平面内管道来回弯的计算与放样

2022-09-11

近些年, 油田维修改造项目逐渐增多, 然而在工艺管道维修改造工程中, 不可避免会遇到新旧管道连头搭接的问题。施工过程中新旧管线的位置一般已经被固定, 并且新旧管线之间的距离很灵活, 大部分情况无法直接采用45°弯头或者90°弯头直接进行连接。本文主要讨论施工现场常会碰到水平来回弯以及任意角度的来回弯的下料计算方法。

1 分析问题

在油田生产维修工程管道安装过程中, 碰到特殊情况下的来回弯管道施工问题, 如果直管段放样不准确, 在管道对口时会出现斜口。因此为了在管道对口施工过程中避免使用千斤顶对偏移的管道进行施工, 保证直管段与弯管段对口连接处为平口连接, 需要计算来回弯管段放样的理想值。并且在已知新旧管道的方向, 相对位置以及与新旧管段相连接的两个弯头曲率半径情况下, 弯头的旋转角度以及与两个弯头相连接的直管段的长度会受到新旧管道之间的空间距离和平口相连接条件的制约, 通过简单的下料方法难以解决此问题。

2 理想的下料计算方法

2.1 水平角度的来回弯原始数据测量

对于水平角度的来回弯下料, 先进行数据测量, 测量步骤:首先检查两直管段的是否平行, 两直管段的管口是否垂直;然后用两块木方分别固定在两个管口上, 木方稍微进去一些, 在下管口木方上拴上粉线并拉直, 粉线要处在管口中心, 用直角尺找正, 粉线垂直于管口。在上管口木方上, 用卷尺找出管口中心点, 拴上粉线, 沿管中心点与下管口粉线相交成直角, 用卷尺测量两管中心水平长度A以及两管中心的垂直高度H。

2.2 水平角度来回弯理想放样计算值

2.2.1 等弯曲半径的水平来回弯

已知旋转弯头的半径为R和管口组对间隙为a, 对于等曲率半径的水平来回弯如图1所示, 则H=2R, 根据三角函数关系, 直管段的长度为L, 则

2.2.2 不等弯曲半径的水平来回弯

已知旋转弯头的半径为R和管口组对间隙为a, 对于不等曲率半径的水平来回弯如图2所示, 根据三角函数的关系求出则弯管之间直管段的长度

2.3 任意角度的来回弯原始数据测量

对于任意角度的来回弯现场测量步骤:首先用水平尺检查两直管段是否在一个平面上, 两直管段的端口是否垂直;然后用两块木方分别固定在两个管口上, 木方稍微进去一些, 在下管口木方上拴上粉线并沿着管道半径方向拉直, 粉线要处在管口中心, 在上管口木方上, 用卷尺找出管口中心点, 拴上粉线, 沿管中心点与下管口粉线相交成一个角度为a, 用卷尺分别测量两管中心形成的三条边的距离, 分别为L1、L2、L3, 将下管口的粉线拉成水平, 上管口的粉线拉成垂直, 则两条粉线相交成直角, 用卷尺分别测量出两管中心的垂直距离和水平距离, 分别为H和A。

2.4 任意角度的来回弯理想放样计算值

已知旋转弯头的半径为R1和R2以及管口组对间隙为a, 放样计算步骤如下:

第一步, 首先计算两管段之间的夹角, 利用余弦定理可以求出a, a=arccos[ (L1+L2-L3) /2L2·L3];

第二步, 辅助计算, 利用已知数据分别计算出La、Lb、θ、L0的数值, 如图4所示。利用平行定理得θ=90O-a, 利用三角函数关系, 则

第三步, 利用辅助计算值得到直管段理想的放样长度以及曲率半径的旋转角度, 具体如图5所示

2.5 现场实际应用

工艺班组师傅对来回弯进行放样, 通过放线测量分别得到了H、A的长度, A=450mm, H=300mm, 两个弯头的旋转半径分别为150mm。通过平面角度来回弯放样计算, 得到了两个弯头的旋转角度a=41.8O, 中间直管段的长度L=331.41mm。本计算过程考虑管道之间的组对间隙, 为理想的放样值, 此方法在样板放样过程中管道组对安装应用效果很好。

3 结语

通过此计算放样方法, 常应用于生产维修工程管道安装过程中, 提高了工人的工作效率, 使得管道对口更加容易, 避免了工人盲目补修焊口并且保证了焊接质量。此外, 该方法进行放样, 利用数学模型进行计算, 使下料长度更准确;降低了下料过程中对油气管线安装工的技术经验要求, 更加适用经验欠缺的年轻管工;该计算放样方法分为水平来回弯和任意角度的来回弯, 适用性强;并且放样计算过程中的原始数据均为长度, 测量方便。

摘要：本文结合油田工艺管道维修改造施工过程中, 针对施工过程中会碰到的两种角度的来回弯情况, 分别为水平角度的来回弯和任意角度的来回弯, 给出了一个理想的放样下料方法。经过维修改造工程的实践应用, 取得了良好的效果, 为以后管道施工提供了借鉴依据。

关键词：来回弯,放样,任意角度,水平角度