海洋工程建造弹簧支吊架的推荐安装做法

2020-11-26高凤龙王超众王平

石油和化工设备 2020年11期

高凤龙，王超众，王平

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

海洋石油工程管道建造一般有三种类型管道支架：刚性支架、缓冲支架和弹簧支吊架。管道弹簧支吊架是一种包含弹簧线圈的支架，在热胀冷缩相对影响较大的情况下，管道系统运行过程中，往往要求刚性支吊架不能与管道接触，以避免管道系统承受过大应力，这种情况下设计将使用弹簧支吊架来承受载荷。弹簧支吊架主要用于支撑高温管道，因为在运行过程中，或当所附设备对管道施加较大的应力时，弹簧支吊架相对会产生较大的位移。弹簧支吊架的目的是确保管道应力在规范允许的应力限制范围内保证管道和设备受力不超标，并满足系统正常运行时的荷载需求。

弹簧支吊架是管道系统的重要组成部分，有助于系统的可靠性、完整性和安全性。弹簧支吊架主要分为两种类型：可变负载弹簧支吊架和恒定负载弹簧支吊架。当弹簧支吊架设计不当、损坏或故障时，可能会产生许多后果，如：法兰泄漏、旋转设备振动、储罐或压力容器管嘴变形、管道应力过大、管道裂纹、管道下垂导致管道积液腐蚀等。

1 弹簧支吊架的组成

弹簧支吊架的主体结构主要由以下部件组成：标（铭）牌、锁定销轴、弹簧、壳体、位移指示销等，针对不同的弹簧支吊架还有额外的功能性结构附件，如调节螺杆、吊耳、吊杆、吊板、管卡等。图1所示为弹簧吊架结构示意图。

2 弹簧支吊架到货后的外观检查

弹簧支吊架是不含压力的设备，但它们是直接影响压力管道系统完整性的重要部件。弹簧支架损坏的后果较为严重，甚至可能是灾难性的，包括损坏设备喷嘴、法兰泄漏、起火以及碳氢化合物或硫化氢的泄漏。外观检查主要检查三方面：机械缺陷、有无腐蚀、负载指示器所处冷热负载状态（系统正常运行后）。

2.1 弹簧支架检查

在检查过程中，应考虑以下事项：

(1)壳体状态。弹簧支架壳体的腐蚀会导致弹簧支架发生故障，可能对管道系统和安装的设备造成损坏。另外，系统正常运行前需要检查锁定装置是否被移除。

(2)弹簧状态。应检查弹簧，以确保它是完整无损的，不存在损坏。

(3)支架配件。检查时应注意支吊架附件（吊杆、管卡等）的整体情况，查看是否存在附件腐蚀或变形的迹象，支架附件的腐蚀会导致管道系统过早失效。

(4)支撑钢结构。确保支撑结构的钢结构是完好的，并且结构上没有明显的因管道负荷而变形的迹象。

(5)操作位置。在系统运行期间，应该在冷热条件下对弹簧支撑进行检查。显示器的位置应与系统状况一起记录在检查报告中。如果指标超出运行范围（弹簧支撑负荷指示刻度上的冷到热指标）或已经达到或达到最低点，应通知工程技术支持，以便对系统进行进一步的评估。

2.2 弹簧支架检查登记

图1 弹簧吊架结构示意图

(1)首先检查生产厂家按照合同要求附带的文件和证书是否齐全；

(2)检查附件1标牌内容是否清晰，设计者应核对标牌信息与管道设计数据表的一致性。核对的内容包含但不限于以下方面：(a)弹簧支架位号；(b)管线号；(c)管线设计和操作温度；(d)弹簧支架的类型；(e)热载荷设定值及单位；(f)冷载荷设定值及单位；(g)弹簧的行程及出场冷热态是否设定在冷态。

(3)检查附件2-11的结构是否存在裂缝、断裂、变形或腐蚀等迹象。

(4)确认所有的锁定装置（如附件3和7）都保持在正确位置。

(5)弹簧支吊架转体位移指示是否存在卡阻或卡死的情况。

3 弹簧支吊架的安装

3.1 用编织吊带及相应的辅助吊装工具将弹簧支吊架就位于结构梁上。

3.2 根据弹簧支吊架的具体型号，将弹簧支吊架本体紧固或焊接于相应结构物处，并保证在弹簧支吊架本体处于自然状态下不受额外应力的状态，可以将弹簧支吊架与管道或设备顺利连接为最佳。

3.3 将弹簧支吊架连接好后，对载荷调整螺栓进行调节。对于可变负载弹簧支吊，载荷调整螺栓可调至安装载荷相应刻度处，从而保证锁定销轴可以自由拔出。对于恒定负载弹簧支吊架载荷调整螺栓调至锁定销轴可以自由拔出即可。

3.4 检查恒载弹簧支架转体位移指示是否存在越限，指针卡阻或卡死于极限位置。变载弹簧支架是否存在异常变形、偏斜或者失载。

3.5 弹簧支吊架的结构附件在安装过程中是否存在卡阻或卡死现象。

3.6 检查安装后的弹簧支吊架是否会碰触周围结构物，特别是弹簧吊架，其拉杆摆动区域是否存在硬碰撞，导致弹簧支架位移受阻或附件损坏。

3.7 将弹簧支吊架调节至上述锁定状态后，锁定销轴由于处于自由拔出状态，安装人员不应将锁定销轴拔出，为避免被扰动脱落或拔出，安装人员要对该处做好临时绑扎（例如胶带或帆布包裹等），如图2所示。

3.8 等待管路系统的压力试验和以及调试工作的完善。水压试验时确定弹簧支吊架处于锁定状态，此时弹簧支吊架是刚性支架，可以避免由于过载而导致弹簧损坏。

3.9 管路的调试完成后，如作业方同意即可将锁定销轴拔出。如作业方不同意，则需留下记录给作业方，待管路系统正式启用前由作业方自行拔出。

图2 弹簧吊架安装实体图

4 弹簧支吊架的调试

一般情况下，管道的实际工作载荷值与设计的设定的理论值会有偏差，当偏差不大时，但也可能导致弹簧支吊架的锁定销被卡住，不能自由地取下。当锁定销被卡住时不允许将锁定装置强行拆除，而要进行冷态调整。通常通过调整弹簧支吊架的支撑管和弹簧吊架的连接杆来提供适当的位移，便可将锁定装置轻松取下。当管道上同时存在多处设置的弹簧支吊架时，一个弹簧支吊架的调整可能会导致另一处的应力增加，所以这种调整通常需要重复进行，为了确认平衡，当确定所有的锁定销都不受力时，才能从管路的一端到另一端依次拆除弹簧支吊架的锁定装置。弹簧支架的实际荷载与设计荷载偏差不大，施工完毕后即可投入使用。

倘若施工完毕后或管道正式投入使用时，发现弹簧支架的实际荷载与设计荷载偏差较大时，原位移槽的位移量不能满足弹簧支架达到力矩平衡时，则需要在弹簧支架厂家的指导下，拔出载荷调整螺栓，使弹簧力矩与实际载荷力矩达到新的平衡后，重新插入后保证锁定销轴可以自由拔出。

管道开始运行前，要检查所有弹簧支吊架的锁定销轴是否全部拆除，再检查位移指示销从安装载荷到工作载荷（冷态到热态）是否有卡阻现象。管道正常运行后，要经常观查记录工作载荷和位移量是否正确；管道停止运行后，要检查弹簧支吊架的冷态复位情况。