浅论导管架的加工设计

技术交流

石油和化工设备2019年第22卷

浅论导管架的加工设计

刘鹏，李博，马力顺，刘海静，胆雯

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

[摘 要] 导管架的加工设计是导管架建造中至关重要的环节，对整个生产的组织起着先导的作用，是组织生产的核心。本文简要介绍了导管架的加工设计内容，给出了导管架各阶段加工设计的基本原则，并对其关键点进行了分析，最后对导管架加工设计发展方向给出了建议。[关键词] 导管架；加工设计；技术管理

导管架加工设计又叫施工设计或生产设计，其主要工作是在详细设计基础上，为满足施工现场的要求，设计和编制的一整套加工图、施工方案、制造程序等加工设计文件。加工设计上接业主方和详细设计方，下接建造施工方，贯穿整个建造施工过程。加工设计的质量和进度对导管架建造的顺利实施和成本效益有着至关重要的影响。

本文对导管架生产设计从前期准备到完成设计的各阶段的设计原则和设计要点进行了阐述，对如何开展和组织导管架的生产设计进行了探讨。1 前期准备

1.1 采办、设计界面澄清

界面的澄清应在投标阶段进行，但是在开展加工设计前，主要技术管理人员应对此界面熟知，并基于此界面编制相关设计计划和开展加工设计工作。1.2 熟悉规格书

与加工设计相关的规格书包括建造规格书、材料规格书、焊接和检验规格书、涂装规格书等，这些规格书涉及结构的方方面面，是开展加工设计的依据和基础，应在设计开始之前予以熟读，以便将其相关要求落实到后续设计中。1.3 图纸审核和澄清

就目前油田开发的现状看，加工设计准备阶段主要使用详设B版图纸，同时鉴于不同的详细设计水平，详设图纸中往往存在诸多问题。提前梳理图纸，一方面可以将图纸中的错误和疑问与详细设计方进行澄清，以便后续顺利开展加工设

计，另一方面可以从有利于建造的角度对详细设计方提出修改意见，以便后续施工和节省建造成本。针对导管架为管系桁架类结构的特点，采用Auto CAD建模的形式可以达到部分图纸审核的目的，通过建模过程可以审核详设图纸中的尺寸完备性，还可以检查结构碰撞，尤其是附属结构相关的碰撞。

1.4 设计计划和人力计划

根据详设图纸供图计划和建造主计划，应提前编制设计计划，计划的编制应在符合自身出图逻辑顺序的同时，着重强调与建造主计划的匹配，以满足建造生产计划为基本原则。同时基于此设计计划，应编制相应的人力计划，保证设计计划可以顺利实施。1.5 关键资源的规划

导管架的施工涉及诸多的大型资源，除滑道资源是投标阶段即锁定之外，其余应在项目开工前提前规划。基于详设图纸，在正式开展加工设计前，可初步编制总体建造方案，确定导管架建造的分片信息和整个建造策略，并用于初步编制单片吊装方案。通过以上工作，确定项目所需要的施工场地、吊机、吊索具、卷扬机、辅助用料等，并结合建造计划，提出大型资源需求计划，报项目管理部门。1.6 采办和分包策略的确定

采办和分包策略通常由项目管理部门确定，但该策略对加工设计的开展有着较大的影响，应

作者简介：刘鹏（1981—），男，山东德州人，硕士研究生，

工程师。现从事海洋石油平台加工设计工作。

第9期 刘鹏等 浅论导管架的加工设计

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在项目开工前与项目管理部分沟通确认。对于导管架的结构，主要涉及钢管卷制和梯子栏杆舾装件的预制。钢管卷制能力的不同，影响杆件单件图和排版图的编制，梯子栏杆舾装件是否采用整体分包的策略影响材料采办和加工设计的深度。2 材料采办

导管架的材料采办主要在加工设计阶段，主要包括主结构钢材、附件材料等的采办。一般项目的工期紧张，考虑材料的到货周期，材料采办的基本要点如下：分批进行、尽快完成、适当控制采办余量。2.1 主结构材料

主结构主要包括导管、拉筋、钢桩和隔水套管，涉及的材料主要为钢板。导管管径较大，且涉及板厚较大，成本占比较高，应在详细考虑满足规范分段的基础上，进行细致排版，准确的确定订货板尺和数量。相比而言，拉筋的壁厚较小且数量较多，可以按规格分类统计长度，确定板尺和数量，考虑到卷制能力和排版余量，可以适当增加采办余量。钢桩和隔水套管管径和壁厚比较单一，应准确定料，并且专料专用，可不留余量。

主结构钢材应先行采办，为应对后续详细设计可能的修改，并考虑到附件的用料，对除加厚段Z向性能钢板之外的材料，可适当增加采办余量。2.2 附件材料

附件材料的采办包括钢板、型钢、无缝钢管、格栅、橡胶护舷、紧固件、胶皮等，附件材料采办虽然涉及金额较小，但是涉及种类多，容易出现问题，是采办工作的重点。对于分批采办，附件采办时主结构一般可完全确定，因此附件钢板的采办应在主结构材料采办的基础上进行，既要考虑对主结构的补采，又要充分利用主结构的余料，并应严格控制采办余量。附件散钢和紧固件的采办应注意其防腐要求，并在采办文件上明确注明。橡胶护舷等特殊材料应注意其型号和所依据的标准，对其配套提供的紧固件提出明确的要求，并体现在采办文件中。3 设计出图

3.1 设计出图的主要工作

导管架加工设计的出图工作主要分为结构

加工图（安装图）、单件图（杆件图）、排版图（下料图）等。其中结构加工图在表达结构的基础上，加工设计的主要工作是标注杆件号，为后续单件图提供基础；单件图用于表达单个构件的规格尺寸以及与之相关联的杆件的信息；排版图是将单根杆件所需的材料放样到已采办的材料上，用于下料。3.2 各类杆件的处理

从结构形式上看，导管架的出图主要工作在于管系的处理，型材和板材在其次。对于管系的出图，核心在于杆件的单件图，即将每根杆件的整体和端部尺寸信息、坡口信息表达成切割设备可以识别的格式，此功能可以通过Auto CAD编程实现或使用Tekla Structures等工程软件实现。钢管的分段和排版应结合实际的卷制能力完成。型材和板材的单件图和排版图则可完全依靠Tekla Structures建模实现自动化。3.3 设计工作的原则

加工设计出图工作应以服务生产为基本原则，设计的深度应以满足现场需求为原则，设计的进度应以保证施工连续为原则。3.4 设计质量的控制

加工设计的图纸直接用于施工，因此设计质量尤为重要。设计质量的把控应从设计输入、设计过程、设计输出三个方面进行控制。

(1)设计输入

应保证所有用于加工设计的详设图纸和文件为最新版次，且有项目管理部门正式的用于加工设计的指令。同时项目过程中所有与设计相关的信息应及时传达到所有相关设计人员。

(2)设计过程

设计过程应严格执行设校审制度，保证每级各负其责。

(3)设计输出

应保证加工设计的文件按体系要求签署完成，并在第一时间以正式的文件传递流程发送到施工车间。4 工艺设计

4.1 主要内容及设计原则

工艺设计的主要内容是编制施工指导文件，主要包括总体建造方案、单片预制方案、吊装方

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4.4 吊装方案

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案等。工艺设计的原则是在保证安全可行的情况下，基于工厂实际的设备设施能力，提高整个建造过程的施工效率。4.2 总体建造方案

总体建造方案是工艺设计的核心，涉及整个导管架的建造流程，是重中之重。其设计应根据工厂的设备设施能力，将导管架进行分片，从而可以实现模块化预制，确定各分片的安装顺序，确定各附件的安装时机和顺序，确定建造过程的临时支撑结构。附件的预制和安装应特别给与重视，应以附件陆地安装减少空间组对焊接为原则，同时应注意附件安装顺序对总组过程和临时支撑结构布置的影响，以防碰撞，造成返工。4.3 单片预制方案

在确定分片信息后，应编制单片预制方案，单片预制方案中应体现单片所包含的具体结构信息（包括所带附件）、组对顺序、尺寸控制信息、支撑垫墩信息、总组和吊装临时加强信息等。

吊装方案是整个导管架建造过程中涉及安全的最重要的工艺文件，其编制的应以安全可行为基本原则。吊机和吊索具的安全系数选取、单片结构强度的校核应严格依据相关规范和体系要求。同时应对整个吊装过程以及总组就位过程进行三维仿真模拟，以避免吊装过程中结构的碰撞，尤其是附件、临时结构之前的碰撞。5 结论

综上所述，导管架的加工设计应该面向并服务于生产组织，设计出图工作应在满足施工现场设计深度的基础上，向着自动化的方向迈进，以节省人力成本、提高设计效率为目标，工艺设计应在安全可行的基础上，以节省施工资源、提高施工效率为目标。

收稿日期：2019-04-17；修回日期：2019-07-15

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维实体模型，直观地展示了防喷器结构构造，为防喷器应力分析提供分析基础。

（2）对水下防喷器的承压主壳体及双闸板进行了有限元分析计算，给出了额定工作压力条件下的应力云图，按照API标准中的方法进行了强度校核，校核结果显示闸板及壳体均满足强度要求。

（3）通过承压分析得出了防喷器高应力区域集中在壳体及闸板的接触部位，在防喷器检查及维保中要重点关注，确保井控设备安全。

◆参考文献

[1] 吴奇兵，张士超，葛伟凤，等. 水下防喷器疲劳寿命分析及判废研究[J].石油矿场机械，2017，46(6)：1-5.

[2] 马卫国，梅雪松，王炜，等. 基于AMESim的带压作业防喷器关闭性能仿真[J].中全生产科学技术，2018，14(10)：88-94.

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[4] 唐洋，刘清友，杜利，等. 闸板防喷器壳体应力分布试验测试与分析[J].石油机械，2013，41(7)：15-18+32.

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[6] 付海龙，王金友，贾光政，等. 带压作业闸板防喷器关键部件的有限元分析[J].石油机械，2008，36(8)：25-27. 收稿日期：2019-06-11；修回日期：2019-07-18