钻井平台Tube管优化设计

时英翠，田学贵

（烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东烟台 264000）

钻井平台Tube管优化设计

时英翠，田学贵

（烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东烟台 264000）

钻井平台D90-Alfa是中集来福士为挪威D90深水公司建造的第七代钻井平台，是海工界先进产品的代表。Tube管是建造过程中施工最晚的管路部分，在船上的分布位置广、涉及区域多，其设计的合理性决定着施工的效率，制约着管路系统完整性的进度。文章通过该钻井平台的Tube管设计进行分析，总结出其设计过程的优点，为今后Tube管的设计提供参考。

钻井平台；Tube管；管路系统；优化设计

0 引言

钻井平台D90-Alfa的Tube管总长度超过50 000 m，主要集中在摇控阀、防火风闸、仪表空气、水雾、液压等系统，如果没有详细的模型设计而仅靠现场敷设是很难完成的。在保证Tube管的设计质量、施工进度的前提下，探索创新，制定出更加合理的方案来解决Tube管的安装难题，已成为生产设计中一项亟待解决的工作[1]。

1 Tube管的选取

Tube管的管径在基础设计和详细设计阶段都已确定，但这不一定是最终的数据，还有待模型设计或现场敷设时，根据实际情况予以调整。在模型设计阶段需要重点考虑以下信息：

1）整体考虑规格书中Tube管的类型，分析各自特点，择优选取。

（1）多芯管：中间无需连接件，可以消除管件的跑、冒、滴、漏等隐患，保证船舶及海工平台的正常安全运行[2]，但要求较大弯曲半径，常用于布置长距离管束，如液压遥控阀系统等；

（2）Tube盘管：中间无需连接件，但往往因为现场整形不佳而影响观感；

（3）普通Tube管：弯制、安装灵活，应用广泛，但因采用过多的连接件，存在泄露风险。可以通过不同区域、不同系统的特点，选择合适的连接件，以减少潜在泄露点的数量，从而降低整个管路系统的泄露风险[3]。

2）不同系统、不同介质的Tube管集中布置时，可根据介质的性质和作用，做适当调整。在调整管径时，需要注意系统压力值、管路弯曲半径及支撑型式等，以满足系统功能和整体外观的要求。

（1）单根管的布置距离较大时，需要根据气源性质、压力大小确定管径是否变化。例如：P&ID图纸中气动泵的动力管径是φ15 mm，但距气源主管较远，为防止气动泵运行时气源压力的大幅度降低和流速的不足，需要对其管径适当加大，而后在泵前加变径变回原来尺寸。表1是DIN2391[4]Tube管的压力、弯模等信息。

表1 DIN 2391 Tube管

（2）对于带压工作、掉压失效的阀门等，其管径大小可以根据模型布置美观的需要适当调整，以便组成双联或多联支撑型式。单独走管时可根据阀门的接口确定，以减少阀前的变径。

（3）由于铜管的价格较高，民用船一般只在空调、冷库、仪表等方面小范围使用。因材质较软，很难保证弯管后的圆度，模型设计时应适当加大其弯曲半径。具体可参考表2[5]。

2 支撑的选取

常用的支撑有Tc管夹、Qc管夹、包覆扎带等型式。

表2 船用铜管

1）Tc管夹有重型、轻型之分，海工产品一般采用重型管夹。管夹又有单联、双联、单层、双层等型式，见图1和表3。

表3 重型管夹尺寸

利用Tube管选取的方法，尽量选取多支管径相同的管集中布置成多联或双层，以简化支撑。

此外，从表3中可以看出OD6～OD18的方形管夹外观尺寸相同。在空间允许的情况下，2支不同管径的Tube管可以上下分层布置，解决方法只需施工人员调整双层管夹中的一个管夹，在模型设计时可以充分利用这一特点。

2）利用QC管夹可以最大化地集中布置同管径的Tube管，但长距离走管时卡套连接困难，单层管可以通过“过桥法”安装连接卡套。仪表房或洁净区域小范围集中布管时可以采用这种方法，如图2所示。

3）扎带型式支撑类似于多芯管的支撑，单支或多支Tube管沿托架或扁钢条敷设，每隔300 mm用包覆扎带紧固扎牢。优点是管子布置集中，管径不受限制。这种方式适合机械区集中布管，减少占用空间，如图3所示。

3 卡套的选取

1）生活区的水雾、冷热水等Tube管往往布置在舾装板内。前期项目采用挤压式卡套，平台正常作业时因震动等原因使压紧螺母松脱，造成管路在舾装板内泄漏，给检修带来困难，已有船东反馈此类案例。

在新项目上，生活区的Tube管采用免维修的压紧式卡套或咬合式卡套。这两种卡套都需要使用专业的液压钳进行安装，避免了人为因素的影响。对于低压管路系统，如冷热水等，可以采用压紧式卡套[6]，对于水雾等高压管路系统，可以采用咬合式卡套[7]。

压紧式卡套起密封作用的是内部的O型圈，其具有CE饮用水安全证书。咬合式卡套利用卡套内圈的钢齿环咬合Tube管壁密封，其内部结构和安装型式见图4和图5。

2）在Tube管敷设到设备附近时，往往因空间、观感等原因需要加一些非常规卡套，如90°端直通卡套、直角卡套、45°卡套、内螺纹卡套、四通卡套等。这类卡套的使用效果好，但由于需求数量少，采购周期长，需要在模型设计时完善详细节点，确定卡套的种类及数量，及时采购。特殊卡套的利用效果见图6。

4 结论

钻井平台的Tube管是管路系统中比较重要的一部分，其设计和施工的质量直接影响到管路系统的安全运行。在设计阶段时，可以根据不同的需要，选择合适的管材、支撑和连接件，以简化设计，降低施工难度。

管材方面应多选用多芯管、整卷Tube管，以减少连接件的使用数量。在支撑方面，尽量选择扎带式支撑、多联管夹，以降低舾装焊接工作量。而在连接件方面，多采用免维护的压紧式、咬合式卡套，以降低跑、冒、滴、漏等隐患。模型设计时还应遵循人性化、稳定性和安全性的设计原则，为业主的操作和使用提供方便。

[1] 胡瑾华, 陈维, 史其麒, 等. 深水平台仪表管建模技术开发及应用[C]// 2014年第三届中国海洋工程学术年会论文集, 2014.

[2] 叶红城, 杨艳, 杨泳东. 308 000 DWT VLCC多芯管布置安装的优化设计[J]. 广东造船, 2009, 28(4): 39-42.

[3] 陈丕智, 徐本川, 刘忠林, 等. 船舶管路设计中连接件和多芯管的应用[J]. 船海工程, 2013, 42(5): 190-193.

[4] DIN. 具有特殊精度的精密无缝钢管: DIN 2391-1-1994[S]. 1994.

[5] 中华人民共和国船舶行业标准. 船用铜管简选系列: CB/T 3926-2011[S]. 2011.

[6] 衡波志, 冷小磊. 卡套式接头性能分析[J]. 机械制造与自动化, 2016 (4): 28-29.

[7] 刘敬. 卡套连接管道技术引领全球管道趋势[J]. 给水排水动态, 2006 (3): 10-11.

Optimization Design of Tube Pipes on Drilling Rig

Shi Yingcui, Tian Xuegui

(Yantai CIMC Raffles Offshore Ltd., Shandong Yantai 264000, China)

The 7thgeneration drilling rig D90-Alfa, which is constructed by CIMC-raffles for D90 Deepwater Corporation, represents the most advanced product of offshore engineering. Tube pipe is the last part of piping construction. The Tube pipes are widely laid out in many areas, so the rationality of tubing pipe design determines the construction efficiency and the piping system integrity. By the analysis of Tube pipe design on the drilling rig, the paper summarizes the advantages of piping design, which provides reference for Tube design in the future.

drilling rig; Tube pipe; piping system; optimization design

U664.84

A

10.14141/j.31-1981.2017.02.009

时英翠（1984—），女，工程师，研究方向：钻井平台、游艇等设计。