楊 曼，呂旭鵬，周培玉

[1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200000；2.中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司，天津 300000]

1 海底柔性管及骨架層簡介

1.1 海底柔性管的定義和分類

海底柔性管骨架層是一種關(guān)鍵性的海洋設(shè)備，為管道提供徑向剛度，承受外壓載荷，主要抵抗靜水外壓載荷、環(huán)控壓力載荷引起非黏結(jié)柔性管道壓潰失效。在海洋工程中，按照制造工藝將海洋柔性管道分為黏結(jié)柔性管道和非黏結(jié)柔性管道。

柔性管的復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合了提供流體完整性的低剛度聚合物密封層和提供強度的高剛度螺旋金屬鎧裝層。因而與軸向拉伸剛度相比，柔性管的抗彎剛度較低，其曲率半徑遠小于抗壓能力相同的均質(zhì)管。其性能特點如下所示。

（1）彎曲半徑?。ㄈ嵝裕?。非黏結(jié)柔性管道各層間相對獨立且各層之間可相對滑動，彎曲半徑較小，很好地貼合海床地形，可用于不平坦的海床環(huán)境，避免進行海床處理，也可降低因海底滑坡導(dǎo)致管道大幅位移和損壞的風(fēng)險。

（2）運輸、安裝方便。非黏結(jié)柔性管道連續(xù)纏繞在立式大盤，每盤柔性管預(yù)制長度可達幾公里（6"約2.5 km/8"約2.2 km/10"約1.2 km）。可通過船舶將多盤柔性管運輸至碼頭進行倒駁，在碼頭可完成立式大盤柔性管與施工船上臥式大盤倒駁工作，使得海上連接工作量少，鋪設(shè)周期短，可降低管道鋪設(shè)成本，也可避免平臺端的膨脹彎安裝，降低管道末端法蘭連接成本。

（3）可回收和環(huán)保。非黏結(jié)柔性管道便于回收和重復(fù)利用，從而在整體上節(jié)約深海油田投資。

（4）深抗水和惡劣環(huán)境下，柔性管的安裝比鋼管更為經(jīng)濟。

（5）抗腐蝕要求較低。非黏結(jié)柔性管道金屬鎧裝層并不會與輸送流體直接接觸，其抗腐蝕性能要求較低。但是，柔性管最內(nèi)層的骨架層與輸送流體相接觸，要求其具有抗H2S/CO2等耐蝕性。

1.2 骨架層的作用和結(jié)構(gòu)

柔性管骨架層作為海底管道的支架承重組件，其質(zhì)量和性能的穩(wěn)定性對于油氣輸送具有至關(guān)重要的意義。在海水環(huán)境中，海底柔性管骨架層不僅要承受深海水的壓力，還要抵御海中海流、海浪、海底巖石等外界因素的影響，因此在設(shè)計和生產(chǎn)中需要極高的技術(shù)含量。

骨架層為S 形截面鋼帶螺旋纏繞的互鎖結(jié)構(gòu)，層間存在間隙，具備一定的彎曲能力，保證結(jié)構(gòu)有足夠的柔性，通常作為非黏結(jié)柔性管道的最內(nèi)層使用，以防止由于壓降、外壓、抗拉鎧裝層壓力和機械擠壓引起的內(nèi)壓密封層壓潰。

1.3 材料選取和性能

為了保證柔性管骨架層的穩(wěn)定性和可靠性，設(shè)計和生產(chǎn)過程中需要考慮多種因素。以下是其中一些重要的因素。

（1）海底環(huán)境：在海洋環(huán)境下運行的柔性管道必須能夠承受特殊的溫度、壓力和流動條件。這意味著在柔性管道的設(shè)計和生產(chǎn)過程中，必須考慮到這些因素，并確保材料能夠承受這些環(huán)境的影響。

（2）材料選擇：柔性管道的骨架層所使用的原材料決定了其在海底環(huán)境下的性能。例如，在選擇骨架層原材料時，應(yīng)該考慮到管道安裝條件和管道內(nèi)的海水等因素。鉬元素可以大幅提高不銹鋼的耐腐蝕性能，從而有效地提高了柔性管道對管內(nèi)介質(zhì)和海水的抵御能力，故常采用含有鉬元素的超低碳奧氏體不銹鋼鋼帶（316 L）作為優(yōu)選材料。

1.4 骨架層的成形原理

骨架層的成形流程：鋼帶焊接→鋼帶儲料→鋼帶預(yù)成形→鋼帶互鎖成形→牽引機→立式大盤（收線）。

骨架層互鎖鎧裝機是同心旋轉(zhuǎn)體，儲帶盤上的不銹鋼帶通過其旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)盤上的6組呈一線式分布成形滾輪，逐漸將矩形橫截面鋼帶擠壓成形為近S 形橫截面的金屬型材，近S 形橫截面的金屬型材通過與管體軸線呈近88.5°的螺旋纏繞角度進入6組呈螺旋式均勻分布滾壓輪，逐漸滾壓互鎖成S 形橫截面的螺旋管。（根據(jù)所纏繞管的直徑和配置的管材模芯胎具，6組滾壓輪沿軸向形成一個完整的節(jié)距，旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)盤帶動6組滾壓輪對模芯圓周6點滾壓互鎖成形管材和推出）。

2 海底柔性管骨架層生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制

柔性管骨架層的生產(chǎn)過程一直是一個復(fù)雜而困難的任務(wù)。這個過程需要多種工藝、材料和設(shè)備的配合，才能制造出高質(zhì)量、耐用的產(chǎn)品。然而，由于較低的生產(chǎn)效率和可能出現(xiàn)的各種質(zhì)量問題，嚴格控制每個環(huán)節(jié)的品質(zhì)和耐久性問題非常必要。在柔性管骨架層的生產(chǎn)過程中，會發(fā)生多種問題，如生產(chǎn)周期過長、不穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、成本高昂等。在柔性管骨架層的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)周期是一個問題。由于其復(fù)雜性，整個生產(chǎn)周期可能會非常漫長。另一個問題是產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定性。由于柔性管骨架層采用的是復(fù)雜的生產(chǎn)工藝和材料，因此產(chǎn)品的質(zhì)量可能會受到各種外部因素的影響。為了解決這個問題，生產(chǎn)過程中應(yīng)該嚴格控制每個環(huán)節(jié)的品質(zhì)問題，同時進行嚴格的產(chǎn)品質(zhì)量控制。

2.1 骨架層截面變形

骨架層截面變形是骨架層生產(chǎn)過程中的一個主要問題。這種變形可能是由于生產(chǎn)設(shè)備的裝配精度不高、操作不當或其他原因引起的。這種變形會導(dǎo)致骨架層的截面結(jié)構(gòu)不符合設(shè)計要求，使骨架層失去了原本的抗壓潰的能力，從而影響骨架層產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

為了解決這個問題，可以采取多種措施。首先，需要對生產(chǎn)設(shè)備進行定期維護、更新和調(diào)試，以確保設(shè)備的穩(wěn)定性和準確性。同時，骨架層的生產(chǎn)速度也需要加以控制，骨架層生產(chǎn)速度越快，骨架層設(shè)備旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速也越高，旋轉(zhuǎn)體帶動6組滾壓輪加快對骨架層1個節(jié)距內(nèi)的滾壓互鎖及推出過程，生產(chǎn)穩(wěn)定性降低。因此，在設(shè)計骨架層生產(chǎn)線時，應(yīng)該考慮到這個問題，設(shè)置適當?shù)纳a(chǎn)速度，以保證骨架層的截面結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求。其次，通過調(diào)整骨架層設(shè)備旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速可以達到減緩變形的目的，數(shù)據(jù)顯示速度由0.1~0.12 m/min 降至0.08~0.06 m/min，截距大小由20.4 mm 降至 16.32 mm?？梢酝ㄟ^降低骨架層的生產(chǎn)速度，以彌補設(shè)備的不穩(wěn)定性，從而達到減緩變形的目的。可以通過數(shù)據(jù)分析來確認最優(yōu)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速以加強操作和提高生產(chǎn)效率。此外，生產(chǎn)過程中還需要注意精細化操作，盡量避免外力的影響，以確保骨架層的截面結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求。

2.2 骨架層邊緣變形

骨架層變形問題可能會導(dǎo)致外觀變化和邊緣尖銳、毛刺產(chǎn)生的情況。這種變形通常由于被滾壓輪擠壓導(dǎo)致表面局部壓扁，輪廓發(fā)生變化等原因引起。這不僅會影響骨架層的外觀質(zhì)量，還會影響其整體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。為了解決這個問題，可以采取多種措施來確保骨架層的質(zhì)量。

首先，需要質(zhì)量控制團隊對生產(chǎn)過程進行全面檢查，每6h 需對機器進行一次校核，并形成記錄，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。同時，也需要制定出符合骨架層特點的檢驗方法和標準，確保所有骨架層產(chǎn)品都符合質(zhì)量要求。

其次，在生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強工人的效率和技術(shù)水平培訓(xùn)，保證生產(chǎn)操作的標準化和精細化。此外，也可以對生產(chǎn)設(shè)備進行適當?shù)母倪M和升級，提高生產(chǎn)效率和準確性，減少骨架層變形的可能性。

2.3 成形滾輪中鋼帶壓裂

未成形鋼帶縱向撕裂是骨架層生產(chǎn)過程中的另一個常見問題。該問題通常由于導(dǎo)向滾輪與鋼帶尺寸不匹配造成，導(dǎo)致鋼帶在滾壓過程中無法正常成形，從而出現(xiàn)縱向撕裂的情況。

為了解決這個問題，應(yīng)首先確保生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)試工作得到充分、專業(yè)的確認。需要有專業(yè)人員對各方面進行認真調(diào)試，確保調(diào)試工作的各個環(huán)節(jié)都能得到妥善的關(guān)注。同時，還需要制定詳細的骨架層調(diào)試文件，包括調(diào)試過程中的各種參數(shù)、程序和流程等信息，以確保調(diào)試工作的規(guī)范性、透明度和可追溯性。這對于保證生產(chǎn)質(zhì)量和進度具有重要的意義。除了上述措施外，還可以通過一些技術(shù)手段來防止鋼帶縱向撕裂的問題。例如，可以通過使用精密加工的導(dǎo)向滾輪和準確的鋼帶尺寸來減少不匹配的問題。此外，還可以采用改進后的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，提高生產(chǎn)效率和精度，減少鋼帶縱向撕裂的發(fā)生。

2.4 鋼帶尺寸

鋼帶寬度偏差是骨架層生產(chǎn)過程中的另一個常見問題。這種偏差可能會影響鋼帶的成形和壓制，導(dǎo)致骨架層產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定。為了解決這個問題，可以采取多種措施。

首先，需要質(zhì)檢團隊對傳送至骨架層設(shè)備儲帶盤的每盤鋼帶首尾端的寬度進行檢驗，并形成檢驗記錄。在檢驗過程中，特別需要對鋼帶組前后的鋼帶寬度進行檢查，以避免出現(xiàn)寬度不一致的鋼帶被焊接在一起的情況。

其次，需要加強生產(chǎn)工人的培訓(xùn)和質(zhì)量意識，確保生產(chǎn)過程中所有環(huán)節(jié)都符合相應(yīng)的要求和標準。同時，應(yīng)制定出針對鋼帶寬度偏差的相應(yīng)工藝和控制措施，以最大限度地減少該問題的發(fā)生。

2.5 毛刺

骨架層毛刺的產(chǎn)生是骨架層生產(chǎn)過程中的一大難題。根據(jù)實踐經(jīng)驗，骨架層毛刺主要產(chǎn)生在兩個位置，并由不同的原因所致。

第一個位置是鋼帶經(jīng)過成形滾輪后，不銹鋼帶邊緣產(chǎn)生毛刺，經(jīng)過圓盤縱剪的鋼帶本身有尖銳邊緣，再與成形滾輪接觸后，形成毛刺。為避免這種情況的發(fā)生，建議在生產(chǎn)過程中對鋼帶兩側(cè)邊緣進行倒圓角處理（如R0.27 mm），以防止毛刺的產(chǎn)生。

第二個位置是截面為緊S 形的鋼帶經(jīng)過滾壓輪互鎖成形后，骨架層邊緣受到6組滾壓輪擠壓，形成毛刺。要解決這個問題，應(yīng)當及時觀察6組滾壓輪與骨架層接觸情況，如果可能的話微調(diào)滾壓輪的位置并適當降低其轉(zhuǎn)速，以避免毛刺的產(chǎn)生和骨架層的變形。

由于目前還無法完全避免骨架層毛刺的產(chǎn)生，生產(chǎn)線上的質(zhì)檢人員需要加強跟蹤檢驗和及時處理骨架層毛刺，并形成相應(yīng)的檢驗記錄，以保證內(nèi)壓密封層的生產(chǎn)不受影響。

在處理骨架層毛刺時，骨架層生產(chǎn)速度較慢，有利于進行清理。因此，在內(nèi)壓密封層生產(chǎn)之前，應(yīng)將骨架層上的毛刺全部清理干凈，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

3 案例分析

骨架層是海底柔性管的關(guān)鍵部件，但是在某些生產(chǎn)項目中，骨架層質(zhì)量不良的情況也時有發(fā)生。以一個實際案例為基礎(chǔ)，深入探討骨架層質(zhì)量不良的原因、影響及對策措施。

在本案例中，某一海底柔性管生產(chǎn)項目出現(xiàn)了6次骨架層質(zhì)量不合格的情況，包括2次截面變形、2次邊緣變形、1次鋼帶壓裂和1次毛刺問題。這些問題的出現(xiàn)給項目的進度和成本帶來了不良影響，也引發(fā)了對骨架層質(zhì)量控制的深入思考。

在2次骨架層截面變形中，發(fā)現(xiàn)截面形狀和互鎖度都不符合設(shè)計要求。根據(jù)經(jīng)驗，這種質(zhì)量問題的根本原因通常是由于生產(chǎn)速度過快，而未及時采取相應(yīng)措施來避免截面變形。因此，立即采取了相應(yīng)的措施來解決這個問題。對設(shè)備進行了重新調(diào)試，切除了變形區(qū)域，并按照工廠出具的處理措施，將成形鋼帶重新焊接、重新互鎖成形、與已生產(chǎn)的完好骨架層重新連接，并檢驗連接位置骨架層外觀、尺寸，檢驗結(jié)果符合技術(shù)要求，處理一次骨架層截面變形，需占用6d生產(chǎn)時間。

2次骨架層邊緣變形的問題是由于生產(chǎn)速度過快，滾壓輪將焊縫之后的骨架層輕微壓制變形所致。同時這個問題的間接原因是質(zhì)檢人員的漏檢。因此，工廠將邊緣變形位置進行修模拋光處理，將此位置圓滑過渡，并去除因骨架層邊緣變形產(chǎn)生的毛刺，并檢驗連接位置骨架層外觀、尺寸，檢驗結(jié)果符合技術(shù)要求，處理一次邊緣變形需占用2h 生產(chǎn)時間。

1次鋼帶壓裂的問題，直接原因是當鋼帶通過一線式分布的成形滾輪時，鋼帶邊緣被滾輪壓裂。為了解決這個問題，更換了與鋼帶寬度相匹配的設(shè)備導(dǎo)向滾輪，重新調(diào)試了設(shè)備，并重新生產(chǎn)了骨架層。處理一次鋼帶壓裂問題，需占用2d 生產(chǎn)時間。

由此可見，骨架層的質(zhì)量是極其重要的。質(zhì)量不合格不僅會影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)時間，還會對工廠的信譽和聲譽帶來不良影響。因此，在骨架層的生產(chǎn)過程中，質(zhì)量控制是一個非常必要的環(huán)節(jié)。必須在每個環(huán)節(jié)嚴格檢查，確保每個環(huán)節(jié)都符合生產(chǎn)標準，從而保證生產(chǎn)出高質(zhì)量的骨架層產(chǎn)品，并避免返工和損失。通過質(zhì)量控制，可以確保骨架層產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，并提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平，從而提高整個工廠的競爭力和地位。

4 結(jié)論

海底柔性管是一種復(fù)雜的海洋設(shè)備產(chǎn)品，其在海洋深水環(huán)境下具有非常重要的功能。在海底柔性管骨架層的生產(chǎn)過程中，可能會面臨多種問題，這些問題可能會影響柔性管骨架層的穩(wěn)定性、可靠性和性能，從而影響到整個柔性管產(chǎn)品的品質(zhì)和使用效果。

為了確保海底柔性管骨架層的品質(zhì)和性能，需要采取適當?shù)奶幚泶胧┻M行質(zhì)量管控。這些措施應(yīng)該注重技術(shù)含量和制造工藝的純熟，包括對骨架層生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)試和維護，對原材料的選擇和質(zhì)量控制，以及對生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的監(jiān)控和管理。

總之，海底柔性管骨架層的生產(chǎn)過程需要嚴格的質(zhì)量管控和細致的管理，以確保其性能和品質(zhì)符合要求，并促進該產(chǎn)品的快速發(fā)展和經(jīng)濟效益的增長。