自升式移动钻井平台齿条修复案例介绍

李 军

(中国船级社青岛分社,青岛 266000)

自升式移动钻井平台齿条修复案例介绍

李 军

(中国船级社青岛分社,青岛 266000)

针对自升式移动平台桩腿齿条易于磨损的情况,以国内某自升式移动平台为例,重点介绍其桩腿齿条的修复方法。

钻井平台;齿条;修复

Abstract:In this paper,for the case of one domestic self-elevating drilling unit,mainly introduce rack repair methods,in order to achieve the communication and reference.

Key words:self-elevating drilling unit;rack;repair

0 前言

在近几年营运检验中,多次发现自升式移动平台桩腿齿条和齿轮啮合处磨损严重。显然,这些平台随着使用年限的增加,齿面磨损量会逐年增大,安全势必受到严重影响。营运中平台的齿条和齿轮磨损问题已备受船东和船级社关注和重视。

2009年国内某自升式移动平台在某船厂进行了检验。根据检查结果,重点对该平台齿条齿面进行了大规模修复。如此大规模的修复在国内外尚属首次,故本文以此为案例,对齿条齿面修复过程予以介绍,以供交流和参考。

1 齿条检测及磨损情况

该自升式移动钻井平台为钢制非自航,入CCS船级,适于25 m水深以内的钻井作业。该平台有4根圆柱形钢制结构桩腿,呈矩形对称分布于平台四角,桩腿材质为DH36高强度船用钢,齿条材质为ASTM A514。该平台桩腿外径2 133.6 mm,总长48.16 m,壁厚28.6 mm～34.9 mm不等。每根桩腿单侧齿条101齿,共计808齿,齿间距400 mm,齿宽152 mm。通过外观目测检查,发现齿条齿面存在两种情况:一是压应力引起的塑性变形;二是因啮合而引起的表面磨损。经初次检查,0齿～18齿及76齿～101齿因升降过程中使用较少,磨损微乎其微;19齿～75齿的448个齿条磨损严重,被定为本次重点检测对象。

这448个齿牙经检测,最小磨损量为4 mm,最大磨损量为13.7 mm。其中磨损量在4 mm～7 mm(不包含7 mm)的有240齿;磨损量在7 mm～13.7 mm的有208齿。以上齿条两侧上表面均有明显的不同程度的挤压变形,挤压变形深度最大处达20 mm～30 mm。

2 方案确定

针对以上情况,经过多次讨论,拟确定2种处理方案。方案1:齿条更换。要求根据现有平台的实际重量,重新计算桩腿受力,并对75齿以下段齿条全部更换。方案2:齿面修复。要求对19齿～75齿磨损挤压严重处齿条齿面进行重点修复。

对以上方案,船级社方面优选方案1。但由于受到船东内部隐患治理上报批复周期长和采购滞后等因素的影响,本次无法更换新齿条,只能对原有齿条齿面进行焊接修复。

3 修复方法

3.1 修复范围

对齿条如此大面积的修复,国内外应属首次。我们查阅了很多相关资料,船东也咨询了几个较大的齿条制造单位,但对齿条齿面修复方面没有找到可参照执行的具体规范和标准。为此经过多次讨论,并结合曾经在大连造船新厂时对齿条齿面修复的经验,确定对磨损深度超过7 mm(含7 mm)的齿条进行重点修复,对磨损深度小于7 mm的齿条不予考虑。同时考虑到齿轮的磨损量和与齿轮的啮合,要求修复后的齿条焊后成型误差控制在0～4 mm之内,同一水平面上齿条齿面要保证修复厚度相等。

3.2 修复方法

考虑到最大修复深度在13.7 mm以内,现场批准采用对母材堆焊和返修的焊接工艺规程作为施工理论依据。重点采用对母材长肉的方法进行修复。具体采用E11018-G焊条填充和盖面,同时依据焊接工艺评定和高强度钢要求进行无损检测、焊前预热及焊后热处理的过程控制。

3.3 修复工艺步骤

3.3.1 外形尺寸测量修复前采用事先做好的铝皮磨具进行测量,根据磨损程度对现场操作人员进行修复交底。

3.3.2 表面清理采用打磨的方法对齿条上表面进行清理;采用碳弧气刨和打磨相结合的方法对两侧挤压变形部位进行清理。目测无缺陷后进行无损检测。

3.3.3 焊前无损检测对处理后表面进行100%外观检验和100%MT检测;如合格进行二次清理表面至可焊条件。

3.3.4 焊前预热依据CCS《材料与焊接规范》(2006)和批准的WPS要求,对打磨后的齿条上表面进行焊前预热。当齿条温度低于0℃时,预热温度至少控制在20℃以上;考虑到齿条的宽度和厚度,本次修复时预热温度要求控制在150℃±20℃;层间温度要求控制在110℃～230℃。

3.3.5 焊接

针对齿条材质,选用符合要求的堆焊焊接工艺作为本次修复的理论依据,如表1所示。

焊接中注意事项:①必须采用电加热片均匀加热;②焊接过程中确保最小层间温度;③做好焊接应力的消除(焊接过程可采用木槌敲击法释放应力);④确保焊接方向的正确性;⑤注意齿面边缘的过渡;⑥每一焊层焊接完后(每道焊宽5～7 mm,每层20～30道),要求将焊层表面清理干净,然后经过缓冷至250℃以下再焊接下一层,依次类推,直至焊完。期间尽量避免焊接中断,否则需要重新无损检测、预热及焊接;⑦焊条使用前必须在325℃～375℃之间保温2～3小时,必须用保温桶装载,焊接时保温桶必须使用电加热,保证焊条不低于75℃,且焊工一次领取焊条量不得超过2小时用量。

3.3.6 焊后热处理依据批准的焊接工艺要求,焊后采用加热片将齿条均匀加热至200℃～250℃,加热后采用石棉被保温30 min后缓慢冷却。此时记录下时间,以控制无损检测时间间隔。

3.3.7 打磨整形焊后先用磨板进行测量,焊后成型误差须控制在0～4 mm内。齿面修复采用磨光机和细砂纸结合的办法进行表面整形。整形后的齿面需经现场验船师验收。

3.3.8 焊后无损检测整形后,齿面需进行100%外观检验和MT检测。对出现缺陷的部位需按批准的返修程序进行返修,返修次数不超过2次。检测时间至少在焊后72小时和焊后热处理完成后进行。

表1 符合要求的堆焊焊接工艺指数

4 修复结果

本次共计修复齿条208齿,占平台齿条总量的25.74%,修复结果基本满意。修复后平台进行了升降试验和钻井作业,目前桩腿性能良好。由于桩腿齿条如此大范围的修复在国内外尚属首次,为此,我们对修复的每根齿条都建立了修复档案,以便在日后检验过程中对磨损情况的检查比较提供参考,同时可做为检验该齿条修复工艺是否可行的比较依据,为今后类似项目的修理和施工提供经验和参考。

针对齿条状况,我们还要求:①在日常作业过程中严格控制平台自身重量,加强对平台新增重量的监控;②限定平台的可变工作载荷;③在以后年度检验中加强齿条磨损的监控和检测;④继续督促船东做好齿条和齿轮的更新工作。

5 结束语

目前国内自升式移动平台在移动平台中所占比例达70%。随着这些平台使用年限的增长,其桩腿齿条和齿轮啮合处磨损会日益严重,这将对平台的使用寿命和平台的安全产生严重影响,应该引起各相关方的足够关注和重视。如何处理解决磨损后或发生意外损伤带来的问题,就显得非常重要。通过本文对齿条齿面修复过程的介绍,希望能够达到交流和参考的目的。

[1] 海上移动式钻井平台构造和设备规则[S].1989.

[2] 国家船舶检验局.海上移动平台安全规则[S].北京:人民交通出版社,1993.

[3] 中国船级社.海上移动平台入级与建造规范[S].北京:人民交通出版社,2005.

[4] 中国船级社.材料与焊接规范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[5] 现场批准的经试验认可的焊接工艺文件.

Cases in Introduced on Self-Elevating Drilling Unit Rack Repaired

LI Jun
(China Classification Society,Qingdao 266000,China)

P752

B

1001-4500(2010)04-0054-03

2009-12-25

李 军 (1972-),男,工程硕士,高级验船师,从事海上石油工程建设和海工检验工作。