带孔角钢在海洋石油平台应用与研究

张 群，胡 双，杨洪所

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

本研究所述的带孔角钢主要是应用于海洋石油工程海上平台中电缆托架支撑，同时也可以应用到海洋平台上各种其他支架中，施工方便，形式不受限制，有着易于预制、易于安装、易于修改等优势，并且可以代替传统的马脚、电仪支架等，应用十分广泛，是海油工程自主在成熟工程领域开拓和发展的延续。

1 带孔角钢应用于电缆托架支撑的形式

1.1 托架支撑形式

（1）传统的托架支撑，支撑腿使用不带孔角钢，横担使用带孔角钢，支撑腿和横担进行焊接，而本研究所述使用的托架支撑，支撑腿和横担全部使用带孔角钢，并且支撑腿和横担之间使用螺栓连接。使用带孔角钢用于托架支撑，非常适合改造项目，改造项目通常为基于旧平台改造，托架路径的设计与托架支撑的设计分属详细设计和加工设计，在改造项目中，由于现场情况复杂，详细设计在设计好托架路径后，在加工设计期间可能会发生托架支撑与利旧设备发生碰撞。尤其是服役年限较长的油田，平台老旧结构、管线、托架、设备、支架等许多需要保留利旧，增加新的托架就必须进行避让，这样托架的路径会非常复杂，并且可能会发生现场与图纸不符的情况，如果用传统的托架，预制好后进行安装，可能会发生很多不合适修改的地方，不仅工作量增加，还会耗费更多的人力物力。而使用本次项目研制的带孔角钢应用于托架支撑，不需要像传统托架支撑进行预制，而且焊接工作量大大减少，工作量越大，则越节省时间、人力和物力。

（2）施工中采用的角钢为（75×75×6）mm 的角钢，开孔为Φ11×40 mm，孔中心距70 mm。图1。

图1 带孔角钢开孔形式

图1 为角钢开孔图，角钢2 个边都进行开孔，这样便可以使用螺栓进行连接安装，施工非常便捷。

1.2 带孔角钢所受剪切力计算

托架支撑的横担与支撑腿之间使用1 个M10 螺栓连接，螺栓受到的主要力为剪切力。根据螺栓杆的剪切强度条件，见式（1）：

其中，Fs为螺栓抗剪面受力，N；ds为螺栓抗剪面直径，mm；m 为螺栓抗剪面数目，在本研究中取1。，其中σs对应各种材料的取值范围是210～900，这里按最小值取210，即得［τ］=84。

电缆托架一般最宽为1200 mm，高度为150 mm，按其中敷设满3×150 mm3电缆估算，电缆外径为（48～52）mm，按托架内全部敷设满电缆（设计时要求托架内电缆不得超过托架高度的2/3，实际施工时敷设电缆约为托架高度1/2）约可敷设78 根，电缆每米重约5 kg，每隔2 m 设置1 个托架支撑，一个托架支撑有2 条M10 螺栓受力，即得每条螺栓抗剪面受力为：Fs=3920 N；ds=10 mm。

综上得出，在极限工况下（实际施工时远小于极限工况），τ=49.9＜［τ］=84。

由此可知，使用2 条M10 螺栓固定安装一个托架支撑，完全满足需求。

2 带孔角钢使用中的优点

2.1 易于预制

易于预制，只需现场下料，预制过程不需要焊接。此种托架支撑使用螺栓连接，不用提前预制，只需要在施工现场根据图纸和现场情况，用无齿锯切割下料，下好料后只需将支撑腿根部打磨，不需要进行组合安装，预制过程不需要焊接（图2）。

2.2 易于安装

在安装过程中使用螺栓进行连接，减少焊接工作量；在安装过程中，只需将2 条支撑腿焊接到结构梁上，而横担不用焊接，横担使用M10 螺栓固定在2 条支撑腿上，相比传统托架支撑，整个预制、安装过程至少减少50%的焊接工作量，并且在安装时，是使用2 个螺栓连接，安装简单，不需要特别专业的工种，也大大节省了时间和人力。

图2 带孔角钢预制

在托架支撑安装中可以多种形式组合，特别在托架弯通处或双层托架位置优势明显，只需很少的焊接工作量，可以实现复杂的托架安装组合形式，并且省时省力和易于施工（图3）。

图3 带孔角钢用作托架支撑效果

2.3 易于修改

如果在施工过程中有需要修改处，只需要调整横担高低即可，减少了工作量。托架支撑在施工过程中，会发生差错、碰撞，需要对托架的高低进行调整修改，如果使用传统的托架支撑，需要进行切割再焊接，工作量较大。而本次项目使用的托架支撑如果进行提高修改，只需拆下螺栓，将横担提高到需要的高度，再使用螺栓进行安装，使用砂轮机将多余部分切割掉即可；如果降低标高，则拆下横担，也使用螺栓将支撑腿进行加长，再将横担安装上即可，修改过程全程不用气焊、电焊，省时省力和省工作量（图4 和图5）。

图4 多层托架及转角处托架支撑效果

图5 多层托架远景效果

3 带孔角钢的其他应用

3.1 代替马脚

施工中如果遇到带舾装房间，舾装内以及房间外墙面上有许多电仪设备需要敷设电缆，带孔角钢会起很大作用，用带孔角钢代替马脚，美观漂亮、施工方便、省时省力，例如，某处电缆路径为6 m，如使用马脚则需要（10～12）个，需焊接（20～24）个脚。但采用带孔角钢时，使用1 根6 m 角钢即可，在结构上只需焊接3 处支撑，然后将角钢用螺栓固定在支撑上，非常容易找平，仅相当于3个马脚的工作量，修改起来也很方便。如果一个通路上既有电气电缆又有仪表电缆，马脚需要焊接2 排，并将电气仪表电缆分开时，带孔角钢即可以解决上述问题（图6，图7）。

3.2 代替电仪支架

如果托架距离护管较高或较远时，仅需将角钢用螺栓固定在相邻托架支撑的支撑腿上，便可使电缆顺利进入护管。如有的项目井口区甲板不设护管，井口区探头电缆为上方托架电缆敷设到甲板上，使用带孔角钢制作通路可以解决该问题。即将电缆绑扎在角钢下部，既方便电缆敷设，又保护了电缆（图8，图9）。

图6 用带孔角钢代替马脚

图7 电缆绑扎在角钢上的细节

图8 从托架中穿出向上穿入护管的电缆

图9 海上平台井口区硫化氢探头

3.3 其他专业临时支架使用

带孔角钢不仅可用于电仪专业施工，还可用于其他专业的施工。例如，可以用来制作临时放置管线等的货架，比脚手架更易于施工，也可以用来制作管线预制的临时支架，方便管线预制组对等。图10。

图10 管线存放及预制用临时支架

4 总结

带孔角钢应用在托架支撑和其他电仪支撑上，既易于施工，提高了工作效率，又节省了人力物力，并且可以替代马脚等电缆支撑，应用广泛。该研究是结合项目工程技术要求编制而成的，实际运用情况良好，也解决了项目施工过程中的难题。带孔角钢的研究与应用，不仅保证了工程项目达到了顺利施工的目的，而且保障了油田安全生产，取得了良好的经济效益，该研究与应用开拓了海油工程托架支撑安装的全新领域，应用前景广阔。