一種導管架平臺立管鐲式陽極安裝夾具設計

張國亞，陳志碩

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520 ）

隨著我國海洋石油工業的發展，技術較為成熟的導管架式平臺被廣泛應用于海洋石油開發工程中[1]。導管架平臺一般由上部的生活組塊、生產模塊和下部的導管架、立管、鋼樁等結構物組成[2]，其結構較為簡單，在淺水油氣的開發過程中應用較為廣泛，是目前海洋油氣資源開發的重要設施[3]。導管架平臺的結構物一般為鋼結構，如不采取有效的防腐措施，這些鋼結構物極易在海水中發生嚴重的腐蝕，極大縮短平臺服役壽命，造成巨大經濟損失[4]。為了防止海水對導管架平臺的腐蝕，工程人員通常在導管架平臺上采用涂層防護和犧牲陽極陰極保護法兩種主要防腐措施，并取得了良好的防腐蝕效果。涂層防護主要是通過對鋼結構物涂裝形成漆膜，從而將金屬與環境分隔開，保護金屬免受侵蝕[5]。犧牲陽極陰極保護法主要是將陽極材料通過陽極腿焊接到鋼結構上，通過電偶作用溶解陽極，產生陰極保護電流，從而對平臺鋼結構起保護作用。

立管作為海洋工程結構系統的重要組成部分，是海洋平臺上部生產設施管線與海底管道連接的重要管段，通常分為剛性立管和柔性立管[6,7]。對于立管的腐蝕防護通常采用涂裝防腐涂層和安裝鐲式陽極的方法。本文以荔灣3-1導管架平臺立管陸地建造施工為題，對立管鐲式陽極安裝工藝進行分析，設計了一種鐲式陽極安裝夾具，對于提高陽極安裝效率和安裝質量，降低操作人員勞動強度，節省費用等具有重要意義。

1 陽極安裝工藝分析

安裝在立管上的犧牲陽極一般為鋁合金材質的鐲式陽極，結構形式如圖1所示。

圖1 鐲式陽極結構圖[8]

1.1 焊接工藝

鐲式陽極通常采用焊接方式固定在立管上，即首先剝離涂層，露出管體后再與陽極腿焊接固定，安裝完陽極后再對破損涂層進行修補。該工藝存在如下缺點:

1. 為滿足焊接需要，鐲式陽極在焊接前需對立管已有防腐涂層進行打磨去除，由此造成大量的立管原有防腐層被破壞；

2. 被破壞的立管防腐層面積較大(平方米量級)，需采用熱縮帶、瑪蹄酯等材料進行修補，修補程序復雜，浪費人力、物力。

3. 焊接過程中，焊接的熱輸入量較大，進一步破壞焊接區周圍立管原有防腐層；

1.2 卡裝工藝

鐲式陽極還可采用卡裝方式進行固定，與常規的焊接方式相比，此方法鐲式陽極不需要直接焊接在立管上，而是通過陽極芯扁鐵相互焊接使陽極半瓦抱緊固定于立管上，陽極和立管間的電連接采用電纜進行，如圖2所示。采用該工藝，陽極破壞立管的防腐涂層面積?。ㄆ椒嚼迕准墸?，防腐層修補簡便。

圖2 鐲式陽極卡裝方式安裝[9]

該工藝對鐲式陽極的安裝提出了更高的要求，需采用夾具在陽極上施加一定的壓力，然后將鐲式陽極的兩個半片陽極進行焊接，使陽極抱緊在立管上。由于鐲式陽極為環形，厚度薄，在對陽極使用夾具施加壓力過程中，若施加的壓力不夠，陽極和立管間的摩擦力太小，陽極會在重力或振動的作用下滑動；若施加壓力太大，則可能破壞陽極或立管。

2 鐲式夾具設計

2.1 設計思路

為了滿足鐲式陽極卡裝工藝的安裝要求，需要考慮并解決的關鍵技術問題如下：

1. 壓力需要均勻分布在陽極表面；

2. 保證陽極在安裝過程中不受機械損傷；3. 準確控制施加在陽極上的壓力。

基于此，設計發明了一套鐲式陽極安裝夾具，該夾具可以準確的控制施加壓力，而且滿足立管鐲式陽極安裝的要求。

該立管鐲式陽極安裝夾具，由兩個碳鋼半瓦組成，內部粘貼氯丁橡膠片，兩個半瓦端部具有水平板，水平板上設有螺栓孔，兩半瓦通過螺栓連接固定。通過力矩扳手張緊夾具上的螺栓，而達到在陽極上施加壓力的目的（如圖3所示）。

圖3 鐲式陽極安裝夾具

2.2 施工步驟

該鐲式陽極安裝夾具在荔灣3-1導管架平臺立管陽極安裝上得到了充分應用，具體施工步驟如下：

1. 準備工作：根據立管的壁厚和材質，計算立管所能承受的最大壓強，根據陽極和立管接觸面積，計算需可以施加的最大壓力Fmax；根據陽極的尺寸、重量和立管原有涂層的摩擦特性，計算固定陽極所需的最小壓力Fmin。根據項目需要確定陽極安裝過程中所需施加的壓力F，該壓力應小于等于立管可承受的壓力Fmax，大于等于固定陽極所需的壓力Fmin，既Fmin≤F≤Fmax。

2. 將陽極放置在立管上，陽極安裝夾具放置在陽極外側。

3. 使用力矩扳手旋轉夾具上的螺栓，向陽極施加壓力，直至達到所要求的壓力。

4. 達到壓力后，將兩片鐲式陽極間進行焊接固定，所有陽極安裝均按照此步驟進行。

3 結論

該立管鐲式陽極安裝夾具，結構簡單、制作簡便、價格低廉；通過常見力矩扳手施加壓力，操作方便、效率高、易于推廣使用。該夾具在荔灣3-1導管架平臺立管陽極安裝上得到了充分的利用，陽極安裝速度提高至少3倍以上，大大降低了操作人員的勞動強度和生產成本，滿足工程質量要求的同時大大加快了施工進程。