摘 要：海洋油氣田開發(fā)生產(chǎn)過程中，起重機(jī)負(fù)責(zé)海上現(xiàn)場全部吊裝作業(yè)，以及與支持船舶之間的全部物料吊裝作業(yè)。鋼絲繩是起重機(jī)實(shí)現(xiàn)變幅、起升及下降等動(dòng)作的關(guān)鍵部件，海洋平臺起重機(jī)日常使用頻次較高，相比較于其他液壓、電氣系統(tǒng)等故障，一旦鋼絲繩發(fā)生故障，不僅會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備損害結(jié)果，還會(huì)導(dǎo)致較大的生產(chǎn)損失。本文針對吊機(jī)鋼絲繩的常見故障進(jìn)行分析，并提出處理建議。

關(guān)鍵詞：海洋油氣田 吊機(jī) 鋼絲繩 故障處理

Abstract: During the development and production of offshore oil and gas fields, cranes are used for all lifting operations on theoffshore site and all material lifting operations with offshore support vessels. Wire rope is the key part for crane to realize luffing,

lifting and lowering. The offshore platform crane is used frequently in daily service. Compared with other hydraulic and electricalsystem failures, once the wire rope fails, it will not only lead to serious equipment damage, but also cause greater productionlosses. In this paper, the common faults of crane wire rope are analyzed, and the handling suggestions are put forward.

Keywords: offshore oil and gas fields; cranes; wire rope; fault handling

本文以國內(nèi)某海上自升式平臺配置的電液驅(qū)動(dòng)起重機(jī)[2421HX32-00_YQHG2500-35 t-12 m(5 t -35 m) 型海洋起重機(jī)](以下簡稱吊機(jī))為例進(jìn)行分析研究。該平臺主要進(jìn)行海上鉆完井作業(yè)支持、修井和相關(guān)工程支持服務(wù)。

該吊機(jī)在高鹽度、高濕度的海洋環(huán)境下使用，設(shè)計(jì)工作環(huán)境溫度為_ 20℃～ +45℃，允許工作風(fēng)速為20.8m/s;停放時(shí)最大允許風(fēng)速為51.5 m/s。吊機(jī)日均運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間約為7~9 h。吊機(jī)的主要起重性能如圖1 所示。

圖1 某海上自升式平臺吊機(jī)起重特性曲線

Ⅰ——1.0 m 有義浪高時(shí)，船外起升主鉤負(fù)載曲線

Ⅱ——船上起升主鉤負(fù)載曲線

Ⅲ——2.5 m 有義浪高時(shí)，船外起升主鉤負(fù)載曲線

Ⅳ——1.0 m 有義浪高時(shí)，船外及船上起升副鉤負(fù)載曲線

Ⅴ——2.5 m 有義浪高時(shí)，起升副鉤吊人負(fù)載曲線

1 鋼絲繩簡介

吊機(jī)鋼絲繩通過滑輪組、壓板以及楔形與絞車以及鋼結(jié)構(gòu)安裝固定，實(shí)現(xiàn)變幅、主鉤、副鉤系統(tǒng)的起升與下放動(dòng)作。鋼絲繩的應(yīng)用布置如圖2 所示, 這3 組鋼絲繩的具體信息以及使用特性整理如表1 所示。

圖2 吊機(jī)變幅、主鉤及副鉤的鋼絲繩應(yīng)用圖示

2 常見故障原因分析與處理

鋼絲繩作為吊機(jī)的關(guān)鍵組成部件，不僅要注重日常維保，還必須建立信息管理臺賬，包括鋼絲繩型號、安裝時(shí)間、使用時(shí)長、檢查情況、保養(yǎng)信息等。

現(xiàn)針對吊機(jī)日常作業(yè)過程中，幾種常見的鋼絲繩故障進(jìn)行分析，并提出處理建議。

2.1 鋼絲繩“打扭”

1)故障現(xiàn)象 穿過游動(dòng)滑輪組的鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)主鉤的起升與下放操作動(dòng)作。正常工作狀態(tài)下，游動(dòng)滑輪組兩側(cè)的鋼絲繩應(yīng)相互平行，互不干涉;但當(dāng)鋼絲繩“打扭”時(shí)，游動(dòng)滑輪組兩側(cè)的鋼絲繩之間就會(huì)出現(xiàn)“8 字形”或者“麻花形”交叉，如圖3 所示。當(dāng)主鉤下放行程越長時(shí)，扭結(jié)現(xiàn)象會(huì)越明顯。鋼絲繩的“打扭”不僅會(huì)加劇磨損消耗，更會(huì)增加吊裝作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2)原因分析 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是新安裝或新?lián)Q鋼絲繩使用一段時(shí)間后，出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力集中，導(dǎo)致鋼絲繩“打扭”。

3)處理方法

新安裝或新?lián)Q鋼絲繩時(shí)，應(yīng)注意選擇抗扭結(jié)性能好，繩股捻向與絞車卷筒相匹配的鋼絲繩;使用正確的穿繩工藝，確保穿繩過程中，避免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

作業(yè)過程中，出現(xiàn)鋼絲繩扭結(jié)時(shí)，應(yīng)暫停吊裝任務(wù)，將吊臂置于安全架上，并將主鉤吊鉤與滑輪組下放至甲板面，再逐步放松鋼絲繩，在做好安全防護(hù)措施的情況下，通過拆除與吊臂相連的楔形頭端(“死繩”端)，釋放鋼絲繩內(nèi)部應(yīng)力，回裝并固定楔形頭。再次作業(yè)前，做起重測試，確認(rèn)鋼絲繩“打扭”問題解決。

圖3 鋼絲繩正常工作與扭結(jié)狀態(tài)圖示

同時(shí)，為了確保從本質(zhì)上解決鋼絲繩“打扭”問題，鋼絲繩在卷筒上的卷繞方向也至關(guān)重要，對于常見的光面卷筒和帶繩槽卷筒，建議卷繞方式參照表2[1]。

2.2 鋼絲繩“崩繩”

1)故障現(xiàn)象 吊機(jī)新投入使用不久，大約2 個(gè)月

時(shí)間，吊臂做變幅起升動(dòng)作，在40°～ 60°之間，也就是變幅絞車卷筒上第二層與第三層排繩轉(zhuǎn)換處，出現(xiàn)鋼絲繩排繩不規(guī)則，并會(huì)引起多次鋼絲繩“崩繩”現(xiàn)象，吊機(jī)載荷負(fù)載越重時(shí)，“崩繩”現(xiàn)象就越明顯，并會(huì)伴有聲響和震動(dòng)。如果吊機(jī)持續(xù)這種狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)快速加劇鋼絲繩的磨損，并存在吊裝作業(yè)安全隱患。絞車上鋼絲繩正常工作狀態(tài)與錯(cuò)排“崩繩”狀態(tài)下卷繞狀態(tài)對比如圖4 所示。

圖4 絞車鋼絲繩正常工作與錯(cuò)排“崩繩”狀態(tài)對比

2)原因分析

①卷筒與新安裝的鋼絲繩不匹配，導(dǎo)致第一層鋼絲繩排滿后，卷筒上還留有小于鋼絲繩直徑的間隙(卷筒一周)，會(huì)導(dǎo)致排繩不規(guī)則問題;

②光面的卷筒在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，第一層鋼絲繩因較長時(shí)間的受壓變形，會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩的導(dǎo)向紋路失效

③卷筒排繩與A 型架頂部導(dǎo)向定滑輪的偏斜夾角過大;

④卷筒上壓板固定的出繩口走向不順，會(huì)導(dǎo)致第二層排繩不規(guī)則，或第二層最后1～2圈的排繩出現(xiàn)“崩繩”。

3)處理方法 所有鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的偏斜角均不應(yīng)大于4°，對阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩不應(yīng)大于2°，可以采取減少卷筒長度或增加卷筒直徑、增大定滑輪與卷筒之間的距離等措施減小偏斜角。當(dāng)鋼絲繩在絞車卷筒上采用多層纏繞時(shí)，在卷筒法蘭處的鋼絲繩偏斜角宜大于0.5°，以避免鋼絲繩堆聚[1]?，F(xiàn)場確認(rèn)鋼絲繩的選型與絞車卷筒的匹配，并且實(shí)測偏斜角均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。通過在壓板固定的出繩口增加一根與卷筒直徑貼合的弧形導(dǎo)向條，長度15 cm，排繩錯(cuò)亂和“崩繩”問題得到顯著改善。在使用一段時(shí)間后，仍存在輕微的排繩不規(guī)則問題，根據(jù)現(xiàn)場情況，配合出繩口導(dǎo)向條，在卷筒內(nèi)側(cè)壁再增加一片外邊長4 cm×6 cm 的導(dǎo)向擋板，使鋼絲繩“崩繩”問題得到明顯解決。

導(dǎo)向條 針對卷筒出繩口因壓板、焊縫及繩槽等缺陷造成的排繩S 形故障，導(dǎo)致卷筒上排繩至第二層最后一圈時(shí)出現(xiàn)排繩錯(cuò)疊或“崩繩”。此時(shí)可通過在卷筒初始出繩口增加導(dǎo)向條，調(diào)整出繩口的鋼絲繩排序。導(dǎo)向條弧度與卷筒直徑匹配，最大長度不建議超過卷筒直徑的1/4 周長。導(dǎo)向條橫截面為圓形，最大直徑處不超過鋼絲繩直徑，并逐漸呈現(xiàn)徑縮，形狀如圖5 所示。

圖5 鋼絲繩導(dǎo)向條形狀圖示

導(dǎo)向擋板 卷筒上鋼絲繩排繩錯(cuò)疊或“崩繩”故障比較嚴(yán)重，通過導(dǎo)向條無法徹底解決問題時(shí)，可在卷筒內(nèi)側(cè)壁根據(jù)排繩間隙增加導(dǎo)向擋板來解決問題。導(dǎo)向擋板可分為塊狀和多片式圓環(huán)狀，內(nèi)弧面直徑D 與卷筒直徑匹配，徑向有效厚度H 應(yīng)為鋼絲繩直徑的整倍數(shù)值。導(dǎo)向擋板與卷筒內(nèi)側(cè)壁之間，可進(jìn)行電焊固定，也可配孔固定，形狀如圖6 所示。

圖6 鋼絲繩導(dǎo)向檔板形狀圖示

2.3 鋼絲繩疲勞

1)故障現(xiàn)象 鋼絲繩表面出現(xiàn)斷絲、斷股、腐蝕、變形、磨損等異常現(xiàn)象，通過日常巡檢，即可發(fā)現(xiàn)故障。其中，在正常使用情況下，較為典型的是鋼絲繩斷絲現(xiàn)象，故障形式如圖7 所示。

圖7 鋼絲繩“斷絲”故障現(xiàn)象

2) 原因分析 鋼絲繩在正常使用過程中，受外力(摩擦、沖擊、擠壓等)作用，會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩的損耗現(xiàn)象。

3)解決方法 吊機(jī)日常作業(yè)過程中，加強(qiáng)鋼絲繩的狀態(tài)監(jiān)測，并做好維護(hù)與記錄工作。一旦發(fā)現(xiàn)任何異常，參照《GB/T 5972—2006 起重機(jī)用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)范》，對鋼絲繩的使用狀態(tài)進(jìn)行判斷，一旦達(dá)到相關(guān)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，立即對符合報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲繩進(jìn)行換新處理。

3小結(jié)

吊機(jī)使用過程中，鋼絲繩是決定現(xiàn)場起重吊裝作業(yè)安全與否的關(guān)鍵部件之一。因此，對于鋼絲繩一般建議采用預(yù)防性維修為主，同時(shí)，對于易損型號的鋼絲繩提前做好備品管理，這樣可以較大地提高設(shè)備使用的可靠性與安全性。