基于标准化成果的海管集成设计平台研发

潘悦然

(海洋石油工程股份有限公司 天津 300451)

0 引 言

随着石油行业国际市场环境条件的不断恶化，石油企业生存与发展的压力越来越大，降本增效以提高企业的生存能力、保证质量以增强企业的竞争力成为当前亟须完成的重要任务。海管设计技术是海洋工程的核心技术之一，通过技术手段提升海管的设计效率与设计质量具有十分现实的意义。

国内海管设计技术通过近些年的发展在中浅水领域已经较为成熟，并形成了相应的标准化成果，这对提升海管设计效率和质量起到了非常大的促进作用。在现有标准化成果的使用中，通常的做法是先将需要用到的基础数据汇总到设计基础中，然后在进行具体计算分析时从设计基础中将基础数据手工录入到相关的标准化文件或软件中。该方法存在2个缺陷：①由于需要将大量数据手工录入，工作效率比较低；②在多次手工录入的过程中容易出现基础数据录入错误。

基于上述考虑，通过构建一个海管集成设计平台和海管设计基础数据库，将相关标准成果或软件作为平台内核，经平台内部编程实现对标准化软件的数据输入，平台人机交互界面对设计过程进行关键项控制，从而减少了手工录入过程，极大地提升了整个计算的效率，并保证了设计质量。

1 平台及功能简介

平台基于Office第三方接口标准开发，采用VBA程序语言编写。用户可以在Office办公组件的Excel软件程序界面内使用，凭借Excel软件强大的数据处理能力，平台集成了海底管道的基础数据输入、稳定性计算、在位强度分析、安装计算、立管计算结果后处理、隆起计算等功能模块，每个模块中都提供相应的设计工具。

海管集成设计平台以现有的标准化成果和程序作为内核，给用户提供海底管道基础数据处理、海底管道稳定性校核、海底管道在位强度分析、海底管道安装计算分析、立管计算结果后处理、海底管道隆起屈曲分析计算等海底管道设计中通常涉及到的各种辅助功能，用户界面参见图1。

图1 海管集成设计平台用户界面 Fig.1 User interface of subsea pipeline integrated design platform

以基础数据输入模块为例，其主要包含数据输入工具、水深计算工具和管道基本参数计算等相关工具。数据输入工具可以帮助用户生成1个涵盖整个项目管道信息的表格和数据库，该工具会生成1个基础数据表格，供其他功能模块的数据调用。水深计算工具可以根据基础数据文件中的输入信息计算得到各种海管校核工作(例如在位强度分析、悬跨分析、屈曲分析、安装分析等)中需要使用的不同重现期的水深数据[1]。管道基本参数计算工具可以计算管道空气重量、管道水下重量、管土作用摩擦力等有效信息，用于其他模块或分析直接调用。整个集成平台的工作流程如图2所示。

图2 海管集成设计平台工作流程 Fig. 2 Flow chart of subsea pipeline integrated design platform

2 平台示范应用及验证

以实际项目中一条输油海底管道的实际设计条件和环境数据为例，对海管集成设计平台进行示范应用，以验证其对单层非埋设海管的设计适用性。

2.1 基础数据集成

海管集成设计平台运行后，将在Excel中生成“海管设计软件集成”选项卡，其中“基础数据输入”中的“数据输入”生成名为Pipe Data的Excel表格，Pipe Data是基础数据库表格，用于海管的基础设计数据输入。

在海管集成设计平台中将海管设计数据及环境数据整理并输入到Pipe Data工作表中，这样就得到了海管集成设计平台的基础数据库，为其他程序调用做好了准备。当其他程序调用该项基础数据时，不用再重新进行基础数据的输入，这样就减少了工作量和出错概率。

图3框中所示的“数据输入”为海管集成设计平台基础数据库的接口。

图3 海管设计软件集成选项卡 Fig.3 Subsea pipeline design software integration tab

2.2 调用壁厚计算程序

如图4所示，在完成海管集成设计平台的基础数据库之后，调用平台中的在位强度分析程序里面的WT_CHECK模块，如图5方框中所示，程序将自动调用壁厚计算标准化程序。壁厚计算程序首先将基础数据库中的海管设计数据输入到壁厚计算程序中进行计算，完成之后程序会自动将计算结果整理并打印成PDF文件，供编制计算报告使用。

图4 基础数据库完成图 Fig.4 Completion diagram of basic database

2.2.1 程序调用

本节程序的主要目的是将海管集成设计平台中的基础数据导入到壁厚计算程序中，并对各工况进行计算。作为示例，图6中给出了1区内压爆炸工况的输入和输出结果。海管的基础数据都成功地导入到 壁厚计算程序中，并调用壁厚计算程序的计算功能，得出了计算结果。

图6 海管集成设计平台流程 Fig.6 Flow chart of subsea pipeline integrated design platform

壁厚计算程序本身是商业软件(不属于本程序开发)，而本程序的目的只是将基础数据库中的数据导入到壁厚计算程序中，触发其计算功能并输出计算结果。从以上的程序调用和计算情况看，海管集成设计平台成功地完成了这两项工作。

2.2.2 结果对比

使用海管集成设计平台调用壁厚设计程序对海管进行了壁厚设计计算分析，并对各工况的计算结果与项目中计算结果进行了比较，如表1所示。

表1 单层管壁厚计算结果对比 Tab.1 Comparison of wall thickness calculation results of single-layer pipe

从结果的对比上看，海管集成平台调用软件的计算结果与项目的计算结果是完全一致的，证实本程序在调用数据和判断性输入上与对比项目计算结果完全吻合。

2.3 调用轴力计算程序

主要使用海管集成设计平台调用轴力计算程序，并把平台中的基础数据输入到轴力计算程序中，计算海管在热膨胀作用下的轴向力和管端膨胀量。在海管集成平台单击EXPANSION即可调用轴力计算程序[2]，见图7。

2.3.1 程序调用

在通过海管集成平台调用轴力计算程序之后，将弹出如图8所示的程序用户界面，对界面中几个参数，如管道涂层类型、操作工况或水压试验工部等进行选择性设定后，即可通过单击CAL按钮进行计算[3]。

图8 轴力计算界面及对应的计算结果 Fig.8 Axial force calculation interface and corresponding calculation results

2.3.2 结果对比

海管集成设计平台调用了轴力计算程序，并将海 管集成设计平台中生成的基础数据自动导入到轴力计算程序中进行计算。将计算结果与项目中单层管热膨胀计算程序中得到的计算结果进行比较，如表2所示。

表2 轴力计算结果对比 Tab.2 Comparison of axial force calculation results

从表2的结果对比来看，海管集成设计平台调用软件的计算结果与项目的计算结果在轴力计算上完全一致。

3 结 语

本文通过构建海管集成设计平台，对标准化成果和程序直接调用进行设计计算，数据对比结果显示平台和实际手工录入完全吻合，证实该平台功能达到了预期目的。

同时，通过研究确立了基于Excel第三方接口的平台搭建方法，该方法的实践为浅水海管的设计模式构建了一个新的框架。通过标准接口的使用和基于新模块、新工具的加入，海管集成设计平台的功能将越来越强大。■