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海上石油平台拆除技术

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海上 石油 平台 拆除 技术
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目录摘要 ..........................................................................................................................................1第一章 前言 ..........................................................................................................................1第二章 采油(气)井口的拆除 .............................................................................................3第三章 组块顶部结构物拆除 .................................................................................................43.1 工艺管线及设备的拆除 ............................................................................................43.2 舾装及设备房的拆除 ................................................................................................43.3 其它结构物的拆除 ...................................................................................................4第四章 平台上部组块拆除工艺 .............................................................................................54.1 对组块进行检测 ........................................................................................................54.2 组块吊点的处理 ........................................................................................................54.3 组块的起吊 ...............................................................................................................5第五章 导管架拆除程序 ........................................................................................................65.1 导管架腿的切割 .......................................................................................................65.2 导管架结构的分割 .................................................................................................215.3 导管架吊点的设计和施工 .......................................................................................215.4 立管与电缆拆除 .....................................................................................................215.5 导管架吊扣的配置 ..................................................................................................215.6 导管架的装船固定及运输 ......................................................................................215.7 导管架的重复利用 .................................................................................................225.8 设备和材料的回收 .................................................................................................23第六章 结语 ..........................................................................................................................24海洋石油工程股份有限公司 模块车间2参考文献 ................................................................................................................................25致谢 ........................................................................................................................................26海洋石油工程股份有限公司 模块车间1海上石油平台拆除技术摘要随着海洋石油工业的发展,在作业海域新建的石油生产设施越来越多。自 1960 年代到 21 世纪初期,全球共建设了超过 7270 座海洋石油生产设施,分布在 53 个国家和地区。 其中,墨西哥湾有 4000 多座,亚洲约 1000 座,中东 700 余座,北海和大西洋东北部有 1000 余座。中国海洋石油总公司经过 20 多年的发展,投产或正建待投产的油田已达 50 多个,桩基固定式平台有近 200 座。一般海洋石油平台的设计寿命在 20 年左右。按照相关的法律和法规,海上平台的作业寿命到期后,如果没有其它用途,必须进行废弃拆除。 从1973 年墨西哥湾外大陆架第一座废弃平台拆除开始,到 1999 年,全世界外大陆架有记录的平台拆除就已达 1800 多次。废弃海洋石油平台的拆除对海洋石油工业来说非常重要,对保证作业区域的海洋环境、 通航和渔业生产等,都具有重要意义。本文简单地概括了海洋石油退役平台评价体系,重点介绍了平台拆除技术。关键词:退役;拆除;切割;海洋石油工程股份有限公司 模块车间1第一章 前言国外废弃海洋平台的拆除工作已有 30 多年历史。在这个过程中,积累了比较丰富的施工和现场经验。根据相关资料,在进行石油开发的海域中,墨西哥湾的海洋平台拆除数量最多。从 1990 年到 2006 年,墨西哥湾一共新建了 2251座平台,拆除了 2188 座。其中, 2004 年拆除 190 座, 2005 年拆除 115 座, 2006 年拆除 81 座 。2006 年以后,每年的平台拆除数量均保持在 100 座以上。尽管全球每年拆除的废弃平台数与新建的平台数相差无几,甚至超过了新建平台,但是这些被拆除的平台大多数在 120 米水深以内。对于深水平台,废弃处置技术的发展远落后于开发技术。1980 年代末和 1990 年代初,我国分别对渤海 2 号渤海 8 号 渤海 9 号等 10座平台进行了拆除,由于这些平台均为渤海早期的浅水简易平台,所以严格地讲,还不能称为真正意义上的海洋平台拆除。为了缩小与国外在平台拆除领域的差距,中国海洋石油总公司所属的海洋石油工程股份有限公司早在多年前就将废弃海洋平台的弃置工作提上了日程,进行了大量的研究工作,并在平台拆除技术上取得了突破,同时还配置了导管架桩腿内排泥和水下桩腿切割等一系列拆除装备。到 2008 年底,仅中国海洋石油总公司在渤海海域进入废弃阶段的桩基式平台就超过 40 座,而南海海域也有 8 座桩基式平台进入废弃阶段 根据生产的需要,虽然部分平台寿命到期后经过评估和维修继续服役,但在未来几年,大量平台的退役是不可改变的事实,尤其到 2020 年,2002 年以前建设的几乎所有平台,都将进入废弃阶段。由此可见,废弃平台拆除将在我国形成一个新的产业和巨大的市场,发展拆除技术和装备已迫在眉睫。3.1 拆除方案的选择导管架平台在停产退役后,进一步的处置就会提到议事日程。根据我国法规,海上石油平台退役后不能扔下不管,必须作出拆除方案的选择。由于事件涉及不同领域、部门,需对各方面因素全面考虑及各有关部门的协调,得出可实行方案。一般说来,拆除方案有:(1)除了航海灯和浮标等小设备,不进行任何结构拆除,但要经过必要的清洗,标记和登记;(2)在原安装地翻倒,倾倒在海里;所谓倾覆或倒塌,就是切割了导管架的管件之后,在上部用绳索拖曳,让其就地倒下,倒向海底的过程。这是一种在原地处置倾倒的方法。海洋石油工程股份有限公司 模块车间2从安全和便利的角度来说倾覆可谓是最好的方法。但导管架采用这种方法则需要一种有精确次序的施工。为了精确地预测出可能产生破坏的模式、 达到临界的构件和倾覆的方向,必须进行大量高技术性的结构工程研究和分析。如果原始设计者的计算机模型是弹性线性的,只能作为参考。为此,需利用现有的技术和计算机软件进行非线性塑/弹性结构力学分析。如需在夏季风暴后一个短的季节中施工,则需确定施以最大预切割后能起作用的最少安全有效构件。剩余塑性饺必须与表明其折断转向的倾覆力矢量一起精确地确定。 倾覆力必须在海洋设备上绞车的能力范围内,约为 50~150t。如果在结构件倾覆断离边采用聚能爆破,那就需要在另一边的塑性饺链区域采用延迟爆破。(3)废弃海洋平台在不妨碍其他海洋功能的前提下,其残留桩腿等结构物可以切割至水面≥55 米处,而其他结构与设备均应全部拆除并运至岸上处理;(4)全部拆除,也就是将废弃海洋石油平台的桩腿等结构物应切割到海床泥面 4 米以下,而其他结构和设备均应全部拆除并运至岸上处理从结构物种类看拆除的结构类型基本上有四种:固定平台、锚泊固定平台、管系和水下结构。其中固定平台(导管架的重型混凝土结构)的拆除最为困难。海洋石油工程股份有限公司 模块车间3第二章 采油(气)井口的拆除对于将要报废拆除的油井,实施拆除作业前必须向有关主管部门进行油井工程报废的申请并获得审批。在拆除之前必须进行注灰封死等可靠处理。在确认油井内已不含油气(必要时可以进行测爆)之后,在切割导管架海底附近管件之前,还要清除掉构件内外的积泥,以便整理出空间能够放进切割工具。 相对于水下切割、海上起吊、运输、卸载放置而言,疏浚积泥似乎比较容易,实际上并非如此。参考资料指出,100m 水深平台的拆除过程中,清泥是最困难的作业。这项作业的技术难点有:泥泵吸泥的深度有限,对深度大的情况,必须采用水下泥泵这种难度较高的技术;管内外积泥一般都很板结,在吸泥之前必须要用高压水冲散稀释,深水施工作业难度、配置的设备、费用都会大幅提高;积泥并不都是淤泥,混杂有较大的石块、杂物,泥泵吸泥或气力提升办法虽有效,但效率很低。井口的拆除通常有 3 种方案:拆除方案一:高压水冲泥、气举法排泥,将每根隔水套管外侧冲泥,使隔水套管泥面以下形成 3-5 米得深坑;潜水员到坑底安装“多功能高效金刚石线切割机” ;逐个切割井口后,将导管架顶部隔水套管固定处切割后,即可将隔水套管吊起,装到驳船上。拆除方案二:用高压水冲泥、气举法排泥,在每根隔水套管外侧形成 3-5米深的坑;潜水员在坑内隔水套管外侧装塑胶炸药;进行定向爆破;切割隔水套管与导管架之间的固定,焊吊点或在套管上开吊点孔;依次吊出隔水套管、井口内套管装船。拆除方案三:用高压水冲泥、气举法排泥,在每根隔水套管外侧形成 3-5米深的坑;在套管内放入炸药,在坑内进行爆破。炸断后,吊运装船。海洋石油工程股份有限公司 模块车间4第三章 组块顶部结构物拆除3.1 工艺管线及设备的拆除在长期的含水原油输送和处理过程中,工艺管线及设备内外表面形成大量污垢后,主要是油污和垢污。在拆除前必须将油污和垢污清除干净,所要清洗的部件包括管线、小型设备和储油罐等。一般采用物理或化学的方法进行清洗,物理方法是指超声波清洗、高压清洗机等,在设备上投入较大。化学清洗是利用药剂和污物发生物理化学反应,操作简单方便投入少。储罐经清洗置换并达到动火条件后,沿底部与平台切割分离,然后用钢管或角钢打好加强后,用浮吊整体吊到回收船上,在陆地上进行整体拆除。在拆除工艺管线及设备时,尽量不要采用动火作业的方式。一般采用首先拆除设备与工艺管网的连接法兰,然后拆除设备与其基座间的螺栓连接,将设备吊离平台,在陆地上进行拆除在进行工艺管线拆除时,应优先采用拆卸连接法兰的拆除方法;如果不得不采用切割拆除,则应先将该管线与油罐等的连接处拆开并加装盲石棉垫。将与平台分离并隔离好的容器、设备撬块等先行调走。对于那些过长的工艺管线,应将其切割成合适的长度,然后再调到回收船上。所有被切割下来的工艺管线、容器、设备撬块等必须做好标记,待吊到回收船上之后应将其捆扎老靠并做好防碰撞保护。3.2 舾装及设备房的拆除在进行舾装、设备房的拆除时,其内部的设施一般应与舾装,设备房同时吊离拆除,待上岸后再做进一步的拆除处理。当重量超出吊机的起重能力时,也可将其内部的部分设施等先行拆除。3.3 其它结构物的拆除在进行各类结构物得拆除时,均需根据原图纸和安装方案,确定重物的质量、重心,进行精确配扣,制定出起吊方案。拴好吊扣后,起钩并使结构物处于预吊状态,再进行切割吊离。海洋石油工程股份有限公司 模块车间5第四章 平台上部组块拆除工艺4.1 对组块进行检测根据检测结果对组块结构进行强度分析;经分析认为结构杆件有问题是,可采取将组块内重量大的设备或容器先进行拆除以减少组块重量等措施。强度没问题时,算出组块的重量、重心,对其进行配扣(选用合适的吊扣、卡环等)4.2 组块吊点的处理如果组块安装时的吊点还在,要对其进行强度校核,经校核没问题可使用原吊点;如有问题,需对其加强,直到满足强度要求。如无原来的吊点,需要重新实际吊点。对组块吊点进行强度计算,按设计要求进行焊接,保证开坡口的角度、深度、焊缝的高度等。4.3 组块的起吊根据起重船的起重能力及组块情况,决定组块的起吊程序。事先对组块装船进行设计,画出装船图(包括所选用垫墩的型号和固定方式)组块的起吊作业一般要选择在好天气情况下进行,时间要富裕。起吊时,用密切注意组块固定点是否完全切开,应备应急人员和工具在附近待命。组块吊回码头前,应事先研究好组块在码头上的放置位置及处理方法,以避免组块吊回陆地后,占用浮吊更多的时间。海洋石油工程股份有限公司 模块车间6第五章 导管架拆除程序经过长期使用后,导管架水面以上(尤其是在潮差段)的杆件一般腐蚀较为严重,因此在拆除前需要对导管架的水上管件进行检测,并提出检查报告。对于导管架的水下杆件,必要时可由潜水员下水进行目测检查。根据检验结果,对导管架进行强度分许5.1 导管架腿的切割在选择海上结构拆除可实行方案时,必须对各种材料及不同几何形状截面的切割技术、工艺和设备进行考察。在空气中进行上部结构的切割与常规的陆上工业设备拆除一样,采用同样的方法。对水下结构,虽然很多切割技术已经被开发,施工还是很困难。还需进一步发展和改进切割技术,用于所有废弃平台的拆除。穿过海底的构件和要求在海底土壤以下某一深度进行切割的构件,需用特殊技术才能切割:例如聚能爆破、管内高压水/ 砂冲蚀、带内装钻粒缆刀具夹头的管外切割器等。常规的切割技术已能熟练被使用,下文讨论可用于水下结构切割的特殊方法。1.金刚石绳锯切割机切割法。最早的金刚石串珠绳及其设备出现在石材王国意大利,在1969~1970年度的意大利VERONA的S.Ambrogio石材博览会上,首次展出了带电镀串珠的串珠绳和加工设备。从此以后,这一深具潜力的工具得到了快速发展,在制造方法、加工对象、应用范围和加工设备等各方面均得到了长足的进展,锯切速度和加工效率得到了很大的提高。(1)单绳式金刚石绳锯(2)多绳式金刚石绳锯(3)数控金刚石绳锯(4)水下作业切削钢材的金刚石绳锯工作原理金刚石绳锯机是由金刚石串珠绳、张紧机构、夹紧机构、轮系(导向轮、张紧轮、主动轮) 、进给机构、切割框架组成。工作原理是主动轮高速旋转,进给机构使串珠绳向切割方向运动,利用金刚石的硬度与绳索的柔性对切割对象进行磨削以完成切割任务。串珠绳的组成在金刚石绳锯机切割系统中,金刚石串珠绳是关键。如图所示,串珠绳一般是由一根直径 5mm 的多股钢丝绳,上面穿套串珠颗粒构成,串珠间由起支承固定作用的隔套隔开。用于封闭循环切割的金刚石串珠绳一般由钢丝绳、金刚石海洋石油工程股份有限公司 模块车间7串珠、隔套和接头等部件组成。应用范围金刚石具有自然界最高的硬度和弹性模量,而绳索是机械锯切中最具柔性的锯切基体。刚柔相济,使金刚石绳锯具有种种独特的优势,决定了它在实际加工中具有广泛的应用。(1)矿山开采,石材加工。(2)大型建筑物的拆除。(3)海底输油管道、石油平台导管架的拆除。(4)核电站的拆除。工作特点与传统的加工方式相比,用金刚石绳锯加工的主要优点在于:(1)相对传统的切割技术,采用串珠式金刚石绳锯切割技术进行切割,外形相当规整,荒料再次利用率极高。(2)在一般的切片加工中,相对金刚石圆锯片.绳锯切割不受尺寸限制、加工效率高、加工精度高、污染小、后续磨抛成本显著降低。(3)绳锯加工过程中无污染、噪音低而且设备占地少,易于安装自动化程度高,对场地要求低。(4)在复杂的石材异型面加工中,金刚石绳锯更是具有其它切割方法无法替代的优点。缺点:由于切割时串珠磨损较快因此利用率低,在输油管道切割实验时,用同一根绳切第二根管时,效率明显比第一根低,而国内生产的串珠绳容易断裂,国外价格较高,因此切割成本较高。在切割刚材等硬质材料时效率不高国外绳锯的高水平来源于其各方面技术的领先。高质量、专用的合金粉,先进的金刚石制粒技术和镀覆技术,成熟的高温钎焊技术等等,均是其绳锯产品成功的重要条件。在国内,这些技术多数还处于研究阶段,如果引进国外的先进技术或者成品,势必使成本大大增加。一个成功的产品,需要很多成功的相关技术和产品的支持;样品海洋石油工程股份有限公司 模块车间8以下是英国水下切割公司的一些相关产品介绍及技术参数:由图可以看出液压泵压力为 22Mpa 流量 110L/min长 3600mm 宽 2700mm 厚 1500mm重量:空气中 700kg 水中 590kgTS 公司切割 64 英寸管的绳锯机的简图及技术参数海洋石油工程股份有限公司 模块车间9绳锯机控制系统图由以上文字可以看出:金刚石绳锯机由 40-200 米长的油管、通信电缆与液压源和控制面板相连。油源提供动力,控制面板调节线速度、工作压力、流速来达到理想的切割效率。这种远处遥控操作可以保证当意外发生时人的安全。它还可以通过人工在水下操作通过水下电视监控。2.磨料高压水射流切割上世纪五十年代高压水切割技术正式发源于原苏联。到六十年代初,美国、英国、意大利、日本和前苏联等国家也投入了大量的人力和物力研究开发超高压水射流技术。经多年潜心钻研,美国终于在 1971 年设计制造了世界上第一台超高压纯水射流切割机,简称纯水射流切割机(water jet cutting)。将它应用到家具制造行业中,取得了很大的成功。又经 11 年的不懈的努力,美国在 1982 年设计制造出超高压磨料水射流切割机,简称磨料水射流切割机(abrasive water jet cutting 简称 awjc),它能切割各种金属、硬质合金、玻璃、陶瓷、大理石及花岗岩等几乎所有的材料。高压水射流应用范围(1)航空航天工业:切割特种材料,如铝合金、蜂窝状结构、碳纤维复合材料及层叠金属或增强塑料玻璃等,用水射流切割飞机叶片,切割边缘无热影响区和加工硬化现象,省去了后续加工;(2)汽车制造与修理业:切割各种非金属材料及复合材料构件,如仪表板、地毯、石棉刹车衬垫、门框、车顶玻璃、汽车内装饰板、橡胶、塑料燃气箱等,以及其他内外组件的成形切割等;(3)兵器工业: 切割各种战车的装甲板、履带、防弹玻璃、车体、炮塔、枪械等;以及各种废旧炮弹的安全拆除;(4)林业、农业几市政工程:用于伐木、剥树皮、灌溉、饲料加工、路面维护、海洋石油工程股份有限公司 模块车间10工艺品的切割下料等;(5)电子及电力工业:可进行印刷电路板及薄膜形状的成形切割:计算机硬盘、软盘、电器元件、非晶合金、变压器铁芯、无损切割特殊电缆等; (6)机械制造业:用高压水切割代替冲、剪工艺,不但能节省模具费用,且有利于降低噪音、减少振动和提高材料的利用率。另外,去除工件外部的氧化铝、铸件上的型砂及陶瓷涂层、切飞边、浇口、冒口等,还可切割常规方法难以切割的灰铸铁件; 高压水射流的类型与原理高压水射流切割法按照所采用的介质不同可以分为纯水射流切割和磨料水射流切割两种基本类型。随着科技的发展,目前还有一些新形式的射流正在被开发和研究,不断提高水射流切割的能力。诸如,空化射流、添加剂射流等。纯水射流切割形式因介质仅为洁净水,其加工能力低,仅能切割一些薄的工件。但是,它设备相对简单,设备磨损和辅材消耗少,使用成本低廉。磨料水射流切割因在水中添加了磨料,提高了水射流的冲击、破坏作用,切割能力相比纯水射流有较大的提高。但是,它的缺点是设备复杂、设备磨损和辅材消耗大,成本较高。磨料水射流又按照添加磨料的形式分为前混合式和后混合式两种。纯水射流传统型 前混合式磨料水射流高压水射流 磨料水射流 后混合式磨料水射流新型射流、脉冲射流、空化射流、添加添加剂射流等前混合磨料水射流前混合式磨料水射流的原理如图 1-1 所示。水和磨料预先加在储存罐里进行混合,然后把混合好的浆液用管线直接送至喷嘴喷射切割。这种方式的使用压力相对较低,通常在 20-1 00MPa 之间。由于压力较低,可以用柔性管道输送液浆到喷嘴,实施远距离切割。后混合磨料水射流后混合式磨料水射流的原理如图 2 所示。与前混合式磨料水射流不同的是水和磨料己经被分别加压后在喷嘴前的混合室内混合,也称挟带式水射流。切割用压力一般在 100 一 400MPa 之间。海洋石油工程股份有限公司 模块车间11图 1 前混合式磨料水射流原理图图 2 后混合式磨料水射流原理图前混合式和后混合式磨料水射流对比往复增压器增压工作原理目前,国外大多数都采用往复增压器增压形成高压水射流,其系统原理图项目 前混合式磨料水射流 后混合式磨料水射流工况 工作压力低,20- 100MPa工作压力高 100-400MPa设备 结构简单,可以移动 结构复杂,固定式损耗 喷嘴磨损小 喷嘴磨损大切割效果 切割面光滑 切割面稍粗糙功率消耗 较低 较高 海洋石油工程股份有限公司 模块车间12如下:1 高压水压力表 2 高压蓄能器 3.安全阀 4.增压器 5.单向阀 6.电液换向阀 7.电磁溢流阀 8 蓄能器 9.减震式压力表 10.电机(22kw 1450r/min) 11.手动变量抽向柱塞泵 12.水压表 13. PROCON(美国泵) 14 电机(75kw 1400r/min) 15.过滤器16.溢流阀 17. LG 泵电机 320W 18.冷却器 19.回油过滤器 20 油箱往复式增压器 1.左侧水腔 2.活塞杆 3.压力油腔 4.右侧水腔 S.单向阀门 6.活塞海洋石油工程股份有限公司 模块车间13后混合式切割头简图1 高压外管 2.喷头体 3.宝石喷嘴 4.尼龙管 5 混砂室 6.0 型圈7.压紧螺母 8.弹簧夹头 9.砂喷管 10.导向套 11.定位销磨料射流加工中使用的磨料开采自河床、砂矿,沉积岩石。它们通过爆破、粉碎形成尖锐的、形状不规则的颗粒。不同品种的石榴石(( Fe3A12 ( Si04 ) 3 )。可以用于不同功效的切割。橄榄石(([MgFe]2Si04)价格便宜,质地软,切割效率不高。氧化铝(A1a03)和金刚砂((SiC)磨料是人造磨料,它们因尖锐、硬度高、不易破碎,切割效率比较高;但同时加速了混合腔的磨损。高压水特点可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工(除水切割外其它切割方法都会受到材料品种的限制);切割时不产生热量和有害物质,材料无热效应(冷态切割),切割后不需要或易于二次加工,安全、环保,成本低、速度快、海洋石油工程股份有限公司 模块车间14效率高,可实现任意曲线的切割加工,方便灵活、用途广泛。采用高压水射流切割时,铁屑混人水中,无尘、无味、无毒、振动小、噪音低、污染少,是目前世界上先进的切割工艺方法之一水射流切割可以灵活地任意选择加工起点和部位,而且切缝很窄,喷嘴和加工表面无机械接触,易于实现高速加工,并且可以通过计算机控制实现复杂形状的切割加工。. 水切割是目前适用性最强的切割工艺方法。 样品南京大地水刀公司悬臂式数控切割平台机械人水切割海洋石油工程股份有限公司 模块车间15水切割炮弹3.聚能切割器聚能爆破的发展历程1885 年门罗是聚能爆破的发明者,后来被称为“门罗效应”聚能装药就是由聚能破甲武器(锥形聚能装置) 转变而来的一种先进的切割技术,可用于常规机械工艺手段(如锯切、磨削、车削、气割等) 无法实施的特殊情况下进行切割,并且具有安全、经济、优质、方便等优点。利用这种装药制成的各种爆炸切割器,从六十年代初开始就广泛应用于宇航和军事应用的领域,例如各种自毁系统和分离装置,以及切割带式反坦克地雷等。在我国,自七十年代以来,开始把这一技术应用于水下工程。目前在矿山开采中此项技术应用较为广泛。聚能爆破的工作原理采用聚能装药结构,当装药爆破时,靠近聚能穴的炸药所产生的爆破产物向穴的轴线方向会聚,碰撞喷射出一股密度大、速度高的细长气体射流。对于具有金属药型罩的聚能装药,爆破形成的金属射流头部的平均速度约 4000m/s -8000 m/s ,温度达几千摄氏度,每平方厘米横断面上聚积的动能可达 106 kg·m 量级 因此与目标相遇撞击压力可达数十万兆帕 所以对任何目标都能穿出一定深度的孔洞;同时,爆破气体迅速膨胀的压力使目标的孔洞加深和扩大。线性聚能切割器线性聚能切割器是利用在爆轰压力下切割罩挤出的片状射流来切割的。由聚能理论可知:切深与药罩密度成正比;药罩好的塑性能保证罩压垮时连续变形,使射流运动具有足够的延能力而不过早地断裂。因此,药形罩材料要求密度大、塑性好,在形成射流过程中不汽化,且厂房内施工后不形成污染。可以用铜、铅、铝、钢、银等及其合金。只有铅及其合金能够用于制造柔性切割索(FLSC) ,它用于制造要求用药量小,且有弯曲要求的切割索,但它有污染。铝壳适用于要求有较大结构完整性的场合,但其药芯的药量较大,需要有较大的投射距离,其重量轻的优越性往往被投射距离大,因而必须的附加隔距结构的重量所抵消,只有为了减小由于切割索的爆轰而引起的对结构的冲击载荷需要用到较大的投射距离时,铝壳的优越性才会被认识到。银壳经常与耐火炸药配合起来一起使用,它较贵,因此只有在特殊情况下使用。铜壳的侵彻效应较大,但是其塑性较差,如对钢海洋石油工程股份有限公司 模块车间16罩、铝罩、铜罩进行对比对于切深,铜最好,铝次之,钢最差。药形罩一般都采用V 型罩如图当炸药起爆时,炸药产物以巨大的气压作用于V型药罩上将其压垮,并向聚能槽法向方向运动,在其对称面内发生高速碰撞,形成向着装药底部运动的高速连续薄片装射流,通常称之为“射流刀”海洋石油工程股份有限公司 模块车间17聚能爆破的引爆方式聚能切割器的爆破方式有多种,可根据具体情况来确定,由超声波起爆,有线电起爆,无线电起爆或直接通过导火索引爆等。水下作业时,多用电雷管起爆,在电雷管起爆中有线电起爆也存在布线、销毁、密封、防静电、杂散电等问题;无线电起爆用电磁波遥控不太安全可靠;超声波起爆成本太高且施工地点条件要求较高;定时起爆较好,它便于密封,爆切时可将管口密封以防水溅出,而且无需布线,成本低。水下切割管道实例山东胜利油建公司在佛山三水输油管线穿江顶管施工中,扩孔器在穿越1000m 处被异物卡住,导致无法继续扩孔,1500m 钻杆连同扩孔器也都被卡住,无法拔出。为了减少损失,油建公司委托广东宏大爆破公司利用爆破切割技术去掉卡钻的扩孔器,回收钻杆。卡钻部位位于河底土岩下 25m 深处,距离出土点垂直高度约 45m。扩孔器钻杆外径<127mm ,最小内径<62mm , 接头最小内径 7612mm , 壁厚 912mm。江底穿孔卡钻位置如图 1 所示。由于扩孔器距离出入土点较远,距离水底很深,无法直接在水底实施爆破。经过反复研究,拟采用将钻杆切割弹放置在扩孔器两侧的钻杆内实施爆破,割断钻杆,然后使钻杆能分别在出土点和入土点处抽出。由于入土点到扩孔器有卡子,无法运送切割弹,故只有先将切割弹从出土点沿钻杆内腔经扩孔器送到爆破点 1 ,起爆后再将另一枚切割弹从出土点送到爆破点 2 起爆,故要送弹两次、起爆两次,而且爆破点 1 的弹体外径要受到扩孔器最小内径(62mm) 的制约。钻杆聚能切割弹是利用炸药制成的切割弹,在钻杆内瞬间爆发产生一圈向外海洋石油工程股份有限公司 模块车间18的均质金属射流聚能在弹体内形成高速环形射流,把线性切割转变成环形切割,从而达到环形聚能切割钻杆的目的。爆破切割原理如图 2 ,钻杆切割弹及切割效果见图 3 。图1 江底穿孔卡钻位置图图2 聚能爆破切割原理图图3 钻杆切割弹及切割效果聚能爆破的优缺点聚能爆破技术成本低、效率高,方便灵活,较原来的爆破方式比较节省药量。在大型的钢结构拆除中,缩短工期,减少工作量且切割稳定可靠,投资少。购买相应爆破器材投资小于 2 万元,潜水员辅助操作。但目前聚能切割器没有统一的标准,只有一些经验和公式。每次使用都与根据工程需要进行制作设计,使之具有足够的切割能力又没有太多的爆炸能量余量。同时要便于安放。海洋石油工程股份有限公司 模块车间19切割精度不够,由于爆炸时产生巨大热量导致切断边缘热变形等影响。4. 旋 4.转式内割刀内割刀发展状况旋转式内割刀相关资料较少,对它的发展不是很了解,大概是国内外对此方面的研发较少,还没有发现它太多的用途。估计是当外部切割管道受限制时而内部又很方便工作时才考虑此种工作方式。内割刀工作原理图为美国 Wheeler Rex 公司生产的管道内切割刀:(1)用于切割聚氯乙烯塑胶管,切割范围 0.5 英寸到 6 英寸(2)动力源可以是气泵或液压泵驱动或电机来驱动。(3)转速是 350-400r/min(4)进给速度是 0.046-0.06mm/r(5)切割效率较高。5. 水下切割综合比较综合比较:针对导管架切割进行综合比较。安装:绳锯机是磨削切割,安装时只需考虑机体本身的水中重力即可。由于高压水是高压射流切割,因此在切割时反作用力较大,安装时除考虑机体本身外还需考虑射流的反作用力。绳锯机设备小、结构简单、占地少、可移动性强便于装夹。高压水射流切割机结构较绳锯机复杂装夹要比绳锯机复杂。海洋石油工程股份有限公司 模块车间20聚能切割器,内割刀结构简单、体积小但要从管内安装而且需管内定位。因此有许多不便之处环境绳锯机、高压水切割机都属于柔性切割,无污染,噪音小。切割后不需要或易于二次加工,环保,速度快、效率高,方便灵活、用途广泛适应性强。经济成本内割刀:成本较低,但刀片易损聚能爆破:一次切割购买相应爆破器材投资小于 2 万元。绳锯机:由于切割时串珠磨损较快因此利用率低,进口串珠绳每米售价大约 2000 元/ 米,国内相对便宜但串珠绳更容易断裂磨料型高压水切割:射流加工中使用的磨料的不同可以用于不同功效的切割。橄榄石价格便宜,质地软,切割效率不高。氧化铝和金刚砂磨料是人造磨料,它们因尖锐、硬度高、不易破碎,切割效率比较高;但同时价格高而且加速了混合腔和喷嘴的磨损。工作效率聚能爆破切割器工作时间最快,由于能量大一次完成切割。磨料型水切割根据压力大小及磨料类型、磨料供给量等因素有关。绳锯机切割速度组要取决于串珠绳的性能。内割刀取决于刀片质良的好坏。工作效率 环境适应性 切割精度 价格 人工劳动力绳锯机 较高可移动、适应性强、污染小、噪音低较好 高潜水员辅助安装劳动强度较小聚能爆破切割器最高设备小,移动性好,但须管内安装粗糙 低潜水员劳动强度小磨料高压水射流高可移动、适应性强、污染小、噪音低好 高潜水员辅助安装劳动强度较小旋转式内割刀较高设备小移动好,但须管内安装较好 低潜水员劳动强度中海洋石油工程股份有限公司 模块车间215.2 导管架结构的分割对于体积小、重量轻的导管架,在割断桩腿后,即可整体起吊装船并运回码头。对于大型导管架,受起重能力的限制,无法整体起吊,需先对导管架进行分割处理。分割时,水下用“金刚石线切割机”或“高压水研磨切割机” ,水上用气焊切割。5.3 导管架吊点的设计和施工根据导管架重量和桩腿内桩的重量(打入保险系数) ,设计导管架的吊点。吊点一般应安置在导管架腿顶部与横拉筋的节点处。对于已分割的单片,可直接吊管节点处。5.4 立管与电缆拆除用高压水挖出立管与平管部分用“金刚石线切割机”切开;将立管用吊扣拴好后,打开立管卡子,吊出立管放置到驳船上;将导管架上的海底电缆固定部分拆除。在导管架以外,海底电缆某处拴好扣,起吊后电缆就从电缆保护管中放到海底。5.5 导管架吊扣的配置拆除旧导管架,对吊导管架的吊扣和卡环应认真选择,吊扣的安全系数不应小于 4;对使用旧的卡环,应进行无损检测,保证不会因索具和卡环的原因而发生安全事故。5.6 导管架的装船固定及运输根据导管架的尺寸、重量等因素选择驳船。驳船应满足导管架的装船和运输的要求,还应有适当的富裕面积以便摆放部分临时物品。另外,还需确定垫墩的尺寸、位置和固定的方式,需要做拖航分析计算,保证运输过程中导管架和驳船的安全切割分离了的导管架结构,一般使用重型起重船吊离,放到驳船或半潜驳上运走。起吊作业需要放置被吊离结构件的驳船或半潜驳,其尺度要适合吊离结构件( 或分块结构件)的尺度,其抗风浪能力要与起重船相匹配。对于处理上部结构模块、模块支撑框架和导管架部分构件等第一批拆除运输的装置,最大的问题之一是需要重新设置起重附属设备,例如已被拆除的眼板(通常在较低处的模块到上部模块的允许位置设置) ,这是用重型钢板装配和焊接、 经过高标准制作和检验的高质量结构部件,而且是在承包商工厂内困难较少的环境下制作的。吊装的巨大风险要求新制作的起重附件安装后的质量不能比原来的结构差。在还没有分析、确定拆卸构件及其次序前,起重操作不能进行。不要草率海洋石油工程股份有限公司
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