FPSO外输漂浮软管性能水压试验分析

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(中海油能源发展采油服务公司，天津 300452)

FPSO外输过程使用的外输漂浮软管是以钢筋为骨架[1]，钢筋内外主要是帘线和橡胶材料的软管，它重量轻、强度高[2]，空管和输油时漂浮在海面上，抗弯模量小，可盘卷在滚筒上，敷设和撤收都很方便，因此，被广泛应用于海洋石油开发。

目前，海洋外输漂浮软管以良好的结构性能及经济性成为FPSO外输的惟一运输装置。我国对外输漂浮软管的自主研发尚存不足，为此，对国内生产的外输漂浮软管进行试验，验证外输漂浮软管的性能，在此基础上对外输漂浮软管进行优化设计。

1 外输漂浮软管的结构及类型

1.1 外输漂浮软管典型结构

外输漂浮软管由数层材料组合而成，不同层起到不同的功能，以确保软管完整性及安全性。外输漂浮软管的主体由内衬、加强层、缠绕钢丝加强层、漂浮层、外层复合而成。为辅助制造工艺，添加其它层(中胶层、管体外层)。同时，在软管两端安装端部构件形成完整外输漂浮软管，见图1。

1.2 外输漂浮软管的类型及性能参数

一套完整的外输漂浮软管由4部分组成，分别为主管、尾管、全漂浮舷管和增强型首管。原油外输时，增强型首管与FPSO相连接，首管依次连接主管、尾管、全漂浮舷管，全漂浮舷管在于穿梭油船连接。

图1 外输漂浮软管典型剖面

1.2.1 全漂浮软管(主管)

全漂浮软管参数见表1，外形见图2。

表1 主管参数表(单层)

图2 主管外形

1.2.2 全漂浮尾管

漂浮软管组的尾管参数见表2，外形与图2的主管外形相同。

表2 尾管参数表(单层)

1.2.3 全漂浮舷管

作为漂浮软管组中的最后一根，与提油轮相连接，参数见表3，外形见图3。

表3 舷管参数表

图3 舷管外形

1.2.4 增强型首管

作为漂浮软管组中的第一根，直接与FPSO相连接，参数见表4，外形见图4。

表4 增强型首管参数表

图4 增强型首管外形

2 外输漂浮软管水压试验方案设计

水压试验用以验证外输漂浮软管的伸长率。内压荷载是外输漂浮软管的功能荷载[3]，外输漂浮软管必须首先满足这个功能荷载。软管受到内部压力的作用，环向受内压，轴向受到相应的拉力。水压试验的目的是为了保证外输漂浮软管在外输作业过程中的安全。

2.1 试验所需设备

吊机、起吊横杠、尼龙带、液压泵、压力计、带垫圈的盖板、压力记录器、辊子、扳手。

2.2 实验操作流程

1)将5根辊子间隔2 m的距离平放在水平地面处。

2)用起吊横杠和尼龙带将要检测的软管水平吊放在辊子上。

3)将带垫圈的盖板分别用螺丝安装在软管两端。螺丝不能拧得太松或太紧，以免影响测试。

4)用液压泵向软管内部注水，管内空气同时可通过盖板上的阀门排出。当软管内部注满水、空气全部排出之后，保持软管内部压力为70 kPa，然后测试该条件下软管的长度La。

5)在5 min之内将软管内压从70 kPa增加到额定压力的一半，维持10 min，在5 min内将压力减至0。

6)再次在5 min之内将压力增加至额定压力1.5 MPa，维持10 min，测量该压力下软管长度Lb。

7)在5 min之内，将管内压力降低至0；暂停15 min，接着再将软管内压在5 min之内提高到70 kPa，测量该压力状态下的软管长度Lc。

8)计算临时延长率ete和永久延长率epe。

水压试验过程见图5。

图5 水压试验流程

3 外输漂浮软管水压试验验证

按照上面介绍的试验流程对4种16 in外输漂浮软管(增强型首管、主管、舷管和尾管)分别进行水压试验。试验结果要求外输漂浮软管的临时延长率≤2.5%，永久延长率≤0.7%，试验结果见表5。

表5 外输软管水压试验记录表

从外输漂浮软管水压试验可以看出，4种类型的漂浮软管(首管、主管、舷管和尾管)临时伸长率小于2.5%，永久伸长率小于0.7%，说明4种类型的外输漂浮软管抗内压能力均满足标准要求。

4 结论

随着我国外输漂浮软管需求的不断扩大，外输漂浮软管国产化研究必将成为我国海洋工程中的重点。外输漂浮软管具有重量轻、易敷设和便于回收等优点，但是国外外输漂浮软管高昂的价格和技术封锁阻碍了外输漂浮软管在我国的研究和发展。

外输漂浮软管水压试验系统可为今后外输漂浮软管的研究提供支持。

[1] 赵 伟，吕英民.海上漂浮输油软管的强度计算[C]∥中国机械工程学会机械设计分会论文集，西安：西北工业大学，2002：424-426.

[2] 宁 可，黄荣华，赵 伟.海上浮式输油软管的优化设计[J].机电设备，2001(1):39-43.

[3] 郑杰馨.海洋非粘结性柔性管设计和分析的验证实验研究[D].大连：大连理工大学，2010.