特制加强法兰在海管连接中的应用

刘贞飞， 高 原， 陈晓明， 柳 宇， 王迪祥， 宋春娜

(深圳海油工程水下技术有限公司， 广东 深圳 518067)



特制加强法兰在海管连接中的应用

刘贞飞， 高 原， 陈晓明， 柳 宇， 王迪祥， 宋春娜

(深圳海油工程水下技术有限公司， 广东 深圳 518067)

该文介绍了一种特制加强法兰的结构特点，结合南海陆丰7-2油田安装膨胀弯作业时对该类型法兰的应用，阐述了特制加强法兰的安装技术，以及使用液压拉伸器与扭矩扳手的紧固技术。特制加强法兰在陆丰7-2油田海管连接中的成功应用，证明其在安装特性、密封性能和紧固性能方面的优势，为安装膨胀弯工艺设计和法兰选型提供了创新依据。

膨胀弯；特制加强法兰；饱和潜水系统；液压紧固

0 引言

海上桩基式钻井平台开采的石油或天然气通过立管输送到海底管道中，然后输送至FPSO(浮式生产储油轮)或者陆地终端。平台立管与海底膨胀弯之间，以及膨胀弯与海底管道之间都通过法兰连接。法兰设计工艺和性能直接影响到海管密闭性，法兰优良的性能和规范的安装工艺是确保海管试压成功并长期服役的关键。

1 特制加强法兰应用背景

2013年南海陆丰7-2油田安装膨胀弯作业内容包括：在陆丰13-2平台和海底管道之间安装3段膨胀弯；在陆丰7-2平台和海底管道之间安装3段膨胀弯(如图1所示)。除了陆丰13-2平台立管和第一段膨胀弯之间通过特制加强法兰连接，其他各部分海管之间都通过常规的ANSI法兰连接，膨胀弯法兰技术参数见表1。

图1 陆丰13-2和陆丰7-2平台之间海管

表1 陆丰13-2和陆丰7-2平台膨胀弯法兰技术参数

膨胀弯位置法兰位置类型直径厚度磅级材质圈类型螺栓螺母数量直径长度对边尺寸陆丰13 2～陆丰7 2@陆丰13 2立管侧#1膨胀弯侧#1膨胀弯侧#2膨胀弯侧#2膨胀弯侧#3膨胀弯侧#3膨胀弯侧平管侧ANSIWN12．75＂2．64＂600#ASTMA694F70SpecialdesignedWN12．75＂3．54＂900#ASTMA694F70SplitFlange12．75＂5．81＂-ASTMA694F70ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70MAFSW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70R57R58R58R582020+1016161611/4＂27＂2＂11/4＂21＂1．375＂11/4＂10＂1．375＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂陆丰13 2～陆丰7 2@陆丰7 2平管侧ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#4膨胀弯侧MAFSW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#4膨胀弯侧ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#5膨胀弯侧ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#5膨胀弯侧ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70#6膨胀弯侧ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70#6膨胀弯侧ANSISW12．75＂7．88＂1500#ASTMA694F70立管侧ANSIWN12．75＂4．88＂1500#ASTMA694F70R58R58R58R58161616162＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂2＂24．5＂3．125＂

注：WN法兰：焊颈法兰(Welding Neck Flange)； SW法兰：旋转法兰(Swivel Flange)； MAF SW法兰：旋转球法兰(Misalignment Swivel Flange)。

陆丰7-2油田15 km新铺设海管是双层管，内管323.9 mmO.D.×17.5 W.T.，外管457.0 O.D.x×14.3W.T.。除陆丰13-2平台第一段膨胀弯和平台立管之间采用600磅级法兰连接，其他全部为1 500磅级膨胀弯法兰。经过计算分析，为确保法兰密闭性和安装紧固性要求，将陆丰13-2平台第一段膨胀弯法兰(立管侧)设计为特制加强法兰。

2 特制加强法兰结构组成

该特制加强法兰生产厂家为美国QCS公司(Quality Connector Systems, LLC)，由特制焊颈法兰和拼合法兰两部分组成，图2、图3分别为拼合法兰，特制加强法兰示意图，配件组成及安装工具表2、表3。

图2 拼合法兰

图3 特制加强法兰

表2 特制加强法兰配件组成

序号名称规格数量备注1特制焊颈法兰直径12．75＂，厚度2．64＂，磅级600#1内圈20个螺栓孔用于连接＂立管法兰&拼合法兰＂。外圈10个螺栓孔用于连接拼合法兰。2拼合法兰直径12．75＂，厚度3．54＂，磅级600#1内圈20个螺栓孔用于连接＂立管法兰&特制焊颈法兰＂。外圈一共20个螺栓孔：其中10个螺栓孔不带螺纹，用于连接特制加强法兰；另外10个螺栓孔带有内螺纹，用于安装六角头螺栓。3螺栓(全螺纹)直径1．25＂×长21＂30带双螺母，其中20根安装在内圈螺栓孔，10根安装在外圈螺栓孔。4六角头螺栓直径1．25＂×长10＂10带一个止动螺母，六角头螺栓起限位作用，只穿透拼合法兰，不穿透特制焊颈法兰。5垫圈R571

表3 安装特制加强法兰的工具

工程应用中，将拼合法兰包裹在立管法兰外围，将特制焊接法兰与立管法兰组对连接。用20根直径1.25″×长21″的螺栓穿过“特制焊颈法兰、立管法兰、拼合法兰”内圈螺栓孔，并液压紧固。用10根直径1.25″×长10″的六角头螺栓只穿透拼合法兰，不穿透特制焊颈法兰。最后用直径10根直径1.25″×长21″的螺栓穿过“特制焊颈法兰、拼合法兰”外圈螺栓孔，并液压紧固，从而达到加强紧固的效果。

3 特制加强法兰安装步骤

油田现场由主作业船(动力定位船)携带饱和潜水系统作业，安装膨胀弯。

(1) 主作业船甲板上，在拼合法兰外圈螺栓孔内安装10根六角头螺栓。主作业船吊机下放拼合法兰到水下，潜水员将拼合法兰包裹在立管法兰外围。

(2) 主作业船吊机下放陆丰13-2第一段膨胀弯到水下，潜水员在膨胀弯上安装浮袋，为浮袋充气，使膨胀弯达到悬浮状态，潜水员拖拉膨胀弯与立管法兰对接，在立管法兰和膨胀弯特制焊颈法兰之间的垫圈槽内放置垫圈。在“拼合法兰、立管法兰、特制焊颈法兰”内圈螺栓孔内穿入20根直径1.25″×长21″的螺栓。注意使膨胀弯侧露出的螺栓长度足够长，以便在该侧螺栓上安装液压拉伸器。

(3) 采用50%液压拉伸方式液压紧固内圈20根直径1.25″×长21″的螺栓。

1) 将液压拉伸器相间隔安装到其中10根直径1.25″×长21″的螺栓上；

2) 第一次加压至1 000 psi，测试液压管线是否有泄漏，第二次加压至12333psi，第三次加压至18 500 psi，第四次加压至18 500 psi，第五次加压至18 500 psi；

3) 拆卸液压拉伸器，将其相间隔安装到剩余10根直径1.25″×长21″的螺栓上；

4) 第一次加压至1 000 psi，测试液压管线是否有泄漏，第二次加压至9 667 psi，第三次加压至14 500 psi，第四次加压至14 500 psi，第五次加压至14 500 psi。

(4) 在立管侧使用扭矩扳手紧固10根直径1.25″×长10″六角头螺栓。采用对边交互紧固的方式，即按照法兰盘上12钟点/6钟点，9钟点/3钟点，10钟点/4钟点、7钟点/1钟点、8钟点/2钟点的次序，紧固10根六角头螺栓。先后紧固两次，扭矩值分别为：125磅·英尺和250磅·英尺。并将止动螺母锁紧，确保拼合法兰和特制焊颈法兰之间间隙在法兰盘上各个钟点位置均匀分布。

(5) 在“拼合法兰、特制焊颈法兰”外圈10个螺栓孔内安装10根直径1.25″×长21″的螺栓。注意使膨胀弯侧露出的螺栓长度足够长，以便在该侧螺栓上安装液压拉伸器。

(6) 采用50%液压拉伸方式液压紧固外圈10根直径1.25″×长21″的螺栓。

1) 将液压拉伸器相间隔安装到其中5根直径1.25″×长21″的螺栓上；

2) 第一次加压至1 000 psi，测试液压管线是否泄漏，第二次加压至8 167 psi，第三次加压至12 250 psi，第四次加压至12 250 psi，第五次加压至12 250 psi；

3) 拆卸液压拉伸器，将其相间隔安装到剩余5根直径1.25″×长21″的螺栓上；

4) 第一次加压至1 000 psi，测试液压管线是否泄漏，第二次加压至5500psi，第三次加压至8 250 psi，第四次加压至8 250 psi，第五次加压至8 250 psi。

4 海管试压

完成安装全部膨胀弯后，潜水员用保鲜膜包裹法兰。平台上向海管内注入淡水及染色剂，向海管内加压，查看压强变化，依据相关规范检测海管密闭性是否满足设计要求，同时潜水员观察法兰位置是否有染色剂流出。如果检测发现法兰泄露，则须拆卸法兰重新安装。

陆丰13-2和陆丰7-2平台之间完成海管连接后，海管试压结果符合设计要求，证明了特制加强法兰良好的使用效果。

5 结论

(1)在对法兰密闭性和强度提出更高要求的情况下，特制加强法兰在密封设计和紧固性能等方面比传统的ANSI/API法兰具有更大的优势。特制加强法兰在陆丰7-2油田海管连接中的成功应用，为海管安装工艺设计以及法兰选型提供了创新依据。

(2)根据法兰规格参数编制液压紧固程序，选用对应型号的液压拉伸器及扭矩扳手，按照法兰使用手册指导步骤，紧固特制加强法兰，是其安装过程中的核心技术。

[1] OCS法兰公司. Reinforcement Flange法兰使用手册[S]. 2013.

[2] 吴凤和. 液压拉伸器的使用与维护[J]. 机床与液压， 2002, 30(2):158.

Apply Reinforcement Flange to Connect Pipeline

LIU Zhen-fei， GAO Yuan， CHEN Xiao-ming， LIU Yu，WANG Di-xiang， SONG Chun-na

(COOEC Subsea Technology Co., Ltd, Guangdong Shenzhen 518067, China)

Structure and feature of reinforcement flange are introduced in the thesis, together with application of reinforcement flange in spool piece installation. This thesis expatiates technique of aligning and installing reinforcement flange, and hydraulicly tighten flange by hydraulic tensioner. Successful application in Lu Feng Oil Field testified the merit of reinforcement flange in sealing technology, installing characteristic and designing benefit. It provides successful case in choosing appropriate type of flange in marine engineering when install spool piece.

spool piece; reinforcement flange; saturation diving system; hydraulicly tighten flange

2014-09-22

刘贞飞(1980-)，男，工程师。

1001-4500(2015)03-0077-04

P75

A