李 軍

(中國船級社青島分社,青島 266000)

自升式移動鉆井平臺齒條修復(fù)案例介紹

李 軍

(中國船級社青島分社,青島 266000)

針對自升式移動平臺樁腿齒條易于磨損的情況,以國內(nèi)某自升式移動平臺為例,重點介紹其樁腿齒條的修復(fù)方法。

鉆井平臺;齒條;修復(fù)

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

在近幾年營運檢驗中,多次發(fā)現(xiàn)自升式移動平臺樁腿齒條和齒輪嚙合處磨損嚴重。顯然,這些平臺隨著使用年限的增加,齒面磨損量會逐年增大,安全勢必受到嚴重影響。營運中平臺的齒條和齒輪磨損問題已備受船東和船級社關(guān)注和重視。

2009年國內(nèi)某自升式移動平臺在某船廠進行了檢驗。根據(jù)檢查結(jié)果,重點對該平臺齒條齒面進行了大規(guī)模修復(fù)。如此大規(guī)模的修復(fù)在國內(nèi)外尚屬首次,故本文以此為案例,對齒條齒面修復(fù)過程予以介紹,以供交流和參考。

1 齒條檢測及磨損情況

該自升式移動鉆井平臺為鋼制非自航,入CCS船級,適于25 m水深以內(nèi)的鉆井作業(yè)。該平臺有4根圓柱形鋼制結(jié)構(gòu)樁腿,呈矩形對稱分布于平臺四角,樁腿材質(zhì)為DH36高強度船用鋼,齒條材質(zhì)為ASTM A514。該平臺樁腿外徑2 133.6 mm,總長48.16 m,壁厚28.6 mm～34.9 mm不等。每根樁腿單側(cè)齒條101齒,共計808齒,齒間距400 mm,齒寬152 mm。通過外觀目測檢查,發(fā)現(xiàn)齒條齒面存在兩種情況:一是壓應(yīng)力引起的塑性變形;二是因嚙合而引起的表面磨損。經(jīng)初次檢查,0齒～18齒及76齒～101齒因升降過程中使用較少,磨損微乎其微;19齒～75齒的448個齒條磨損嚴重,被定為本次重點檢測對象。

這448個齒牙經(jīng)檢測,最小磨損量為4 mm,最大磨損量為13.7 mm。其中磨損量在4 mm～7 mm(不包含7 mm)的有240齒;磨損量在7 mm～13.7 mm的有208齒。以上齒條兩側(cè)上表面均有明顯的不同程度的擠壓變形,擠壓變形深度最大處達20 mm～30 mm。

2 方案確定

針對以上情況,經(jīng)過多次討論,擬確定2種處理方案。方案1:齒條更換。要求根據(jù)現(xiàn)有平臺的實際重量,重新計算樁腿受力,并對75齒以下段齒條全部更換。方案2:齒面修復(fù)。要求對19齒～75齒磨損擠壓嚴重處齒條齒面進行重點修復(fù)。

對以上方案,船級社方面優(yōu)選方案1。但由于受到船東內(nèi)部隱患治理上報批復(fù)周期長和采購滯后等因素的影響,本次無法更換新齒條,只能對原有齒條齒面進行焊接修復(fù)。

3 修復(fù)方法

3.1 修復(fù)范圍

對齒條如此大面積的修復(fù),國內(nèi)外應(yīng)屬首次。我們查閱了很多相關(guān)資料,船東也咨詢了幾個較大的齒條制造單位,但對齒條齒面修復(fù)方面沒有找到可參照執(zhí)行的具體規(guī)范和標準。為此經(jīng)過多次討論,并結(jié)合曾經(jīng)在大連造船新廠時對齒條齒面修復(fù)的經(jīng)驗,確定對磨損深度超過7 mm(含7 mm)的齒條進行重點修復(fù),對磨損深度小于7 mm的齒條不予考慮。同時考慮到齒輪的磨損量和與齒輪的嚙合,要求修復(fù)后的齒條焊后成型誤差控制在0～4 mm之內(nèi),同一水平面上齒條齒面要保證修復(fù)厚度相等。

3.2 修復(fù)方法

考慮到最大修復(fù)深度在13.7 mm以內(nèi),現(xiàn)場批準采用對母材堆焊和返修的焊接工藝規(guī)程作為施工理論依據(jù)。重點采用對母材長肉的方法進行修復(fù)。具體采用E11018-G焊條填充和蓋面,同時依據(jù)焊接工藝評定和高強度鋼要求進行無損檢測、焊前預(yù)熱及焊后熱處理的過程控制。

3.3 修復(fù)工藝步驟

3.3.1 外形尺寸測量修復(fù)前采用事先做好的鋁皮磨具進行測量,根據(jù)磨損程度對現(xiàn)場操作人員進行修復(fù)交底。

3.3.2 表面清理采用打磨的方法對齒條上表面進行清理;采用碳弧氣刨和打磨相結(jié)合的方法對兩側(cè)擠壓變形部位進行清理。目測無缺陷后進行無損檢測。

3.3.3 焊前無損檢測對處理后表面進行100%外觀檢驗和100%MT檢測;如合格進行二次清理表面至可焊條件。

3.3.4 焊前預(yù)熱依據(jù)CCS《材料與焊接規(guī)范》(2006)和批準的WPS要求,對打磨后的齒條上表面進行焊前預(yù)熱。當齒條溫度低于0℃時,預(yù)熱溫度至少控制在20℃以上;考慮到齒條的寬度和厚度,本次修復(fù)時預(yù)熱溫度要求控制在150℃±20℃;層間溫度要求控制在110℃～230℃。

3.3.5 焊接

針對齒條材質(zhì),選用符合要求的堆焊焊接工藝作為本次修復(fù)的理論依據(jù),如表1所示。

焊接中注意事項:①必須采用電加熱片均勻加熱;②焊接過程中確保最小層間溫度;③做好焊接應(yīng)力的消除(焊接過程可采用木槌敲擊法釋放應(yīng)力);④確保焊接方向的正確性;⑤注意齒面邊緣的過渡;⑥每一焊層焊接完后(每道焊寬5～7 mm,每層20～30道),要求將焊層表面清理干凈,然后經(jīng)過緩冷至250℃以下再焊接下一層,依次類推,直至焊完。期間盡量避免焊接中斷,否則需要重新無損檢測、預(yù)熱及焊接;⑦焊條使用前必須在325℃～375℃之間保溫2～3小時,必須用保溫桶裝載,焊接時保溫桶必須使用電加熱,保證焊條不低于75℃,且焊工一次領(lǐng)取焊條量不得超過2小時用量。

3.3.6 焊后熱處理依據(jù)批準的焊接工藝要求,焊后采用加熱片將齒條均勻加熱至200℃～250℃,加熱后采用石棉被保溫30 min后緩慢冷卻。此時記錄下時間,以控制無損檢測時間間隔。

3.3.7 打磨整形焊后先用磨板進行測量,焊后成型誤差須控制在0～4 mm內(nèi)。齒面修復(fù)采用磨光機和細砂紙結(jié)合的辦法進行表面整形。整形后的齒面需經(jīng)現(xiàn)場驗船師驗收。

3.3.8 焊后無損檢測整形后,齒面需進行100%外觀檢驗和MT檢測。對出現(xiàn)缺陷的部位需按批準的返修程序進行返修,返修次數(shù)不超過2次。檢測時間至少在焊后72小時和焊后熱處理完成后進行。

表1 符合要求的堆焊焊接工藝指數(shù)

4 修復(fù)結(jié)果

本次共計修復(fù)齒條208齒,占平臺齒條總量的25.74%,修復(fù)結(jié)果基本滿意。修復(fù)后平臺進行了升降試驗和鉆井作業(yè),目前樁腿性能良好。由于樁腿齒條如此大范圍的修復(fù)在國內(nèi)外尚屬首次,為此,我們對修復(fù)的每根齒條都建立了修復(fù)檔案,以便在日后檢驗過程中對磨損情況的檢查比較提供參考,同時可做為檢驗該齒條修復(fù)工藝是否可行的比較依據(jù),為今后類似項目的修理和施工提供經(jīng)驗和參考。

針對齒條狀況,我們還要求:①在日常作業(yè)過程中嚴格控制平臺自身重量,加強對平臺新增重量的監(jiān)控;②限定平臺的可變工作載荷;③在以后年度檢驗中加強齒條磨損的監(jiān)控和檢測;④繼續(xù)督促船東做好齒條和齒輪的更新工作。

5 結(jié)束語

目前國內(nèi)自升式移動平臺在移動平臺中所占比例達70%。隨著這些平臺使用年限的增長,其樁腿齒條和齒輪嚙合處磨損會日益嚴重,這將對平臺的使用壽命和平臺的安全產(chǎn)生嚴重影響,應(yīng)該引起各相關(guān)方的足夠關(guān)注和重視。如何處理解決磨損后或發(fā)生意外損傷帶來的問題,就顯得非常重要。通過本文對齒條齒面修復(fù)過程的介紹,希望能夠達到交流和參考的目的。

[1] 海上移動式鉆井平臺構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則[S].1989.

[2] 國家船舶檢驗局.海上移動平臺安全規(guī)則[S].北京:人民交通出版社,1993.

[3] 中國船級社.海上移動平臺入級與建造規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2005.

[4] 中國船級社.材料與焊接規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[5] 現(xiàn)場批準的經(jīng)試驗認可的焊接工藝文件.

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 軍 (1972-),男,工程碩士,高級驗船師,從事海上石油工程建設(shè)和海工檢驗工作。