梁夹在LNG模块海上运输管道固定上的应用

张少华

海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520

梁夹在LNG模块海上运输管道固定上的应用

张少华

海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520

在海上运输过程中，LNG模块及其内部管道会受到风浪流的影响，随船舶一起发生摇晃。已有结构梁支撑满足管道生产时的受力状态，但不能完全满足海运条件下的受力状态，因此需要额外增加临时约束。根据海运受力分析的结果，采用梁夹固定的刚性支架对管道进行必要的临时约束，所有辅助固定在模块海上运输结束后拆除。采用该梁夹固定方式，满足LNG模块海上运输管道临时固定的受力要求，不需要动火作业，大大地提升了工效，且减少了焊材、砂轮片、油漆等材料的使用。

LNG模块；梁夹；海上运输；管道固定

国内海上采油平台项目基本在近海海域进行运输和安装，模块受风浪流的影响较小，且模块上管道已连接成整体，因此对管道本身的破坏程度小，对管道装船固定临时保护要求不高，多数情况下未做处理。

对于某海外LNG项目，其部分模块在我国境内完成建造，然后通过海上运输到达总装地。在运输过程中，模块受风浪流的影响非常明显，且LNG模块与模块之间的管道未连接，因而遭受破坏的可能性也更大，已有结构梁支撑不能完全满足管道海运条件受力要求，通过增加临时辅助固定以限制管道的晃动，对保护管道系统内的阀组、仪表件及设备管口非常有必要。本文对梁夹在该LNG项目海上运输中的应用进行分析。

1 梁夹组成及原理

梁夹组成示意如图1所示。弧形体主体呈弧形，中间较厚，弧形体的中间设有调节螺栓孔，调节螺栓孔的两边设有用于安装调整滑块的卡槽，弧形体的两端的宽度大于中间的宽度，以增大受力面积。调整滑块的下表面呈弧形，其弧度与弧形体表面的弧度是一致的，以使弧形体与调整滑块表面能够无缝接触；弧形表面两端设有便于滑块在弧形体的卡槽内移动调节的凸起；调整滑块的上表面是一个平面；调整滑块的中间有螺栓孔。

图1 梁夹组成示意

根据梁夹所要安装位置的结构梁翼缘板厚度不同，调整弧形体与钢板之间倾斜的角度，然后根据弧形体的位置调整滑块的位置，以保证螺栓处于竖直状态，然后紧固螺栓，并给螺栓加扭矩，将钢板或者型钢固定在结构梁上。

2 梁夹加工及承载力校核

2.1 梁夹尺寸

为了节约工程成本，推荐采用厚钢板进行机加工制作梁夹。以某国外大型LNG项目使用的梁夹为例，各部位材料特性见表1[1-2]，其中螺栓螺母、弹簧垫片、平垫片为直接采办的成品。

表1 材料特性

由于受力条件和安装结构梁的尺寸不同，需配备不同规格的梁夹，并配套不同规格的螺栓。在上述某国外LNG项目中，配备了4种规格梁夹，考虑机加工时夹持所需尺寸在内，采用的钢板、螺栓尺寸，适用的结构梁翼缘板厚度如表2所示。

表2 梁夹机加工尺寸

2.2 梁夹承载力校核

利用ANSYS软件对梁夹固定点的受力情况进行分析，并建立模型，如图2所示。

规格1-4对应的结构梁尺寸、钢板尺寸和钢管规格见表3。

分别在规格1～4模型中的钢管下端面上加载24、80、100、150 kN的力，方向竖直向下，同时将结构梁的上表面固定，钢板、梁夹不外加限制。利用ANSYS软件对其进行分析。

图2 梁夹承载模型示意

表3 不同规格梁夹对应的结构梁尺寸及钢板尺寸钢管规格

以规格1为例：其应力分析云图如图3所示，由于简化模型会造成应力奇异，忽略应力奇异点，梁夹结构上的最大应力为229.5MPa，满足要求。

图3 梁夹承载结构ANSY S应力分析云图/MPa

梁夹固定点的变形云图如图4所示，钢板在长度方向上的最大变形为0.401 35 mm，出现在固定钢板的边缘处，小于2.6（400/150）mm，满足要求。

图4 梁夹承载结构ANSY S变形分析云图/mm

同理，对规格2-4的应力和变形进行分析，结果均满足要求，考虑一定的安全系数，规格1-4梁夹成对使用对应的最大承载力取值分别为20、60、80、120 kN。

3 梁夹的应用

3.1 梁夹固定门型支撑钢架

在海运过程中，管道需要临时支撑，因此需设计临时的型钢支架，如图5所示，临时型钢支架由钢板和型钢焊接组成，使用梁夹将临时型钢支架固定在已有结构梁上，用于支撑管道重量，海运结束后，拆除临时支撑。

图5 临时型钢支架固定示意

3.2 梁夹固定侧向限位型钢

在海运过程中管道需要额外侧向限位，如图6所示，使用4个梁夹将临时型钢固定在已有结构梁上，型钢与管鞋之间的间隙d取值20 mm，以限制管道的侧向移动，紧固螺栓。海运结束后，临时固定装置拆除。

3.3 梁夹固定轴向限位型钢

图6 临时侧向限位示意

在海运过程中管道需要额外轴向限位，如图7所示，使用4个梁夹将临时型钢固定在已有结构梁上，其固定方式与图6相同，侧向型钢与管鞋之间的侧向间隙d取值20 mm（或者根据应力分析要求取值），保证管鞋在侧向可以移动，轴向型钢与管鞋之间的轴向间隙d1取值2 mm，以限制管道的轴向移动，紧固螺栓。海运结束后，将梁夹螺栓拆除，整套海运固定装置拆除。

图7 临时轴向限位示意

3.4 梁夹固定管鞋底板

如图8所示，对于各个方向都需要限位的点，在管鞋底板上设计螺栓孔，利用梁夹将管鞋固定在已有结构梁上，紧固螺栓，管鞋在6个方向的移动都受到限制。海运结束后，将梁夹螺栓拆除。

图8 临时固定示意

4 应用效果

在某大型海外LNG项目模块海上运输阶段，采用上述3.2临时固定支架对某一处连接泵入口管道进行固定，该管道管径DN250，壁厚为12.70 mm，海上运输时，管道位置相对于船舶甲板面的高度为5.6 m，距离泵入口1.7 m处已有结构梁支撑（无侧向限位）。在海运条件下，该支架支撑点侧向力为5 982 N，在无侧向限位条件下，管道对泵入口力矩为10 169 N·m，安装侧向限位型钢并用梁夹固定后，管道对泵入口的力矩为12 N·m，经临时约束后的力矩值满足设计手册要求（设计手册中要求力矩小于5 020 N·m），有效地保护了泵设备接口。

5 结束语

梁夹采用非焊接形式，可以提供稳定可靠的承载力，无需动火作业，是管道临时辅助固定的较好选择。目前，该辅助固定方案已经在某大型LNG项目中成功应用，解决了管道装船固定的诸多技术问题，在类似项目上可以推广使用。

[1]GB 712-2011，船舶及海洋工程用结构钢[S].

[2]ASTM A230/A320M-01，Standard Specification for Alloy/Steel Bolting Materials for Low-Temperature Service[S].

[3]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[4]张德姜.石油化工装置工艺管道安装设计手册（第一篇）：设计与计算[M].3版．北京:中国石化出版社，1994：675-676.

Application of beam clamps in piping fixing of L NG module during marine transportation

ZHANG Shaohua
Offshore OilEngineering （Qingdao）Co.，Ltd.，Qingdao 266520，China

During marine transportation，the LNG module and its internal piping will shake with the vessel when affected by wind，wave and current.The existing structural beam supports for the piping meet the stress requirement under the production condition.However，they can’t fully satisfy the stress requirement under the condition of marine transportation.So，it is necessary to add assistant temporary restraints.According to the analysis result of the piping stress in marine transportation，beam clamps are used to fix the rigid supports，which can provide temporary restrain to piping，and then，all the temporary clamp sets are removed after finishing marine transportation.The piping fixing way by the beam clamps meets the stress requirement of piping during LNG module shipping and does not need hot work.It greatly enhances the work efficiency and reduces the use of welding material，grinding wheel，paint，etc.

LNG module；beam clamp；marine transportation； piping fixing

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.023

张少华（1986-），男，四川宜宾人，工程师，2009年毕业于西南石油大学材料科学与工程专业，现从事海洋工程加工设计工作。Email：zhangsh@mail.cooec.com.cn

2017-05-23；

2017-08-01