浅谈大口径长输管道下沟技术1

论文题目：浅谈大口径长输管道下沟技术作者：李守国工作单位：江苏石油勘探局油田建设处（江苏省江都市邵伯镇225261中国）收稿日期：2010-03-05基金项目：中石化阿尔及利亚水管道项目作者简介：第一作者：李守国（1972.3）；男；1992年7月毕业于胜利石油学校油田地面设备安装专业；工程师；专科；当下在建中石化阿尔及利亚水管道项目；研究方向：管道项目工艺安装工程。通讯地址：江苏省扬州市文昌中路名都华庭12幢906室（225000）联系人姓名电话：李守国（13773524510）E-mai：[e-mail]号码：356564277浅谈大口径长输管道下沟技术——记阿尔及利亚水管道项目李守国江苏石油勘探局油田建设处（江苏省江都市邵伯镇225261中国）摘要：阿尔及利亚沙漠水管线管道项目采用X70钢，直径为1200mm、1000mm、900mm、800mm、700mm，设计压力3.2MPa、2.0MPa、1.5MPa。中国石油化工集团首次在国外从事如此大的管道项目，承揽了其中2个标段共840km的施工任务，施工中采用了滚轮吊篮下沟技术，取得了较好的效果。本文着重对DN1200mm管道滚轮吊篮下沟时管道的弹性弯曲位移、沿线各吊管机承受的载荷分布以及滚轮对3PE防腐层的影响等进行了计算分析，结合实际情况给出了70t、90t吊管机的多种配置方案，为直径1219mm管道的施工提供依据。关键词：大口径管道滚轮吊篮下沟吊管机配置阿尔及利亚沙漠水管线项目其中直径为1219mm(48in)、壁厚17.2mm的X70钢管，外防腐采用3PE。中国石油化工集团江苏油建承担了128.6km施工任务，是首次从事直径为1219mm管道的施工。1.D1219mm管道的下沟计算分析管道钢级为API-5LX70，管径D=1219mm，厚度δ=17.2mm，3PE用量按50kg/m计，屈服强度σs=485MPa，弹性模量E=2.1×105MPa，下沟时管道内部压力P=0.104MPa，钢管单位长度重量q=5.6kN/m。1.1管道曲率半径ρ的计算ρ=E×D/{2×[0.54×σs-P×D/(4×δ)]}=49217.99cm，曲率半径取ρ=495m。1.2弯曲应力σp的计算在下沟过程中，弯曲应力σp应低于许用应力[σ]许用应力取0.72倍的钢管屈服强度，为349.2MPa，σp=±E×D／ρ=260MPa[σ]。1.3管道弹性弯曲长度与高度的关系取管道抬起距地面高度为H，忽略次要因素，下沟管道前端按照一段内凹圆弧和一段外凸圆弧考虑；管沟深度为h，则管道最高点（指单台吊管机作用时，管道起吊的最大高度）与管底距离为H+h；下沟管道后端也按照一段内凹圆弧和一段外凸圆弧考虑；圆弧半径按照曲率半径考虑，R=495m，管道弹性弯曲长度与高度见图1。LL1地面沟底H/2495m495m管道最高点Hh495m495m图1管道弹性弯曲长度与高度示意根据圆弧的计算式R²=(R-H/2)²+(L/2)²，得L=。H与L关系的计算结果列于表1。表1H与L关系的计算结果抬吊高度H/m11.31.522.533.53.744.5弯曲长度L/m44.4950.7254.4862.9070.3177.0183.1785.5188.9094.29根据现场实际情况，当管道最高点距地面1.5m时，从地面前端着地点到最高点的管道长度为5根钢管，L约57~60m，从沟下后端着地点到最高点的管道长度为7根钢管，L1约80~85m，与表l的计算结果大体吻合。1.4滚轮吊篮下沟时吊管机的载荷分布管沟深度为2.2m。假定起吊最高点与地面距离为1.5m，使管道支离地面的土堆高度为0.2m，地势状况好，由3台90t和1台70t吊管机组成滚轮下沟机组，吊管机分布见图2。15m15m15m54.48m85.51m90t70t90t90t最高点T1T2T3T4地面及管道沟底及管道3.7m1.5mHH+h495m495m495m495m第1台放置在最高点的前端5m位置，为90t吊管机，吊钩到履带边缘的距离为2.0m。第2台放置在最高点的后面10m位置，为70t吊管机，吊钩到履带边缘的距离为2.5m。第3台放置在第2台的后面15m位置，为90t吊管机．吊钩到履带边缘的距离为3.0m。第4台放置在第3台的后面15m位置，为90t吊管机，吊钩到履带边缘的距离为3.5m。钢管单位长度的重量为5.6kN/m，最高点前端钢管的重量(因土堆高度为0.2m，相对抬吊高度为1.3m，根据表1，前端钢管长度取50.72m)G1=50.72m×5.6kN/m=284kN，最高点后端钢管的重量G2=85.51m×5.6kN/m=478.9kN。最高点前端的钢管重量（忽略滚轮吊篮重量）全部由第1台吊管机承担，后端的载荷全部由第2、3、4台吊管机承担，安全系数均取1.3，则T1=369kN；T2+T3+T4=623kN。1.5吊管机的起吊能力通常吊管机载重支持轮外侧到管沟边的距离是2m。国产泰安70t和90t吊管机行走及静止状态起吊能力分别见表2、表3。表270t和90t吊管机行走状态起吊能力/kN吊管机载重轮外侧到吊钩中心的距离/m22.533.544.5DJY70361285233196170149DJY90392308252210182168表370t和90t吊管机静止状态起吊能力/kN吊管机载重轮外侧到吊钩中心的距离/m22.533.544.5DJY70425335274231200175DJY90560440360300260240采用3台90t和1台70t吊管机下沟能力分析见表4，可知本配置是可以满足下沟要求的。表43台90t和1台70t吊管机下沟能力分析计算载荷载重轮外侧到吊钩中心的距离/m行走状态起吊能力/kN类型T1=369kN2.0392＞T1DJY90T2+T3+T4=623kN2.5285747＞T2+T3+T4DJY703.0252DJY903.5210DJY902.吊篮滚轮对外防腐层的影响吊管机最大承载能力Tmax=392kN，与管道接触的滚轮数量n=5×2=10，滚轮与防腐层的滑动摩擦系数μ=0.1，滚轮与防腐层接触面积S=0.20m×0.02m=0.004m²，在滑动状态下3PE防腐层最小的屈服强度σ3PE=19MPa。滚轮吊篮结构见图3，受力分析见图4。钢管钢丝绳滚轮吊篮架图3滚轮吊篮结构示意TmaxNNRFFf图3滚轮吊篮受力分析滚轮对防腐层的压力：由2N×cos60°+2N×cos30°+N=Tmax／2可得N=Tmax／(4+2≈52.52kN滚轮与防腐层间的滑动摩擦力：Ff=μ×N=0.1×52.52kN=5.252kN。滚轮对防腐层的总压应力：σ48=RF/S==13.2MPaσ3PE=19MPa。从理论计算和实际使用效果看，滚轮对防腐层无伤害。3.吊管机配置及实际使用情况3.1吊管机型号在阿尔及利亚沙漠水管线项目中，使用的70t吊管机有国产泰安DJY70一种型号，使用的90t吊管机有国产泰安DJY90、卡特587T。3.2吊管机现场使用配置(1)第一种下沟机组配置：采用吊带，2台70t和2台90t吊管机下沟，现场地形宽敞平坦且不塌方，但下沟速度慢，每个台班（10h）在0.6~0.8km。(2)第二种下沟机组配置：采用菲茨滚轮吊篮，3台90t、1台70t吊管机下沟。从地上前端到沟下后端，吊管机布置为：90t、70t、90t、90t，每台间距12~15m，现场地形平坦，管沟不塌方，下沟速度每个台班在2km左右。(3)第三种下沟机组配置：采用菲茨漆轮吊篮，3台90t、2台70t吊管机下沟。从地上前端到沟下后端，吊管机布置为：90t、70t、70l、90t、90t，每台间距12~15m，现场地形平坦或浅丘，管沟不塌方。下沟速度每个台班在3km左右。(4)第四种下沟机组配置：采用菲茨滚轮吊篮，4台90t吊管机下沟。每台间距12～15m，现场地形较为平坦或中等丘陵，管沟塌方不严重。下沟速度每个台班在4km左右。(5)第五种下沟机组配置：采用菲茨滚轮吊篮，5台90t吊管机下沟，前2台间距12~15m，第2台与第3台间距在20~30m．后2台间距12~15m，现场地形基本不受限制，管沟塌方不严重，下沟速度每个台班在5~7km。4.结束语(1)直径为1219mm的管道采用滚轮吊篮下沟对防腐层无影响。(2)滚轮吊篮下沟至少要采用3台90t吊管机和2台70t吊管机，采用5台90t吊管机下沟速度最快。