Na indústria petrolífera offshore, a qualidade da instalação de curvas de expansão de dutos submarinos depende da qualidade do reforço do flange. No passado, os mergulhadores usavam chaves de impacto hidráulicas para apertar os parafusos do flange. Devido ao impacto hidráulico, a chave não consegue definir o valor do torque. Conseqüentemente, a pré-carga do parafuso do flange dobrado de expansão não é controlável e só pode ser uma por uma - em uma única força do parafuso, é fácil fazer com que a força do flange de topo não seja uniforme, resultando na qualidade da instalação do flange que não atende ao parafuso pré-carga e a qualidade dos requisitos de força uniforme do flange.

Portanto, o uso de um tensor hidráulico especial submarino para expansão de dutos submarinos dobra juntas de topo de flange, através do processo e etapas de fixação corretos, efeito de fixação e qualidade do que a fixação com chave de impacto hidráulica tradicional tem um salto qualitativo.

Construção típica e princípios de tensores de parafuso hidráulicos submarinos

UMA tensor hidráulico O sistema geralmente consiste em uma bomba hidráulica, manômetro, mangueira de alta pressão e tensor.

O método de tensionamento do parafuso aperta o parafuso aplicando uma força de tensionamento axial ao parafuso, a saída de óleo de alta pressão da bomba hidráulica entra no cilindro hidráulico do tensor através da mangueira de alta pressão e o pistão no cilindro hidráulico levanta o cabeça tensora (também conhecida como porca de reação), aplicando assim uma força axial ao parafuso do flange. Esta força é aplicada à porca na outra extremidade do parafuso do flange através do parafuso, comprimindo assim as duas faces do flange. O tensor abaixo da porca aperta e depois libera a pressão do tensor, parafusos do flange na remoção da tensão gerada pelo tensor, deformação elástica do parafuso do flange devido à porca firmemente presa à superfície do flange e restrições, gerando assim uma pré-carga, que completa o processo de instalação da pré-carga do parafuso e da fixação do flange.

Para facilitar a operação dos mergulhadores, o cabeçote tensor do tensor hidráulico subaquático foi projetado para ser rapidamente desmontado e instalado com porcas separadas, principalmente para parafusos longos e roscas danificadas. O cilindro hidráulico e a ponte de suporte também são feitos como uma unidade única, tornando-os mais compactos e fáceis de usar debaixo d’água. Para simplificar a operação subaquática, o cilindro hidráulico tem um curso máximo do pistão de 30 mm e é marcado com um indicador de curso do pistão para garantir que o aperto das conexões possa ser realizado sem reajustar o pistão na maioria dos casos. Além disso, o tensor hidráulico subaquático possui um design antiderrapante para melhorar a aderência do mergulhador durante as operações subaquáticas. O design de porta dupla simplifica as conexões das mangueiras, especialmente em situações de pouca visibilidade.

Vantagens e desvantagens da análise do tensor hidráulico

Devido ao tensor hidráulico no princípio de pré-tensionamento do parafuso é o uso de tensão pura para alongar diretamente o parafuso, não precisa de braço de reação, sem força de cisalhamento de torção e força lateral, sem danos por fricção na conexão da superfície de fusão da junta , não há necessidade de superar o atrito entre as roscas do momento, não há necessidade de superar o atrito entre a superfície inferior da porca e a superfície de contato do torque, não produzirá torção e, portanto, comparada à chave hidráulica, sua eficiência é mais alto. As características acima tornam o tensor hidráulico capaz de controlar com precisão a carga do parafuso, para conseguir o controle preciso da pré-carga das peças de conexão. Além disso, o tensor hidráulico pode sincronizar a fixação ou remoção de vários parafusos, conectando os componentes da força é uniforme, compressão igual da junta, especialmente adequado para apertar a instalação dos requisitos mais rigorosos da ocasião, como submarino de engenharia oceânica instalação de flange de oleoduto, energia elétrica, refino e química, ferro e aço e outras indústrias, como a instalação de equipamentos de grande escala.

No entanto, o tensor hidráulico requer comprimento de parafuso adicional para operar, e um único tensor geralmente só é aplicável a tamanhos de parafuso de 2 ~ 3, para este projeto de ancoragem de flange de tubulação submarina, devido às diferentes especificações de flange, precisa ser equipado com alguns modelos diferentes do tensor hidráulico. Além disso, o tensor hidráulico para parafusos de baixa carga e parafusos mais curtos (comprimento e relação diâmetro inferior a 3:1) é relativamente inadequado; no processo de operação, a força inicial fará parte da transferência e perda, portanto, no início, a necessidade de carregar a força é relativamente grande.

Aplicação de tensor hidráulico subaquático

1. Determinação do comprimento do parafuso de extensão

Na utilização de tensor hidráulico para operações de pré-tensionamento de parafusos, devido ao tensor ocupar um determinado espaço, é necessário solicitar um parafuso mais longo para atender aos requisitos de instalação do tensor. Teoricamente, o parafuso precisa se estender pelo comprimento L = H – B (H para o corpo do tensor hidráulico e o comprimento total da porca de reação, B para a espessura da porca). A determinação real do comprimento da extensão L também deve levar em consideração o comprimento de 2 ~ 3 fivelas de rosca além da porca de reação para garantir a segurança operacional. Além disso, antes da conclusão da extremidade real do flange, a distância entre os dois flanges não foi comprimida ao valor mínimo teórico, por este motivo, ao solicitar parafusos de extensão, você pode aproximar a extensão do comprimento do L tomar o valor H.

2. Instalação do sistema tensor hidráulico

Antes de instalar o sistema tensor hidráulico, preste atenção ao seguinte.

Verifique as roscas no lado do tensor da montagem do parafuso quanto a danos, rebarbas, detritos, etc. A porca hexagonal perfurada deve ser capaz de girar livremente ao longo de todo o comprimento de alongamento do parafuso na seção “A”, especialmente na seção “B” com comprimento de 30 mm, e se for utilizada uma porca de reação normal, certifique-se de que ela possa girar livremente na seção “C”. Se for usada uma porca de reação normal, certifique-se de que ela possa girar livremente na seção “C”. Proteja a extensão dos parafusos dos postes com buchas, fita, etc., para evitar que as roscas sejam danificadas ou machucadas durante a instalação.

Para projetos de petróleo offshore, alguns diâmetros de oleodutos submarinos são grandes, precisam de diâmetro de 762 mm (30 pol.), classe de pressão 15,0 MPa (900 LB) do flange de curvatura de expansão, diâmetro do parafuso de 63,5 mm, comprimento de 1550 mm, um único massa do parafuso 34,4 kg, é difícil para mergulhadores mover parafusos subaquáticos. Para esta situação, recomenda-se que todos os parafusos do flange sejam inseridos nos orifícios dos parafusos do flange antes que a curva de expansão seja inserida na água, e o uso de cintas a serem fixadas para evitar deslizamento, este método não só pode resolver efetivamente o problema de manuseio subaquático de parafusos pesados, mas também melhora a eficiência da operação do parafuso quando instalado debaixo d'água.

A expansão curva-se na água após o ajuste da posição; no caso do alinhamento do orifício do parafuso do flange de topo, podem ser inseridos parafusos. A instalação dos parafusos depende do número de tensores e das limitações do espaço operacional. Normalmente, há estiramento 100%, estiramento 50% em duas direções e, em alguns casos, estiramento 25%. Trecho 100%, para garantir o espaço de instalação e operação do tensor, a extensão do parafuso deve ser escalonada em ambos os lados do flange.

Após o mergulhador terminar de instalar os parafusos manualmente, o tensor hidráulico é instalado e o tubo é conectado.

Antes de instalar o tensor, certifique-se de que todos os pistões do tensor estejam totalmente retraídos, ou seja, que os pistões estejam alinhados com a parte superior do cilindro do tensor. No entanto, se os parafusos estiverem sendo removidos, os pistões deverão ficar ligeiramente salientes. Coloque um tensor em cada extensão do parafuso e, em seguida, deslize uma porca de reação (por exemplo, porca de travamento rápida dividida) na extensão restante do parafuso com a extremidade cônica voltada para o cilindro tensor.

Conexões de mangueira É importante conectar o tensor ao redor do flange no sentido horário ou anti-horário para ajudar a minimizar conexões incorretas. Certifique-se de que haja uma mangueira de conexão para conectar o tensor de um lado ao outro do flange. Uma vez feitas as conexões da mangueira hidráulica, o mergulhador deve verificar ao longo de cada lado da mangueira a partir da posição do T da mangueira a jusante. Todos os tensores em ambos os lados do flange devem ser conectados pela mangueira em série, não deve haver conexões desconectadas e o mergulhador deve ser capaz de retornar à posição inicial do T no final da verificação da mangueira. Ao verificar a sequência de conexão da mangueira, as conexões devem ser verificadas uma por uma para garantir que estejam bem conectadas. Após investigação, devido à baixa visibilidade subaquática, inconveniência na posição de operação e outros impactos, a extremidade do conector da mangueira geralmente é inserida apenas pela metade ou não é um fenômeno totalmente conectado.

Possíveis razões para não conectar corretamente os acoplamentos da mangueira.

Os encaixes macho e fêmea não estão alinhados quando o mergulhador instala o acoplamento; o anel de travamento do acoplamento não está suficientemente retraído; há pressão dentro do tensor devido ao aperto excessivo da porca de reação durante a montagem. Nesses casos, a porca limitadora deve ser afrouxada, a mangueira conectada e a porca de reação reapertada. Se existir pressão interna na mangueira como resultado de seu uso anterior em profundidades maiores, o problema pode ser resolvido tirando a mangueira da água e aliviando a pressão interna.

Procedimento de tensionamento do tensor hidráulico

Depois que o sistema tensor hidráulico for conectado, o operador de superfície irá esticar de acordo com o valor calculado da pressão de pré-carga da fonte de energia hidráulica. Para aplicar corretamente a carga residual necessária no parafuso, a força deve ser aplicada de acordo com o procedimento de alongamento especificado. O procedimento de tensionamento varia dependendo de como o tensionador hidráulico está instalado. A seguir são descritos os procedimentos operacionais para tensionamento 100% e tensionamento 50%, respectivamente.

3.1 Procedimento de alongamento 100%

No caso de tensionamento simultâneo de todos os parafusos 100%, a pressão de trabalho da fonte de energia hidráulica é apenas um valor de pressão, que se presume ser expresso em B. O procedimento é o seguinte.

(1) Pressurize a 6,9 MPa (1000 psi). O mergulhador verifica a verticalidade e o alinhamento da instalação do tensor hidráulico para garantir que as contraporcas estejam firmemente encaixadas. Verifique as conexões da mangueira hidráulica quanto a vazamentos e outras anormalidades. Se houver uma alteração no curso do tensor hidráulico (possivelmente devido às faces do flange serem capazes de fechar com menos força), use uma barra articulada para apertar a porca na cabeça do tensor e, em seguida, remova a pressão para redefinir o curso da cabeça do tensor.

(2) Continue a pressurizar até o valor B, o mergulhador usa a barra articulada para apertar as porcas no tensor hidráulico, de modo que cada porca fique firmemente fixada na superfície do flange. Nota: processo de estiramento, o curso do pistão não pode ultrapassar o seu curso máximo; se o curso não for suficiente, pode atingir o curso máximo, apertar todos os parafusos e porcas, através da redefinição do curso do tensor hidráulico não pressurizado e, em seguida, continuar a pressurizar o valor B completo, continuar a esticar.

(3) Pare a bomba despressurizada, reinicie o curso do tensor e repita a operação da etapa (2) duas vezes.

(4) Verificação final para garantir que a folga do flange esteja uniforme e consistente, mais uma vez pressurizada para o valor B, e alterne ainda mais a porca com a barra articulada. Se a porca não puder mais ser girada, o tensionamento estará completo e a pressão do sistema poderá então ser aliviada e o tensor removido.

(5) Se a porca puder ser articulada, as etapas (3) e (4) deverão ser repetidas até que todas as porcas não possam mais ser articuladas. Se for necessário repetir o ciclo, verifique se foi utilizado o tipo correto de parafuso ou porca.

(6) O mergulhador mede a folga do flange às 3, 6, 9 e 12 horas e notifica a tripulação de superfície para registrá-la em seus registros.

3.2 Procedimento de tensionamento do 50%

No caso do tensionamento do parafuso 50%, a pressão de pré-carga da fonte de energia hidráulica é definida para dois valores separados, que são considerados representados por A e B.

O procedimento de alongamento é o seguinte.

(1) Estique o primeiro conjunto de parafusos 50%.

a. Pressurize a 6,9 MPa. Verifique os mesmos requisitos do alongamento 100%.
b. Continue a pressurizar até A. O mergulhador usa uma barra articulada para apertar a porca dentro do tensor hidráulico até que esteja firmemente preso à superfície do flange.
c. Pare a bomba para remover a pressão, reinicie o curso do tensor e repita o passo b duas vezes.

(2) Tensione o segundo conjunto de parafusos 50%.

a. Mergulhe debaixo d'água para substituir o tensor hidráulico pelos outros parafusos 50% (a reversão do tensor pode ser feita sem remover a mangueira hidráulica).
b. Pressurize a 6,9 MPa. Verifique os mesmos itens exigidos para tensionamento do 100%.
c. Continue a pressurizar até B. O mergulhador usa uma barra articulada para apertar a porca interna do tensor hidráulico até que esteja firmemente preso à superfície do flange.
d. Pare a bomba para aliviar a pressão, reinicie o curso do tensor e repita o passo c duas vezes.

(3) Tensione novamente o primeiro conjunto de parafusos 50%.

a. Mergulhe debaixo d'água para remontar o tensor hidráulico no primeiro conjunto de parafusos.
b. Pressurizado em B, o mergulhador usa uma barra articulada para apertar ainda mais a porca. Se a porca não puder mais ser girada, o tensionamento estará completo e a pressão do sistema poderá então ser aliviada e o tensor removido. Se a porca puder ser articulada, ela será pressurizada novamente até o valor B duas vezes até que a porca não possa mais ser articulada.
c. O mergulhador mede as folgas das posições 3, 6, 9 e 12 horas do flange e notifica a tripulação de superfície para registrá-las para inspeção.

Cálculo da pressão de pré-carga do tensor hidráulico

Normalmente, a força de pré-carga do parafuso nos desenhos foi dada pelo projeto, pela força de pré-carga como calcular com precisão o valor final da pressão de saída da fonte de energia hidráulica é a chave para o alongamento correto do parafuso. O uso de diferentes tensores hidráulicos e a pressão de pré-carga da fonte de energia hidráulica correspondente também são diferentes.

A pressão final de pré-carga necessária pode ser calculada pela seguinte fórmula: P = TF / A (1)

Na fórmula

P – leitura manométrica final da fonte de energia hidráulica (pressão de pré-carga) / Pa;
T – força de pré-carga do parafuso (dada pelo projeto)/N;
F – coeficiente de perda de carga, F>1,15.
A – área de ação hidráulica do cilindro hidráulico do tensionador hidráulico / m2, pode ser consultada nas informações fornecidas pelo fabricante do tensionador.

Causas da perda de carga: A redução no alongamento do parafuso leva a uma redução na carga restante dentro do parafuso, o que é uma perda direta de carga no parafuso. Quando a carga é transferida do equipamento de tração para o parafuso e a porca, outros fatores também podem levar à perda de carga, como desalinhamento da rosca, emperramento da porca, compressão da conexão, etc.

O fator de perda de carga é calculado da seguinte forma.
F=1,15 +2/R2, R=G/D (2)

Na fórmula

R – a relação entre o comprimento de tração efetivo do parafuso e o diâmetro do parafuso.
G – comprimento efetivo de tração do parafuso/mm.
D – diâmetro do parafuso / mm.

Para diferentes métodos de conexão de parafusos, o valor do comprimento de tração efetivo do parafuso é diferente.

Precauções na aplicação de tensor hidráulico subaquático

Na junta de topo do flange de expansão do gasoduto submarino na aplicação do tensor hidráulico, é necessário prestar atenção aos seguintes assuntos.

(1) Em nenhum caso exceda a pressão máxima de trabalho do sistema tensor hidráulico.

(2) Pressão do sistema hidráulico, não tente desconectar ou reapertar qualquer parte do sistema.

(3) use o tensor para remover o parafuso, a pressão de afrouxamento é um pouco maior que a pressão de aperto inicial, portanto a operação não pode ser concluída de uma vez, e estique a parte inferior da luva e a porca a ser removida entre a folga deve ser esquerda 2 ~ 3 mm, para evitar o estiramento da manga e entre os parafusos emperrados.

(4) A maior parte da proteção contra sobrecurso do pistão tensor hidráulico subaquático é através da face superior da porca com furos e da borda inferior do contato do corpo do tensor, o pistão não pode ser mais alongado e alcançado, mas se não estiver de acordo com a implementação dos procedimentos operacionais, ainda pode haver um deslocamento excessivo do pistão. Primeiramente, a porca hexagonal com furo abaixo do tensor deve ser da série padrão para serviços pesados, ou seja, a altura da porca é igual a uma vez o diâmetro do parafuso se a altura da porca for menor que uma vez o diâmetro do parafuso, o pistão do tensor ainda poderá continuar a se alongar; em segundo lugar, antes de atingir a pressão hidráulica pré-determinada, a porca com furo não deve ser girada para baixo, ou então deve ser reiniciada no curso do tensor e então realizar a operação de estiramento. Além disso, antes do estiramento, o pistão deve ser totalmente reajustado e a porca de reação deve estar firmemente no lugar.

(5) Em geral, a porca hexagonal padrão não pode ser uma substituição direta da porca de reação, em emergências pode-se usar a porca hexagonal padrão, mas é necessário preparar um diâmetro grande o suficiente para cobrir toda a superfície do pistão da arruela fina, e a arruela será montada na porca hexagonal padrão abaixo.

(6) Para a extremidade do flange do gasoduto submarino, a grande maioria dos casos de parafusos de extensão e tensores tem espaço de instalação, mas no uso de flanges especiais ou outras circunstâncias, ainda deve prestar atenção à camada de corrosão do gasoduto submarino, camada de peso de cimento, seja a visualização afeta os parafusos de extensão e a instalação do tensor.

Resumir

Os campos de engenharia de petróleo offshore que usam tensores de parafuso hidráulicos submarinos para projetos de ancoragem de flanges de oleodutos submarinos raramente ocorrem acidentes de qualidade de vazamento de pressão de teste, garantindo efetivamente a operação segura do oleoduto submarino. Portanto, o uso de tensores submarinos melhorou muito a qualidade das conexões de flange em projetos petrolíferos offshore.

A TorcStark possui rica experiência teórica e operacional na conexão de flange de projetos petrolíferos offshore. Se você tiver alguma dúvida a esse respeito, não hesite em nos contatar.