广州打捞局 广东省广州市 510000
摘要：对于存在拐弯点的海底管线，不可避免要考虑采用水下接头的施工工艺进行铺设安装，而非对中法兰接头是一种性能可靠而又相对经济的解决方案。文中结合一个具体的工程实例，对非对中法兰的原理、优点以及水下安装施工的技术要点和步骤进行了详细的讨论。
关键词：非对中法兰、海底管线、安装
1.项目情况介绍
1.1 工程简介
本项目是香港湾仔发展第二期香港会展中心西侧填海的关键工程。广州打捞局作为专业承包商负责承担海底水管的安装施工。水管从湾仔会展中心西侧下海，沿地铁荃湾线的东侧跨过维多利亚港主航道、穿过尖沙嘴星光大道桥底，在尖沙嘴洲际酒店西侧登陆。管线直径为DN1000，单管长度约1160米，双管同时铺设。由于管线路由沿途需要避开地铁隧道和其他海底设施并保持一定的安全间距，以及湾仔和尖沙嘴两端登陆点陆地现有建筑的限制，整条管线的路由在平面布置上有9个拐弯点。另外，由于海床深度变化的原因，要保证整条管线所有地方的覆盖深度至少3.0米，管线在垂直方向也设有5个拐弯点。
1.2 设计公司
艾易康亚洲工程有限公司（AECOM Asia Limited）
1.3 管线技术标准及参数
钢管管材：DN1000，API 5L，X52
钢管焊接：ANSI/API 1104
外包混凝土：C40，厚度150mm，内含直径10mm的镀锌钢筋网
内外防腐：ANSI/AWWA C213-96，FBE 厚度0.45mm
设计压力1.8 Mpa
设计寿命50年
1.4 管线路由
由于多种原因，整条管线的路由设有14个拐弯点，路由沿途最大水深26.5米，见下图。
2. 施工工艺
2.1 原设计推荐采用的施工工艺
原设计推荐管线跨越维多利亚主航道的平面直线段采用底拖法施工，以避免对主航道通航产生影响，航道以外的管线采用分段安装的施工方法。
2.2 原设计中存在的问题
经过反复分析论证后我们认为，虽然管线中间跨越主航道段在平面上是直线，但由于在垂直方向上管线存在4个弯头，且最大角度超过3°，采用底拖法施工不可行（因为仅仅依靠管线本身的柔性形成不了设计要求的曲线）。因此，整条管线的施工都必须以分段安装为基本考虑。这样就使得整条管线不但在航道以外有接头，航道中间也必须有接头。这种水下接头的施工可以采用水下干式焊接舱的方法，但这种方法的成本很高，而且最大的问题是对航道的影响很大。所以我们决定采用水下法兰接头的方案。
2.3 优化的施工方案
施工方案在以下几个方面经过优化：
（1）将原来设计中距离很近的水平弯与垂直弯合并，减少弯头总数量；
（2）中间平面直线段存在垂直弯头，底拖法无法实施，改用分段法兰连接；
（3）最终整条管线全部使用分段法兰连接方法；
2.4 分段法中间接头的施工工艺比较
在确定采用分段施工方法进行整条管线的安装后，我们比较了几种不同的分段对接施工工艺：
(1)水下干式焊接舱：昂贵、对航道通航影响大；
(2)普通平面法兰：密封可靠性较差，一般较少用于海底重要管道施工；
(3)Smart Flange：价格昂贵、施工工艺复杂；
(4)非对中法兰（Mis-alignment Flange assembly）：能够适应一般的海底管道施工环境，密封可靠，价格适中；
2.5 非对中法兰的优点和密封原理
陆地管道经常采用平面法兰接头进行管段连接，因为陆地管道施工可见，而且使用期间即使发生泄漏维修也比较简单。但是本项目海底管道却难以采用陆地使用的平面法兰接头，原因如下：
(1) 海底管段加上外包混凝土后的重量和刚度都很大，水下安装对接管段时难以将管段的对接法兰面调整到平面法兰对接要求的均匀间隙，要达到陆地安装的密封情形非常困难；
(2) 海底管道维修困难，成本高。平面法兰的密封性能可靠性相对较差，一旦发生泄漏，不但影响使用，维修难度和费用都很大；
2.5.1 几种法兰接头的比较：
基于以上比较及下面原因，最终我们选择了非对中法兰接头：
(1)对于直径DN1000的管道，非对中法兰接头安装时2°的轴线偏差可以允许对接的两个法兰端面间隙差达到约40mm，对于潜水员在水下安装刚度大的管道容易满足要求；
（2）非对中法兰一旦对接安装并通过压力试验后，在使用寿命期限内一般不需要进行维护。
2.5.2 非对中法兰的设计参数
本项目广州打捞局作为业主指定的专业承包商承担海底水管的安装施工，与美国Taper_Lok公司合作，专门为该项目设计了34套用于管线水下连接的非对中法兰，法兰的设计要求如下：
公称直径：DN1000（48吋）
设计压力：1.8 Mpa
设计寿命：50年
2.5.3 非对中法兰的密封原理和优点
（1）密封圈与公母法兰接触的密封面面积大，容易保证密封效果。
（2）当密封圈受到一个管内压力P的作用时，由于密封圈与公母法兰的密封面斜度的差异形成一个碶形，导致密封圈与公母法兰的密封面之间的压力被放大接近10倍。因此，随着管内压力的增加，密封圈的密封效果越好。
2.6 水下安装非对中法兰接头的施工技术要点和步骤
(1) 管道吊放下水
虽然非对中法兰安装时可以允许对接法兰端面间隙有比较大的偏差，但由于有外包混凝土的管道一般刚性很大，重量也比较重。为了便于潜水员水下对管道进行调整，一般通过绑扎助浮气囊使得管道在水下的重量大大减轻。吊装时使用一个长度为63m的桁架式吊架，通过8条垂直吊带均匀起吊管段。
（7）管道法兰接头拉合对接
管道法兰对接精确调整达到安装对接要求后，采用液压千斤顶及导向拉合钢丝绳迅速完成法兰接头的对接拉合。法兰接头拉合时钢丝绳穿过法兰的3点、9点位置螺栓孔进行导向，当两个对接法兰间距达到0.2m~0.3m时，在法兰的6点、12点位置螺栓孔穿两条长定位销进行更精确的导向定位，见下图。
（8）法兰接头连接螺栓紧固
以往收紧法兰接头的螺栓一般使用扭矩扳手，通过对称多次的方法最终将连接螺栓上紧到设计要求的扭矩。这种方法的缺点是当螺栓数量较多时效率低，而且最终每个不同螺栓的上紧力难以真正均匀。因此，为了保证所有连接螺栓的紧固力，我们采用了水下液压张紧器来收紧法兰的连接螺栓，保证所有螺栓全部同时拉到设计张力，见下图。
当对接法兰使用液压千斤顶拉合后，将除3、9、6、12点外的连接螺栓全部穿好，并由潜水员人手收紧。然后再拆除3、9、6、12点的拉合钢丝绳及定位销，换上法兰连接螺栓。用液压张紧器将所有的连接螺栓张拉至设计要求的拉力，最后潜水员用工具将螺母上紧。
2.7 非对中法兰接头的应用推广前景
通过这次项目与美国公司的合作，我们不仅掌握了非对中法兰水下安装的施工技术，而且对这种法兰的设计也有了更深的认识。目前国内使用这种特殊类型的法兰多数是通过国外进口购买，如果我们自己能够掌握这种特殊法兰的设计和制作，应用前景将非常广阔。
论文作者:李惠强,黎斌
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/3
标签：法兰论文; 管线论文; 螺栓论文; 水下论文; 对中论文; 管道论文; 海底论文; 《基层建设》2016年10期论文;