海洋平臺起重機鋼絲繩常見故障分析與處理

摘 要：海洋油氣田開發(fā)生產(chǎn)過程中，起重機負責海上現(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)。鋼絲繩是起重機實現(xiàn)變幅、起升及下降等動作的關鍵部件，海洋平臺起重機日常使用頻次較高，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，不僅會導致嚴重的設備損害結果，還會導致較大的生產(chǎn)損失。本文針對吊機鋼絲繩的常見故障進行分析，并提出處理建議。

關鍵詞：海洋油氣田 吊機 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

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

該吊機在高鹽度、高濕度的海洋環(huán)境下使用，設計工作環(huán)境溫度為_ 20℃～ +45℃，允許工作風速為20.8m/s;停放時最大允許風速為51.5 m/s。吊機日均運轉時間約為7~9 h。吊機的主要起重性能如圖1 所示。

圖1 某海上自升式平臺吊機起重特性曲線

Ⅰ——1.0 m 有義浪高時，船外起升主鉤負載曲線

Ⅱ——船上起升主鉤負載曲線

Ⅲ——2.5 m 有義浪高時，船外起升主鉤負載曲線

Ⅳ——1.0 m 有義浪高時，船外及船上起升副鉤負載曲線

Ⅴ——2.5 m 有義浪高時，起升副鉤吊人負載曲線

1 鋼絲繩簡介

吊機鋼絲繩通過滑輪組、壓板以及楔形與絞車以及鋼結構安裝固定，實現(xiàn)變幅、主鉤、副鉤系統(tǒng)的起升與下放動作。鋼絲繩的應用布置如圖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 吊機變幅、主鉤及副鉤的鋼絲繩應用圖示

2 常見故障原因分析與處理

鋼絲繩作為吊機的關鍵組成部件，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、安裝時間、使用時長、檢查情況、保養(yǎng)信息等。

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

2.1 鋼絲繩“打扭”

1)故障現(xiàn)象 穿過游動滑輪組的鋼絲繩，實現(xiàn)主鉤的起升與下放操作動作。正常工作狀態(tài)下，游動滑輪組兩側的鋼絲繩應相互平行，互不干涉;但當鋼絲繩“打扭”時，游動滑輪組兩側的鋼絲繩之間就會出現(xiàn)“8 字形”或者“麻花形”交叉，如圖3 所示。當主鉤下放行程越長時，扭結現(xiàn)象會越明顯。鋼絲繩的“打扭”不僅會加劇磨損消耗，更會增加吊裝作業(yè)的安全風險。

2)原因分析 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是新安裝或新?lián)Q鋼絲繩使用一段時間后，出現(xiàn)內部應力集中，導致鋼絲繩“打扭”。

3)處理方法

新安裝或新?lián)Q鋼絲繩時，應注意選擇抗扭結性能好，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)生扭轉應力。

作業(yè)過程中，出現(xiàn)鋼絲繩扭結時，應暫停吊裝任務，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)，釋放鋼絲繩內部應力，回裝并固定楔形頭。再次作業(yè)前，做起重測試，確認鋼絲繩“打扭”問題解決。

圖3 鋼絲繩正常工作與扭結狀態(tài)圖示

同時，為了確保從本質上解決鋼絲繩“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 吊機新投入使用不久，大約2 個月

時間，吊臂做變幅起升動作，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換處，出現(xiàn)鋼絲繩排繩不規(guī)則，并會引起多次鋼絲繩“崩繩”現(xiàn)象，吊機載荷負載越重時，“崩繩”現(xiàn)象就越明顯，并會伴有聲響和震動。如果吊機持續(xù)這種狀態(tài)運轉，會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)，會導致排繩不規(guī)則問題;

②光面的卷筒在運轉一段時間后，第一層鋼絲繩因較長時間的受壓變形，會導致鋼絲繩的導向紋路失效

③卷筒排繩與A 型架頂部導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，會導致第二層排繩不規(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)的偏斜角均不應大于4°，對阻旋轉鋼絲繩不應大于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。當鋼絲繩在絞車卷筒上采用多層纏繞時，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)場確認鋼絲繩的選型與絞車卷筒的匹配，并且實測偏斜角均在設計允許范圍內。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向條，長度15 cm，排繩錯亂和“崩繩”問題得到顯著改善。在使用一段時間后，仍存在輕微的排繩不規(guī)則問題，根據(jù)現(xiàn)場情況，配合出繩口導向條，在卷筒內側壁再增加一片外邊長4 cm×6 cm 的導向擋板，使鋼絲繩“崩繩”問題得到明顯解決。

導向條 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，導致卷筒上排繩至第二層最后一圈時出現(xiàn)排繩錯疊或“崩繩”。此時可通過在卷筒初始出繩口增加導向條，調整出繩口的鋼絲繩排序。導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 鋼絲繩導向條形狀圖示

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

圖6 鋼絲繩導向檔板形狀圖示

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?，F(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，會出現(xiàn)鋼絲繩的損耗現(xiàn)象。

3)解決方法 吊機日常作業(yè)過程中，加強鋼絲繩的狀態(tài)監(jiān)測，并做好維護與記錄工作。一旦發(fā)現(xiàn)任何異常，參照《GB/T 5972—2006 起重機用鋼絲繩檢驗和報廢實用規(guī)范》，對鋼絲繩的使用狀態(tài)進行判斷，一旦達到相關報廢標準，立即對符合報廢標準的鋼絲繩進行換新處理。

3小結

吊機使用過程中，鋼絲繩是決定現(xiàn)場起重吊裝作業(yè)安全與否的關鍵部件之一。因此，對于鋼絲繩一般建議采用預防性維修為主，同時，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備使用的可靠性與安全性。