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复合材料修复技术为海上设备“对症下药”

复合材料修复技术为海上设备“对症下药”

作业人员使用滚筒涂抹粘合剂,放置并固定复合套筒。

来自 | E&P
编译 | 白小明

20年前,当工程师们着手定义那些需要连续使用20~25年的海上设备规范时,通常采取非常保守的做法。在许多即将到达设计使用寿命的设备上均体现出了这种保守主义,这些设备仍然具有基本的结构稳定性,还可以再继续使用多年。

虽然一些海上生产系统的船体和上层结构仍然可以继续使用,但一些多年来一直承受较大应力和疲劳损坏的部件并不能继续使用了。为了继续安全使用,作业人员有必要进行一些有效的设备修理和替换。

当今,为了生产设施的继续运营,设备和资产的所有者在进行资产评估方面并没有太大困难,资产评估包括分析关键部件以确定哪些部件磨损过大需要维修或更换。这是关键的第一步,但接下来的一步很可能将决定这些寿命延长项目的成本效益。如果需要进行设备维修,那么维修将如何展开?使用什么产品?

复合材料

答案可能是使用复合材料。多年来,复合材料一直用于大量海上设备的维修工作,如隔水管维修、沉箱漏洞修复,以及延长大型部件的使用寿命,这些设备通常都经受着腐蚀和持续的环境破坏。

裂隙腐蚀是海上设备面临的一个主要的完整性威胁,也是复合材料解决方案其中一个最佳的用武之地。基于其配制和应用的方式,Clock Spring(公司的)复合材料修复技术可提供360度的保护,确保管具和套筒之间的每寸界面都密封良好。密封修复能力在减轻对设备已存在腐蚀影响的同时,还能防止进一步的损坏。

由于当前没有太多海上使用复合材料的信息,所以决策者没有信心将复合材料修复技术用于自己的设备。

与每项新技术产品一样,所有新技术并不是一开始就得到大家的认可。为了理解复合材料是一个不错的选择,有必要了解复合材料的每个使用案例。

实际工作中使用复合材料

外部腐蚀是海上设备设施面临的安全问题之一。特别是对于平台上的高风险区域。这些地方由于进入受限所以难以进行检查,如接近水线的隔水管段和难以触及的长距离管网。这些区域也很难采用传统的产品进行维修。而这些部件的损坏可以用复合材料技术来解决,复合材料不仅可以对脆弱区域进行结构加固,而且可以防止腐蚀的进一步恶化。

近期,一家作业公司在检查钻机时,遇到了修复问题,该钻机之前遇到过刺漏问题。作业公司希望寻求一种不用承担环境风险的解决方法,而且最关键的指标是不中断生产。Clock Spring修复技术可以在不停机的情况下进行作业,因此它是海上生产设施的理想选择。

通常,复合材料解决方案主要围绕两种常用的规范进行设计,即美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers)的PCC-2第4.2条,以及国际标准化组织(International Organization for Standardization)24817号技术规范。该设计指南使专家将设计条件和预期修复寿命整合到一个公式,从而确定所需的复合材料厚度。

在将成品应用到钻机前,工程师需要了解材料工作的条件。复合解决方案设计基于管材知识、设计温度上限/压力极限,以及特定的海上应用可能遇到的载荷条件。一旦制定了规范,即可开始复合修复材料的制造加工过程,需要采用可信赖的国际标准规范制造和设计过程。

复合材料修复技术为海上设备“对症下药”

长久以来,复合材料被广泛应用于海上设备的维修工作,如靠近水线的隔水管段,不易到达的长管网。本图中,经验丰富的技术人员借助绳索固定自己来修复隔水管。

这些维修工作非常重要,必须精确配制复合材料。修复计划应包括明确的地面准备工作范围和一个安装过程中和修复结束后的检查表。

安装人员使用根据标准制造的Snap Wrap套筒进行维修。预制套筒保证了材料尺寸和厚度的准确性,且加速了安装过程,因为无需在现场制作复合材料。

在制造加工厂中制造设备,不仅确保了更好的质量控制,也能确保对每个设备进行编号和跟踪。

安装人员需要使用绳索到达修复位置进行套筒安装。使用准备好的套筒,团队开始安装过程。首先通过滑轮系统接收第一个外壳,然后将其安装到预定的安装位置。工作人员使用滚筒涂抹粘合剂,放置并固定第一个套筒。从第一个接缝处旋转90度,安放下一层套筒,保证接缝不重叠。重复该过程,在第一段隔水管安装4层套筒。

4层安装完毕后,在外壳周围绑上固定带,压住外壳,直到其完全粘附到隔水管上。此过程大约需要1个小时,因为Snap Wrap到达现场后,无需现场处理,可以直接粘合到隔水管上。一天可以完成12个套筒的安装,比复合材料的湿式安装快3倍。

工作人员按照准备好的清单检查安装,并确保整个安装系统通过所有性能要求。团队还向业主提供了一个在后续的检查清单,指出了为确保完整性而进行修复评估的检查频率。

未来的应用

复合材料解决方案已被用于隔水管连接,沉箱和船体结构的修复,其应用范围远不止这些。它们是许多腐蚀预防和延缓领域的理想选择,简单的安装过程使其可以在大量条件下进行修复工作,包括水深最大为9米(30英尺)的水下环境。

为了提高作业的安全性,研究人员正在寻求一种使用ROV代替人工操作进行复合修复的方法。由于复合修复方案的快速、低成本特点,在设备退役项目中它们也极具价值,在这些项目中,作业人员必须确保管道和流道的完整性,以防止非预期的流体排放。随着复合材料修复技术逐渐得到行业的认可,该技术的使用范围将不断扩大。

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二丫
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系二丫(QQ295900524;微信13132550596)

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