼絲繩尚未建立完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，致使海洋平臺鋼絲繩使用壽命短，頻繁發(fā)生事故[1-2]。因此對國家及行業(yè)間鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，并結(jié)合海洋平臺設(shè)備用鋼絲繩的使用工況篩選適用的規(guī)定。

鋼絲繩是海洋平臺起升裝置中的重要受力部件，主要用于起重機(jī)吊裝、鉆修機(jī)絞車、逃生裝置下放工況[2]，鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)的正確選擇關(guān)系到裝置的使用安全。現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中只有GB/T 37452—2019《海洋平臺起重機(jī)鋼絲繩選型方法》對海洋平臺起重機(jī)用鋼絲繩有一定的規(guī)定，但其以最小破斷拉力為主要選擇準(zhǔn)則，選型條件單一，同時未對其他用途鋼絲繩進(jìn)行選型規(guī)定。因此需要對鋼絲繩相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，根據(jù)實際工況細(xì)化海洋平臺鋼絲繩適用標(biāo)準(zhǔn)。

本文梳理出與海洋平臺鋼絲繩相關(guān)度較高的國標(biāo)和行標(biāo)，從鋼絲繩制作技術(shù)要求和制作材料等方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)對比分析，研究適用于在海洋平臺絞車、起重機(jī)及逃生裝置等設(shè)備上使用鋼絲繩的標(biāo)準(zhǔn)條款，以指導(dǎo)鋼絲繩的選擇、使用和維護(hù)。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

因沒有針對海洋平臺鋼絲繩選擇的專用標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)今在海洋平臺鋼絲繩選擇時會依據(jù)相關(guān)程度較高的多項標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍及采用頻率的高低，梳理出與海洋石油鋼絲繩相關(guān)的通用及專用標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)匯總表

2 鋼絲繩重要技術(shù)性能比較及分析

2.1 鋼絲繩基本技術(shù)要求對比

通過對以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，可以看出各標(biāo)準(zhǔn)對鋼絲繩的結(jié)構(gòu)類別、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和技術(shù)要求等方面的要求大致相同，但細(xì)節(jié)上還是有諸多差異，具體見表2。

表2 鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)基本技術(shù)要求條款對比

由表2 可知，鋼絲繩結(jié)構(gòu)型式均按照GB/T 8706—2017 進(jìn)行分類，典型結(jié)構(gòu)基本一致。另外，石油天然氣工業(yè)絞車用鋼絲繩可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6666—2017 的規(guī)定選擇鋼絲繩結(jié)構(gòu)和尺寸。其他用途鋼絲繩應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼絲繩結(jié)構(gòu)。

標(biāo)準(zhǔn)中鋼絲繩的強(qiáng)度范圍為1 570～2 160 MPa，只有GB 8918—2006 強(qiáng)度級差約為100 MPa，其他強(qiáng)度級差約為200 MPa。另外GB/T 34198—2017和SY/T 5170—2013最小鋼絲繩強(qiáng)度級別為1 770 MPa，表明起重機(jī)用和石油工業(yè)對鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度要求較高。

在鋼絲繩捻制時，捻向均為右交互捻、左交互捻、右同向捻和左同向捻等4 種，鋼絲繩的捻法應(yīng)由需方確定。另外標(biāo)準(zhǔn)都鋼絲繩應(yīng)捻制均勻、緊密和不松散，鋼絲繩內(nèi)鋼絲不應(yīng)有交錯、折彎和斷絲。GB/T 20118—2017 和GB 8918—2006 都規(guī)定同直徑鋼絲應(yīng)為同一公稱抗拉強(qiáng)度，不同直徑鋼絲允許采用相同或相鄰公稱抗拉強(qiáng)度，其他標(biāo)準(zhǔn)未對此做規(guī)定。對于捻距的要求，GB/T 20118—2017 規(guī)定同一條鋼絲繩中，捻距不應(yīng)有明顯差別。GB/T 34198—2017 規(guī)定圓股和壓實股鋼絲繩的捻距應(yīng)不大于鋼絲繩公稱直徑的7.5 倍。而SY/T 5170—2013對不同鋼絲繩結(jié)構(gòu)做出更加細(xì)致的規(guī)定。

對于鋼絲繩接頭的要求，GB/T 20118—-2017和SY/T 5170—2013 都規(guī)定了同一根股中鋼絲接頭的間距應(yīng)大于鋼絲繩直徑的18倍，直徑大于0.4 mm的應(yīng)用對焊連接，小于等于0.4 mm 可用插接和擰合連接。而GB 8918—2006 規(guī)定股同一次捻制中，各連接點在股內(nèi)的距離不得小于10 mm，其他標(biāo)準(zhǔn)對此未做規(guī)定。

對鋼絲繩公稱直徑偏差和不圓度的規(guī)定基本都與GB/T 20118—2017 一致。

2.2 制繩材料要求對比

國內(nèi)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對鋼絲繩制繩材料要求的比對結(jié)果見表3。

表3 鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)制繩材料條款對比

在鋼絲強(qiáng)度中，GB 8918—2006 鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度采用鋼絲抗拉強(qiáng)度的下限表示，對制造要求更加嚴(yán)格，GB/T 34198—2017 和 GB-T 37452—2019給出起重機(jī)用鋼絲繩更具體的鋼絲材料及強(qiáng)度范圍。

制繩鋼絲最小反復(fù)彎曲次數(shù)、最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)鋼絲繩的鍍鋅及強(qiáng)度給出詳細(xì)的次數(shù)表格，本文以A 級鍍鋅、公稱抗拉強(qiáng)度為1 570 MPa 的一類鋼絲繩為例給出規(guī)定次數(shù)，其他類別的鋼絲繩與此規(guī)律一致。可以看出制繩鋼絲最小反復(fù)彎曲次數(shù)及最小扭轉(zhuǎn)次數(shù)GB?T 34198—2017 要求最高。SY/T 5170—2013 中未考慮鋼絲彎曲次數(shù)。

國標(biāo)和行標(biāo)基本都將鋼絲繩芯分為鋼芯和纖維芯。其中，GB/T 34198—2017 規(guī)定纖維芯至少由3股捻制而成，纖維股芯應(yīng)由合成纖維組成。另外在海邊等腐蝕比較嚴(yán)重的環(huán)境下，纖維芯繩芯應(yīng)用劍麻纖維繩芯、合成纖維繩芯或符合纖維繩芯。GB/T 37452—2019 只規(guī)定海洋平臺起重機(jī)用鋼絲繩應(yīng)選用鋼芯。SY/T 5170—2013 規(guī)定直徑大于8.0 mm、用于單層股捻鋼絲繩的纖維繩芯可采用2 次捻制的方法生產(chǎn)。另規(guī)定直徑大于12.0 mm 的單層股捻鋼絲繩用鋼芯應(yīng)為獨立的鋼芯。

3 海上用鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)的選擇方法

通過對鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)的對比，可以看出各個標(biāo)準(zhǔn)對鋼絲繩規(guī)定的不同點和區(qū)別，在海洋石油平臺鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)選擇時，應(yīng)按照現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。

海洋平臺起重機(jī)用鋼絲繩選擇時，應(yīng)按照GB/T 34198—2017 和 GB/T 37452—2019 給出具體的規(guī)定進(jìn)行選擇。應(yīng)優(yōu)先采用線接觸型鋼絲繩，起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)和非平衡變幅機(jī)構(gòu)不應(yīng)使用接長的鋼絲繩。因海洋平臺起重機(jī)起升高度大，起重機(jī)宜采用阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩；海上作業(yè)環(huán)境惡劣，使鋼絲繩處于腐蝕性較大的環(huán)境中，需應(yīng)采用鍍鋅鋼絲繩。

海洋平臺絞車用鋼絲繩在結(jié)構(gòu)和尺寸上應(yīng)按照SY/T 6666—2017 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行選擇，絞車用鋼絲繩主要失效形式為磨損和疲勞[9]，應(yīng)采用耐磨性較高的平行組合捻結(jié)構(gòu)，直徑范圍為16～29 mm，類別為西魯瓦林吞型6×26、6×31、6×36 獨立鋼芯的鋼絲繩。其制鋼絲繩用鋼絲應(yīng)符合 SY/T 5170—2013 規(guī)定的鋼絲的直徑、拉力、扭轉(zhuǎn)及鍍層性能。

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系中沒有海洋平臺逃生艇用鋼絲繩的專用標(biāo)準(zhǔn)，在GB/T 11626—2009《船舶和海上技術(shù)—吊放式救生艇降放裝置》對逃生艇用鋼絲繩有簡單的規(guī)定，規(guī)定鋼絲繩應(yīng)抗銹蝕、防老化以及不受海水過度影響，可采用鍍鋅保護(hù)措施；吊艇索應(yīng)為防旋轉(zhuǎn)的纖維芯鍍鋅鋼絲繩，除非吊艇索防腐蝕，其直徑不小于10 mm；吊艇索應(yīng)有足夠的長度，能將艇從存放處降落至水面后，還在絞車卷筒上至少保留3 整圈[10]。因救生艇的使用對于人身安全有較大的影響，需要對鋼絲繩可靠性提出更的高要求，因此在選用逃生艇鋼絲繩時除按照 GB/T 11626—2009 的相關(guān)規(guī)定外，鋼絲繩應(yīng)達(dá)到GB 8918—2006 中規(guī)定的性能標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

本文對鋼絲繩相關(guān)的國標(biāo)和行標(biāo)的適用范圍、結(jié)構(gòu)類型及制繩材料等方面進(jìn)行了比較，明確了海洋平臺鋼絲繩相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別，研究表明：在海洋平臺鋼絲繩選用時應(yīng)以規(guī)定更加明確的條款為依據(jù)，并結(jié)合實際工況篩選出適用于海洋平臺鋼絲繩的標(biāo)準(zhǔn)和條款。