海洋石油钻井平台防喷器结构设计与三维造型
目录
1 绪论 (2)
1.1 课题研究背景和意义 (2)
1.2深海防喷器组国内外现状 (3)
1.3课题研究内容 (4)
2 深海防喷器的组成及工作原理 (5)
2.1组成结构 (5)
2.2工作原理 (6)
3 深海防喷器的设计要求、选配组合及材料选择 (7)
3.1设计要求 (7)
3.2防喷器压力级别选择 (7)
3.3单向阀的设计 (8)
3.3.1设计参数 (8)
3.3.2几何尺寸的确定 (8)
3.3.3受力计算和性能计算 (9)
3.4减压阀的设计 (10)
3.4.1设计参数 (10)
3.4.2几何尺寸的确定 (10)
3.4.3静态特性计算 (12)
3.5防喷器的选配组合 (13)
3.6材料选择 (15)
4 环形防喷器设计 (16)
4.1环形防喷器的组成和工作原理 (16)
4.2环形防喷器的产品选型 (17)
4.3环形防喷器三维设计图 (19)
5 闸板防喷器 (20)
5.1闸板防喷器的类型和工作原理 (20)
5.2闸板防喷器的产品选型 (22)
5.3闸板防喷器三维设计图 (23)
6 钻井四通 (25)
6.1钻井四通作用 (25)
6.2钻井四通三维设计图 (25)
结论 (27)
致谢 (28)
参考文献 (29)
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
石油的勘探钻采作业在科技的推动发展下，已经渐渐成为全球经济的重要支柱，推动着现代社会正常运行下去。由于世界各国对石油的需求量增长，陆地钻油采集及对浅海域的常规开发已趋于饱和，人们将眼光延伸至广阔的海洋，对石油的钻采勘探向着深水和超深水领域发展。
随着海洋石油勘探和开发的进程日益深入，深水钻井渐渐成为一种主流的发展趋势。如图1-1，为海洋钻井示意图，标注1-5分别为钻井船、隔水管、水下控制箱、环形防喷器、闸板防喷器。而保证安全钻井最关键的设备，便是深海防喷器组。深海防喷器也叫水下防喷器，在石油钻井时安装在井口套管头上，用于控制井口压力，是井控设备中的核心设备。是海洋石油钻井行业水下器具的部件之一，是设置在海底用来控制和防止井喷，保证海下作业顺利完成的关键环节之一【1】。
图1-1 海洋钻井示意图
防喷器最重要的作用是控制井内压力，防止井喷、井涌等危险事故发生。在考虑
到人员和设备安全的同时，也要求具有规避污染深海生态环境的作用。井喷是深海石油钻探作业安全生产中的重大事故，主要是由压力作用造成的。同时，失效的元器件或是失误的人为操作都可能会导致井喷、井涌的产生。在钻井作业的过程中，应该保持地层压力，使钻井液密度始终大于地层流体压力【2】。因为海洋钻井的地理位置的缘故，导致人员及设备的救援困难性大大提升了，深水防喷器组的安全性能和可靠性要求也相应变得极其高。
深海防喷器组集电子、机械、液压等多项技术于一体，技术含量高，产品附加值高。钻井作业的水下深度、油气层压力和海底至目的层深度的不同，会导致深海防喷器组不同配置的产生。
目前深海防喷器组已经成为深海钻井生产能够安全作业的重要技术手段，也是石油工业走向海洋的的基础。
1.2深海防喷器组国内外现状
美国从20世纪50年代开始研究生产水下防喷器，经过三十年速度发展。90年代，Shaffer研发了以快速更换闸板为特点的NEXT型闸板防喷器。2008年，美国JAMES I.LIVINGSTONE申请了一个井下防喷器专利，分为两部分：能够与井壁形成环形空间和内部通道的内管。同时该防喷器还还一个单向阀和球阀，分别负责关闭井下防喷器的环形通道和内部通道【3】。
近年来，为使用井口回压较高的欠平衡钻井，美国Williams公司研发出了7000型和7100型高压旋转防喷器。该款防喷器有2个环形胶芯，大大提升了密封的可靠性。在深水防喷器组的设计生产、安全性能检测方面，国外的防喷器公司积累了很多经验。和深海防喷器组有关的科技一直被国外所垄断，国内厂商完全只能依靠进口。
从我国对于防喷器制造方面使用的规范性文件来看，一九八五年是一个分水岭。一九八五年以前，国内生产的防喷器型号都表示为KPY（KPY为勘探液压防喷器的汉字拼音字母）公称通径—最大工作压力的形式。其中cm是公称通径的标准单位并且取其圆整值，kg/cm2是最大工作压力的标准单位【4】。如型号为KPY23-210的防喷器，其最大工作压为210kg/cm2，公称通径为230cm。一九八五年以后，防喷器型号的字头仍然由汉语拼音字母组成。如图1-2，为一九八五年以后的防喷器型号标准，公称通径的单位不变，而最大工作压力的单位则改变，以MPa表示。例如型号为FZ23—
21的单闸板防喷器，其最大工作压力为21MPa，公称通径为230mm。
图1-2 1985年后防喷器型号
2008年，为了打破国外对深海防喷器技术上的垄断，我国正式立项“3000米深海防喷器组及控制系统的研制”课题。2012年10月，国内首套3000米深水防喷器组及其控制系统，被华北石油荣盛机械制造有限公司研制并通过国家科技部验收。作为国家“863”计划“南海深水油气勘探开发关键技术与装备”的子课题之一，该项目的成功研发，填补了我国防喷器制造方面的不足甚至空白，是我国石油钻采作业的重大突破，具有极其深远的意义。
以目前国内海工行业的发展水平来看，海洋工程可以以其深度划分为海岸、浅海和深海工程。如何改善石油钻井平台，以便适应深水、超深水等环境作业的安全性能要求，是未来深海防喷器设计所一直追求的目标。目前国内自主设计的深海防喷器，大多是在国外成熟设计的产品基础上进行修改，一旦修改幅度过大，便会产生各类的问题。究其原因，缺乏创新，对设计理念的本质的理解匮乏才是根本。
1.3课题研究内容
当今情况下，我国海洋油气开发已经有近四十年历史,但从科技和创新的角度来看,深水防喷器组的生产制造技术主要被国外的少数大型公司所垄断。国内对于深海防喷器的相关研究与国际第一列队的科技相比存在很大差距，基本处于劣势地位。为此，
如何在较短时间内突破国外相关技术垄断，努力进入世界水平第一梯队，适时进入深海、超深海油气勘探开发领域，形成具有我国自主知识产权的技术装备体系，是我国石油工业急需解决的难题【5】。
本文主要完成以下研究内容：
1.根据防喷器结构示意图，考虑提高自动化程度，其精准要求和安全要求，制定设计海洋井口防喷器的总体设计方案；
2.选择合理的总体设计方案，利用SolidWorks软件开展防喷器的结构设计、零件的详细设计；
3.利用软件设计海洋钻井平台防喷器的三维造型。
2 深海防喷器的组成及工作原理
2.1组成结构
防喷器是钻井井口装置的主要组成部分。它是保安全、快速、优质钻开高压油、气层的关键设备。海底防喷器组具有结构简单，操作简易，耐高压耐腐蚀等特点。同时因为处在海洋环境下工作，需要耐腐蚀耐低温，其性能必须绝对可靠。
防喷器作为钻油作业环节中十分重要的一环，需要具备以下的特点：
1.动作迅速。环形防喷器的液动封井时间通常小于30秒，闸板防喷器的液动封井时间通常为3—8秒，而打开液动放喷阀的时间则通常为3秒。
2.操作方便，安全可靠。井口防喷器的开，关均采用液压操作。
3.现场维修方便。无论是闸板防喷器的闸板，还是环形防喷器的胶芯，如果坏了都可以进行现场维修和更换。
图2-1 一般防喷器三维建模
深海防喷器组通常由环形防喷器、闸板式防喷器组成，如图2-1，为一般防喷器的三维模型图，由上至下分为一个环形防喷器、三个闸板防喷器和一个管道四通。深海防喷器组的性能要求随着水下深度的增加，也变得越来越高，防喷器组的高度变化会影响下部结构。尤其是在无导向绳作业的情况下，这就需要防喷器与下部结构留下足够的间隙。
2.2工作原理
钻井过程中地层流体压力大于井液密度，液控系统的高压油进入左右液缸关闭腔，推动其活塞带动左右的闸板沿闸板室限定的轨道同时向井口中心移动。闸板防喷器的闸板有四种，包括全封式和半封式。其中全封式闸板可以封住整个井口，而当有钻杆存在的时候，半封式可以封住井口的环形断面。根据闸板防喷器传递的信号源，系统性地由下至上，一层一层实现防喷器的封井动作。
若最后若仍未实现封井动作，则在紧急情况下启动最上层的环形防喷器，可处理任何尺寸的钻具和空井。
3 深海防喷器的设计要求、选配组合及材料选择
3.1设计要求
防喷器的技术要求： 1. 满足水下三千米的压力要求，设计出海洋钻井平台防喷器的总体设计；
2. 设计海洋钻井平台防喷器的三维造型。
防喷器的工作要求：
1. 根据示意图，制定海洋井口防喷器的总体设计方案；
2. 选择合理的总体设计方案，开展防喷器的结构设计、零件的详细设计。
3.2防喷器压力级别选择
表3-1 API 推荐防喷器尺寸
深海防喷器的工作环境是水下三千米，根据公式：
gh P ρ= （公式3-1）
式中——水的密度3/1000m kg =ρ
——引力取kg N g /10=
计算得水下三千米压力MPa p 30=
深海三千米的液压防喷器一般不会选用造耐压舱，原因是质量太重且海域状况不一样。如今选用的相对完善方案是压力补偿的方式，即利用压力补偿器使防喷器内部
压力和环境压力一致。这样设计液压系统就和常规一样，降低系统的密封要求的同时，
也减小了执行机构的尺寸。则 MPa p 60230=?= （公式3-2）
如表3-1，考虑到深海工作环境的复杂性，采取API 为15M 的防喷器，最小垂直
孔径选择为）（161/74.179mm 。
3.3单向阀的设计
3.3.1设计参数
单向阀的额定压力60MPa ，额定流量200L/min ，设低开启压力20MPa ，其压力损失为0.4 MPa 。设高开启压力40MPa ，其压力损失为0.8 MPa 。
3.3.2几何尺寸的确定
（1）进、出油口直径:
mm 73.2663.4=≥g g
V Q d （公式3-3）
式中g Q 一一额定流量200 C L/min
g V ——进、出油口直径d 处油液流速，取g V =6 (m/s)
取d=38mm 。
（2）阀座内孔直径z D
3)~(1-d D z = （公式3-4）
取z D =36mm 。
（3）阀芯锥角的半角z α和阀座锥角的半角z α
45z =α （公式3-5）
)3~1(z z +=αα （公式3-6）
取 46z =α。
（4）锥阀阀口最大开口量max δ
]
[2sin max s z z p g D C Q
?≥γαπδ （公式3-7）
将额定流量g Q =200lL/ min ，流量系数C=0.77，阀座内孔直径z D =36mm ，阀芯锥
角的半角 46z =α，重力加速度29.8m/s g =，油液重度224kg 1003.1--???=s m γ 。
低开启压力损失1][s p ? = 0.4MPa 时，mm 1.61max ≥δ；高开启压力损失2][s p ?=0. 8MPa 时，mm 3.4max ≥δ。
通过额定流量时，锥阀阀口开口量低开启压力损失1][s p ? = 0.4MPa ，
δ=6.1mm ；高开启压力损失2][s p ?=0. 8MPa ， δ=4.3mm 。
（5）阀芯径向孔直径j d
j aj j Z V Qg
d π4≈ （公式3-8）
g Q = 200L/mm ， aj V = 6m / S , j Z 为阀芯径向孔数，取j Z = 4。计算得出≈j d 13.3mm 。
3.3.3受力计算和性能计算
（1）阀芯将开始移动时所受的液压作用力
kq F ][42
kq z kq p D F π= （公式3-9）
低开启压力下1][kq p =20MPa ,kq F =20358 N ；高开启压力下2][kq p =40MPa ， kq F =40715N 。
（2）锥阀阀口处在设定的压力损失][s p ?下，油液作用于阀芯上的液压力
ay F ][42
s z ay p D F π= （公式3-10）
低开启压力损失下1][s p ?=0.4MPa ,
ay F =407N ；高开启压力损失下2][s p ?=0. 8MPa ，
ay F =813N 。
（3）阀芯运动阻力v F
r DLV F v ?=μ
π （公式3-11）
阀芯与阀体孔的配合直径D=36mm ,阀芯与阀体孔的接触长度L=80mm ，阀芯运动
速度V=0.25m / s ，油液动力粘度,
s p a ??=3-102.7μ，阀芯与阀体孔的单边配合间r ?=0.003mm ，带入得v F = 5.4N 。
（4）锥阀的稳态液动力w F
z s z w p D C F αδπ2sin ][?= （公式3-12）
锥阀流量系数C=0.77，阀座内孔直径z D =36mm ，阀芯锥角半角 46z =α。
低开启压力损1][s p ? = 0.4MPa , δ= 6.1mm ,w F = 266N ；高开启压力损失
2][s p ?=0.8MPa , δ=4.3mm ，w F =299N 。
3.4减压阀的设计
3.4.1设计参数
减压阀的额定压力g p =60MPa ，额定流量g Q =200L/min ，调压范围21 MPa-55MPa ，流量变化进口压力变化引起的出口压力变化量的允许值0. 5 MPa ，外泄漏量允许值0.1L/min 。
3.4.2几何尺寸的确定
（1）进、出油口直径
mm 73.2663.4=≥g g
V Q d （公式3-13）
式中g Q 一一额定流量200 L/min
g V ——进·出油口直径d 处油液流速，取g V =6 m/s
取d=28mm 。
（2）主阀芯大直径D 和小直径1d
从强度考虑
D d 211≥ （公式3-14） 通过主阀芯与阀体间环形通道的流量公式为：
V d D Q )(42
12-=π
（公式3-15）
上式中流量Q 以额定流量
g Q 带入，环形通道种油液流速V s m V /6≤，取
D d 211=，
则转化公式得到: g Q D 2.2≥ （公式3-16）
将额定流量带入，得mm D 1.31≥，取D=32mm ,1d ,=16mm 。
（3）阻尼孔直径0d 和长度0L
理论上:
mm d 2.1~8.00= （公式3-17）
mm L 250~700= （公式3-18）
取0d =1.0mm ， 0L =200mm 。
（4）主阀口最大开口量max 1δ
为了阀口在最大开口量max 1δ时，油液流经阀口不产生扩散损失，应使开口面积max 1D δπ 不大于主阀芯与阀体间环形截面积）
（2
124d D -π。即： )(42
12max 1d D D -≤π
δπ （公式3-19）
将D , 1d 带入，得到mm 6max 1≤δ。
（5）导阀芯锥角半角2α
导阀过流面积和导阀芯与导阀座的接触应力的大小与2α有关，2α值小，过流面积
和接触应力大，反之就小。根据经验一般取 202=α。
3.4.3静态特性计算
（1）主阀芯最小位移量min 1x 和最大位移量ax 1m x
最小位移量min 1x ：
)(2max 21g max 1min 1p p p D
C Q x g --
=πδ （公式3-20）
最大位移量ax 1m x ： )(2min 21ax 1max 1p p p D C Q x g g m --
=πδ （公式3-21）
式中：ax 1m x 主阀口最大开口量，g Q 额定流量，1C 主阀阀口流量系数，取1C =0.6，
D 主阀芯大直径，p 液压油密度，
g p 额定压力，max 2p 出口最高调定压力，min 2p 出口
最低调定压力。
将数值带入，得min 1x =6.3mm, ax 1m x =6.4mm 。
（2）主阀弹簧刚度1r K 和预压缩量1r X A x K A X K A G x D AC Q p p r r r g g 11111max 12
)()(cos +=--+?δπα （公式3-22） 式中：p ?油液流过阻尼孔所造成的压力降，G 主阀芯重力，A 主阀芯大直径D 处
截面积，1α主阀口液流角，取 661=α，1x 主阀芯位移量。
常设定min p ?> O.1MPa , Mpa 2.0min max +?≤?p p ，主阀弹簧刚度1r K 和预压缩量1r X ，可以通过作图法来求得1r K =382N/mm 。 由于阀芯重量产生的压力相对于其他的压力很小，所以A G
项，可以省略。 将max 1x x =，min p ?，1r K 带入，得到1r X =-3.8mm 。
（3）最低调定压力和最高调定压力时，阻尼孔所造成的最低压力降和最高压力降的核算
)()67.16(cos 1max 1121111x D AC Q p A G x X K p g r r --++=?δπα）（ （公式3-23）
将min 1x = 6.3mm ，max 1x =6.4mm ，带入得：
)()67.16(cos max 1max 1121max 111min x D AC Q p A G x X K p g r r --++=?δπα）（ （公式3-24）
)()67.16(cos min 1max 1121111max x D AC Q p A G x X K p g r r --++=?δπα）（ （公式3-25）
得min p ?=0.2MPa ，max p ?=0.34MPa 。
3.5防喷器的选配组合
深海防喷器组合的合理性和安全性，取决于石油钻井作业时的危险性和井身结构、交通运输条件、人员技术素质、深海压力气象海流、工艺技术难度、防护程度、深海流体类型和环境保护要求等诸多因素。简而言之，要求安全、合理和低成本。 选择防喷器组合时，主要考虑因素：
1.通径大小。公称通径应该与其套管的尺寸想匹配。
2.耐压能力。对于可能出现的预期压力，压力等级必须大于其井口最高压力。
3.类型和数量。在空井或井内有钻具的情况下，能够保证迅速并正常关井。
表3-2 IADC 推荐防喷器组
图3-3 常见的70MPa、105MPa井口防喷器组合形式
防喷器的设计、制造均按照API Spec 16A规范。如表3-2和图3-3分别为IADC推荐的防喷器组合和常见的70MPa、105MPa井口防喷器组合形式。
本文防喷器脱变于“海洋石油981”超深水钻井装置中的防喷器组合。如图3-4，ф179.4 mm 钻杆正常作业期间，可首选ф179.4 mm 管子闸板达到长期关井的效果。而如果不能有效关井，则可依次选择关闭两个变径闸板中的任意一个；若还不能有效关井，则选择关闭另一个变径闸板。在这种情况下，可提供使用的ф179.4 mm 钻杆的闸板已经有三个之多。所以在ф179.4 mm钻杆作业中，有一个ф179.4 mm 管子闸板防喷器的同时，还有两个变径闸板防喷器可以选择，其可靠性已经达到了三重冗余性地标准【6】。三重冗余性不仅使用简单，无需时间和科研的投入，而且可以在理论上达到零故障的效果。
图3-4 “海洋石油 981”防喷器组配置示意图
3.6材料选择
高压高温应用正在推动石油和天然气勘探和生产技术的限度。高温高压加上恶劣环境的存在对油井管来说意味着一个极具挑战性的情况下。在这种情况下,要求管道不仅包括特征相关的材料特性,还有连接属性和几何公差都要满足设计件。
材料的性能要求包括在各种温度下的力学性能。此外，如果硫化氢是存在于环境中，抗硫化氢应力腐蚀是必需的，这也取决于其他环境条件。由于二氧化碳、氯化物含量和高压环境的存在，高度腐蚀速率对材料性能是个极大的挑战。
由于深海三千米复杂的工作环境，防喷器材料不仅需要耐高压，还要考虑到海水对防喷器材料的腐蚀问题。为此，深海防喷器材料选择采用铬镍钼（25CrNiMo），强度高，切削性好，淬透性低。焊接性差，焊前需经高温预热，焊后需消除应力。防腐蚀。防喷器承压件均使用防硫材料的锻件，防喷器表面镀锌，防喷器内接触高压油的部位需要满足NACE MR-0175，抗硫化氢应力腐蚀。
4 环形防喷器设计
4.1环形防喷器的组成和工作原理
环形防喷器是由于其封井元件——胶芯，呈环状而得名。以前也曾称万能防喷器，多效能防喷器或球形防喷器。从结构上来讲，环形防喷器的种类较多。目前根据胶芯形状常用类型分为锥形防喷器、球形防喷器和组合防喷器，一般与闸板防器配套使用。如图4-1和4-2，分别为球形防喷器和锥形防喷器自上而下的结构分析图。环形防喷器能完成以下作业：
1.当井内存在钻具时，能够密封各种形状和尺寸的钻杆；
2.当井内没有钻具时，能够短时间全封井口；
3.当使用缓冲储能器时，能够进行强行起下钻作业。
环形防喷器的工作原理是：
环形防喷器顶盖和壳体通过螺栓连接，通过在活塞缸上下的两个液压孔，可以控制活塞缸内活塞的上下运动。钻井时，钻杆从防喷器通孔穿过，自然状态下活塞处于活塞缸底部，胶芯处于开闭状态。当井底高压油向上运动时，流经支持筒将活塞向上推动，使胶芯产生向上运动的力。同时胶芯又被顶盖和垫片抵住，被迫向中心挤压形成密封，封闭井口。
图4-1 球形防喷器结构分析图 图4-2 锥形防喷器结构分析图
4.2环形防喷器的产品选型
本文的环形防喷器选择锥形防喷器。锥形防喷器的壳体与顶盖均过经热处理，生产较为容易，成本较低，其外径小于其它类型的环形防喷器，但高度较高。目前锥形胶芯类环形防喷器的壳体与顶盖连接有三种形式：爪块连接、大丝扣连接、法兰连接。 锥形防喷器的关键零件在于胶芯，具有如下特点：
1.胶芯外侧面呈园锥形,锥面母线与胶芯轴线夹角为20°～25°胶芯，橡胶硫化在支承筋腹板的四周；
2.井压助封。如图4-3，为锥形防喷器的井压助封原理图。井内压力作用在活塞下端，推动活塞上行，从而使胶芯闭合更加紧密；
图4-3 井压助封原理图
3.贮胶量大，胶芯筋板之间的橡胶均可挤向井口形成密封；
4.胶芯工作以后逐步复原，能完全恢复到自环形防喷器胶芯由状态，不影响钻具通过；
5.更换胶芯容易；
6.寿命可测。
华北石油荣盛机械制造有限公司作为目前全球最大陆地防喷器制造商，一直关注中国海洋石油装备的国产化，并在国家的大力支持下，研制出国内首套3000米深水防喷器组及其控制系统。本文选取荣盛公司生产的FHZ18—70型号的环形防喷器，其技术参数如表4-4：
表4-4 FHZ18—70环形防喷器技术参数表
4.3环形防喷器三维设计图
如图4-5为本文设计的环形防喷器三维模型图，其中1、2部分为顶盖和壳体。9部分为垫片，起密封作用。5部分为胶芯。4部分为活塞，高压油向上顶时，活塞会随之向上运动，带动胶芯向中心运动，起到封闭井口作用。3部分为支持筒，高压油流经的地方。6、7、8部分为螺栓，起连接作用。
图4-5 环形防喷器三维模型图
5 闸板防喷器
5.1闸板防喷器的类型和工作原理
作为井控装置重要的组成部分之一，闸板防喷器具有使用安全、开关灵活、维修简单等特点。闸板防喷器按其闸板室的数量可分为单闸板防喷器、双闸板防喷器和三闸板防喷器三类。常见的闸板防喷器的结构由以下部件组成：壳体、缸盖、活塞、锁紧轴、油缸、闸板活塞杆、和侧门【7】。按闸板本身的结构可以分成全封、半封、剪切和变径。如图5-1至5-4，分别为全封闸板、半封闸板、剪切闸板、变径闸板。
教学设计基本结构
教学设计基本结构内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
教学方案设计基本结构 1、教材分析与学情分析Teaching Analysis ； 教材分析考试时可以减写，学情分析即对学生情况的分析，相对来说可以多写，熟练的情况下可以不写，考试的时候最好还是写，教材分析几十个字，学情分析100字以内。 2、教学目标Teaching Aims； 教学目标是主线，必不可缺，分为三个维度，即知识与技能（knowledge and Ability），过程与方法（process and method），情感、态度与价值观 （emotion、attitude and value）。 教学目标要具体化、可操作化，根据课标要求、学生的实际确定目标。考试常用格式：使学生记住……事实，理解……概念，形成……技能，经历……的过程，掌握……的方法、应用……定律分析……的问题，坚定……的信念，养成……的习惯，激发……的热情。错误的格式：教给学生……，教学目标是对学生的要求，而不是对教师的，考试时一定要注意。 3、教学重点、难点Teaching Emphasis and Teaching difficult points； 教学重难点也是必不可缺的，依据课标要求、教材内容、学生已有知识来确定。考试时，教学重点、教学难点最好分开写。 4、教学方法Teaching Methods； 一般情况下要写，常用的教学方法有讲授法、谈话法、讨论法、读书指导法、练习法、实习法、实验法、演示法、参观法………… 5、课时安排； 课时：一般考1课时的教学设计，可以忽略不计。课前准备可写可不写。
心得体会 轴系结构设计实验心得体会
轴系结构设计实验心得体会 轴系结构设计实验心得体会第二篇、实验二、轴系结构设计实验 轴系结构设计实验心得体会 实验二、轴系结构设计实验 一、实验目的 1、熟悉常用轴系零部件的结构； 2、掌握轴的结构设计基本要求； 3、掌握轴承组合结构设计的基本方法。 二、实验设备 ①各种轴； ②轴上零件：齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴承座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、止退垫圈、轴端挡板、轴用弹性垫圈、孔用弹性垫圈、螺钉、螺母等。 ③工具包括活搬手、游标卡尺、胀钳。 ④铅笔、三角尺等绘图工具自备。 三、概述 轴系结构是机械的重要组成部分，也是机械设计课程的核心教学内容。由于轴系结构设计的问题多、实践性强、灵活性大，因此既是教师讲授的难点，也是学生学习中最不易掌握的内容。本实验通过学生自己动手，经过装配、调整、拆卸等全过程，不仅可以增强学生对轴系零部件结构的感性认识，还能帮助学生深入理解轴的结构设计、轴承组合结构设计的基本要领，达到提高设计能力和工程实践能力的目
的。 四、实验内容 1、每组同学根据轴系简图装配轴系部件； 2、分析并测绘部件，在简图上标出零、部件尺寸； 3、编写实验报告，并画出轴系部件装配草图。 五、实验步骤 ①根据轴系结构设计装配草图，选择相应的零件实物，按装配工艺要求顺序装在轴上，完成轴系结构设计； ②分析轴系结构方案的合理性。分析时应考虑以下问题： a.轴上各键槽是否在同一条母线上； b.轴上各零件是否处于指定位置； c.轴上各零件的轴向、周向固定是否合理、可靠，如防松、轴承拆卸等； d.轴系能否实现回转运动，运动是否灵活； e.轴系沿轴线方向的位置是否确定，轴向力能否传到机座上； f.轴系的轴向位置是否需要调整，需要时，如何调整。 ③在确认实际装配结构无误时，测绘各零件的实际尺寸（底板不测绘，轴承座只测量轴向宽度）； ④将实验零件放回箱内，排列整齐，工具放回原处； ⑤在实验报告上，按1∶1比例完成轴系结构装配图（只标出各段轴的直径和长度，公差配合及其余尺寸不标注，零件序号、标题栏可省略）。 注意：因实验条件限制，本实验忽略过盈配合的松紧程度、轴肩过渡
钢结构平台设计 ()
目录1.
1. 设计内容与设计参数 1.1 设计内容 图所示钢平台，其结构平面布置图如图，按照任务要求，本人设计内容为边次梁LL-1、中间主梁L-2和中柱Z4，并设计主次梁螺栓连接。 图 钢平台 图 钢平台结构平面布置图 L-1 L-1 L-1 L-1 Z1 Z3 Z1 Z1 Z2 Z4 Z3 Z2 L-2 L-2L L -1 L L -2 L L -2 L L -3 L L -2 L L -2L L -1 L L -1 L L -2 L L -2 L L -3 L L -2 L L -2 L L -1 ①12 B 06 33②12 B 06 33 改 ② ① ① ① ②
1.2 设计参数 钢材Q235-B ，焊条E43型，螺栓C 级。柱和次梁采用型钢，主梁采用焊接钢板梁，梁均按两端铰接设计，节点连接为螺栓连接，主、次梁计算跨度分别为和，次梁间距3m 和，次梁上翼缘与楼板焊牢，柱按轴心受压构件设计，计算长度6m ，楼面恒载与活荷载标准值分别为和6kN/m 2。 1.3 次梁LL-1设计 1.4 荷载汇集与计算简图 恒载标准值（楼面传来的恒载和次梁自重） 10.12 1.5 4.50.127.27.614/l k k g s g l kN m =+=?+?= 活载标准值（楼面传来的活载） 1 1.569.00/l k k q s q kN m ==?= 总荷载标准值 7.614916.61/l l lk k k p g q kN m =+=+= 总荷载设计值 1.2 1.3 1.27.614 1.3920.84/l k k p g q kN m =+=?+?= 跨中弯矩与支座剪力设计值 22/820.847.2/8135.0l l M p l kN m ==?=? /220.847.2/275.0l l V p l kN ==?= 计算简图及内力如图 图 次梁计算简图与内力图
塔里木非常规井身结构及套管程序设计方案与可行性分析完整版
塔里木非常规井身结构及套管程序设计方案与 可行性分析 集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
塔里木油田非常规井身结构及套管程序 二〇〇六年十月
1.塔里木现行井身结构及其缺陷 1.1.塔里木现行井身结构 塔里木油田目前主要采用的井眼套管程序为： 20"×13 3/8"×9 5/8"×7"×5" 这套井身结构在塔里木油田应用17年，能够满足台盆区的钻井生产需要。这套结构具有套管规格标准、供货渠道通畅、工具及井口配备成熟、使用方便等优点。 1.2.塔里木现行井身结构存在的缺陷 总体来说，塔里木现行井身结构存在以下一些缺陷： (1)不利于应对复杂地层深井、超深井地质变化引发的复杂钻井工 程问题； (1)8 1/2"（井眼）×7"（套管）、6"（5 7/8"）（井眼）×5" （套管）环空间隙窄，固井质量差； (1)套管强度偏低。 1.2.1.两层、三层井身结构存在的缺陷 目前哈得地区普遍采用两层井身结构，这里以任选的哈得19井为例，图给出了该井的井身结构设计图。 三层井身结构主要在塔中地区采用，这里以任选的塔中82井为例，图给出了该井的井身结构设计图。
图哈得19井设计井身结构
图塔中82井井身结构设计图
上面给出的这种两层和三层的井身结构存在的一个突出问题是：8 1/2"裸眼井段长，一般4000米左右，最长达5200米，经常发生电测、阻卡、下套管井漏、开泵不通、开泵不返、固井质量差等问题， 2004年到现在此类事故复杂25起，损失时间166天，具体统计情况见表。 表 2004年到现在塔里木探井φ8 1/2"井眼钻井复杂问题统计
轴系结构设计实验指导与参考答案图
轴系结构的分析与测绘 一、实验目的 1.通过拼装和测绘，熟悉并掌握轴的结构设计以及轴承组合设计 的基本要求和方法。 2.了解并掌握轴系结构的基本形式，熟悉轴、轴承和轴上零件的结构、功能和工艺要求。掌握轴系零、部件的定位和固定、装配与调整、润滑与密封等方面的原理和方法。 二、实验内容 1. 根据选定的轴系结构设计实验方案，按照预先画出的装配草图进行轴系结构拼装。检查原设计是否合理，并对不合理的结构进行修改。 2.测量一种轴系各零、部件的结构尺寸，并绘出轴系结构的装配图，
标注必要的尺寸及配合，并列出标题栏及明细表。 三、实验设备和用具 1.模块化轴段(可组装成不同结构形状的阶梯轴)。 2. 轴上零件：齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴承座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、轴端挡板、止动垫圈、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈、螺钉、螺母等。 3. 工具：活搬手、胀钳、内、外卡钳、钢板尺、游标卡尺等。 四、实验步骤 1. 利用模块化轴段组装阶梯轴，该轴应与装配草图中轴的结构尺寸一致或尽可能相近。 2. 根据轴系结构设计装配草图，选择相应的零件实物，按装配工艺要求顺序装到轴上，完成轴系结构设计。 3. 检查轴系结构设计是否合理，并对不合理的结构进行修改。合理的
轴系结构应满足下述要求： 1）轴上零件装拆方便，轴的加工工艺性良好。 2）轴上零件固定(轴向周向)可靠。 4.轴系测绘 1）测绘各轴段的直径、长度及轴上零件的相关尺寸。 2）查手册确定滚动轴承、螺纹联接件、键、密封件等有关标准件的尺寸。 5. 绘制轴系结构装配图 1) 测量出的各主要零件的尺寸，对照轴系实物绘出轴系结构装配图。 2)图幅和比例要求适当(一般按1:1)，要求结构清楚合理，装配关系正确，符合机械制图的规定。 3)在图上标注必要的尺寸，主要有：两支承间的跨距，主要零件的配合尺寸等。 4)对各零件进行编号。并填写标题栏及明细表(标题栏及明细表可参阅配套教材《机械设计课程设计》)。
海洋石油平台的防腐蚀
海洋石油平台的防腐蚀 一、海洋石油平台的腐蚀状况 海洋石油平台的绝大多数是用钢铁建造的。随着海洋石油工业的发展，用于开发海洋石油的平台有多种多样，既有简易的单柱平台，也有用钢量达万吨以上的巨型平台。大型平台的构造相当复杂，具有多种作业功能，造价也十分昂贵。这些平台一般都放置在离岸较远的海域里，而且多数是固定安装的。因此，它们不能像船舶那样进行坞修，维修十分困难。为了确保石油开采作业的顺利进行，保证作业人员的安全和保护环境，进行海洋石油开发的国家政府和油公司，都付出了巨大的努力来防止平台破坏。 导致平台破坏的原因有各种各样，但大多数来自海洋环境对平台的作用。这此作用可以归纳为作用力和腐蚀。腐蚀除了直接使平台构件壁厚减薄和局部出现深坑乃至穿孔，大大地降低平台的强度储备以外，它还会和交变的外力共同作用，造成平台构件的腐蚀疲劳，引发平台构件开裂，招致严重事故。设计平台时，对可能遇到的环境作用力极值都作了充分的考虑。在建造和安装中，对材料和施工质量有严格的检验。因此，防止平台破坏的重要责任，便落在了防腐蚀工作者的肩上。 海洋石油平台钢铁设施的腐蚀机理与状况和其他海洋钢结构大致相同。但远离海岸的石油平台遭受的腐蚀环境更恶劣，而且各区域间的构件由于环境条件的不同，会形式宏观腐蚀电池，使得平台整体所受到的腐蚀和单独处于各区域钢铁的腐蚀，有明显的不同，设施的维护和修复也更困难。下面对石油平台金属在海洋环境中腐蚀情况作一些补充说明。 1、海洋大气区 海洋大气中钢铁的腐蚀速度比内陆大气中要高4~5倍。在天津塘沽岸边的大气
挂片表明，碳钢的年腐蚀量为0.04㎜。渤海海中平台的实测腐蚀量超过0.1㎜/a，有的达0.2~0.3㎜/a。 2、飞溅区 不少资料都指出，碳钢在飞测区的腐蚀量达到甚至超过0.5㎜/a。渤海使用10年的钢质平台，曾测得飞溅区的腐蚀速度约0.45㎜/a，并且有不少深度2㎜以上的蚀坑。当海浪拍击平台构件表面时，混在海水中的气泡冲击构件表面，对它们的保护层有很大的破坏力。在设计飞溅区涂层时，应特别注意。 3、潮差区 海洋石油平台是贯穿海泥至大气的连续钢结构，其腐蚀特征有别于单独处于各区域的钢铁。单个挂片的碳钢腐蚀速度，潮差区比全浸区要高1~2倍，而上下连续的平台结构，在潮差区受到的腐蚀却比全浸区要轻一些。有的设计者把潮差区并入飞溅区考虑，这并不意味着潮差区的构件受到的腐蚀程度和飞溅区一样严重，而是考虑到施工、维修以及阴极保护效果等因素的影响。 4、海水全浸区 在防护措施不完善的平台上，海水全浸区发生腐蚀有时会导致严重的后果。例如渤海4号平台，在使用12年后的一次检测中，在低潮位附近发现了多处构件被腐蚀穿了的孔洞。全浸区中钢铁的腐蚀速度，一般为0.1~0.2㎜/a。 5、海底泥土区 海底沉积物是很复杂的介质，不同海区海泥对钢铁的腐蚀会有所不同，尤其是有污染和大量有机物沉积的软泥，需要特别加以注意。一般认为，由于缺少氧气和电阻率大等原因，海泥中钢铁的腐蚀要比海水中轻得多，在深层土壤中更是如此。在与海水交界的浅层泥中，也会发生如同低潮位附近那样的氧浓差电池腐蚀。
钢结构课程设计车间工作平台
目录 一．设计说明 1.本设计为某车间工作平台 2.结构平面布置图如下，间距4m，5跨，共20m，跨度3m，4跨，共12m 3.梁上铺100mm厚的钢筋混凝土预制板和30mm素混凝土面层。 永久荷载为：5KN/mm2，可变荷载为：10KN/m2 荷载分项系数：永久荷载，可变荷载 二．计算书正文 第一节平台铺板设计 依题意并综合分析比较，平台钢结构平面布置如上图，主梁计算跨度为 6m，次梁计算跨度为3m，次梁与主梁采用平接方式连接。 铺板自重为：*20+*24=m2 铺板承受的荷载标准值为：q k=+10=m2 铺板承受荷载设计值：q=*+10*=m2 第二节平台次梁计算 跨中截面选择 查《荷载规范》钢筋混凝土自重按25KN/mm3，素混凝土按24KN/mm3，则 因此取：r q=，r G=; 次梁承受恒荷载包括铺板自重标准值为（暂不考虑次梁自重）：1p=*=m 活荷载标准值：p2=10*=12KN/m 次梁跨中最大弯矩设计值：M ax M=ql2/8=*5*5/8=·m
需要的净截面模量为：W=f r x max M =（*215）=225cm3 初步拟定次梁采用工字型I20a ，A=，X W =237cm2，2370x =I cm 4， cm 2.17x x =S I ，自重m 次梁的抗弯强度验算 考虑次梁自重后，跨中截面最大弯矩设计值：M ax M =8 1*[+*10]*5*5=·m nx w x r W M =4 310*237*05.110*51.69-=mm2<215N/mm2（满足） 抗剪强度验算 次梁最大剪力设计值为：5*]2.1*10*0279.0264.16[*2 12ql max +==V = w x max t I S V =τ=13.2410*17210*41.53 =N/mm2 海洋石油机械防腐蚀技术分析及应用邓辉 发表时间：2019-09-10T14:34:14.063Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年11期作者：邓辉 [导读] 本文主要分析了海洋石油机械腐蚀原因，并在此基础上详细分析了海洋石油机械防腐蚀技术，以期可以为我国海洋石油机械防腐技术的提升做出贡献。 身份证号：41282619801115**** 摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也越来越迅速。我国的海洋石油资源丰富，而海洋石油开采机械设备在石油开采过程中会产生一些腐蚀性问题，对石油开采机械的使用寿命和使用效率有着非常重要的影响。因此，在海洋石油开采过程中要对海洋石油机械设备的防腐问题格外重视，一旦发现石油机械的腐蚀性问题，就要及时采取有效的措施去解决。下面来分析和探讨导致海洋机械发生腐蚀性问题的重要因素。 关键词：海洋石油；机械防腐蚀；技术分析；应用 引言 随着我国资源勘测工作的不断深入，能源问题得到了缓解，但是在开采资源储量巨大的海洋石油资源时，由于石油开采机械需要与水接触，导致机械设备腐蚀问题较为严重，为了保证石油开采纯度与石油开采量，做好海洋石油机械防腐工作是非常有必要的，本文主要分析了海洋石油机械腐蚀原因，并在此基础上详细分析了海洋石油机械防腐蚀技术，以期可以为我国海洋石油机械防腐技术的提升做出贡献。 1海洋石油机械腐蚀原因 在开采海洋石油过程中，由于原油中本身含有较多杂质，且石油开采含水量越来越高，因此，石油机械受到了多方面因素的影响而出现被腐蚀的不良情况，为了保证石油机械能够得到高效、安全的使用，在选择相应海洋石油机械防腐蚀技术前，就要全面了解造成海洋石油机械发生腐蚀情况的原因。 1.1氯化物造成的海洋石油机械腐蚀 氯化物是指石油原油中所包含大量水分中的盐分，在开采海洋石油过程中，由于海洋中本身氯化物占比较大，此时造成石油原油中存在氯化物成分，当企业使用石油机械开采石油过程中，就会受到原油中氯化物的影响而出现腐蚀问题。在使用石油机械开采原油时，开采企业通常所使用的机械设备会与原油中氯化物成分所接触，当二者发生表面接触时，就会造成石油机械发生程度较为严重的腐蚀。而一旦条件相对成熟，盐水即我们所说的氯化物就会分解成盐酸等属于酸性的物质，此时石油机械在与氯化物接触过程中就会发生化学反应，所产生的盐酸给海洋石油机械造成的腐蚀更为严重，在原油开采现场时，还容易发生原油开采事故，影响石油机械运行安全性与有效性。 1.2环烷酸造成的海洋石油机械腐蚀 目前，在海洋石油开采过程中，所开采的石油多以环烷酸为主，特别是在精制石油产品时，更容易产生环烷酸，它属于一种有机酸，由于该种酸性物质化学性质相对较强，当其与海洋石油开采机械接触时，就会导致铁材料所组成的石油机械受到严重腐蚀，其运行质量与安全性都会出现降低的不良情况。[1]在深入分析环烷酸后，我们可以发现该种酸性物质几乎不溶于水，而通常会溶于石油醚、乙醇、苯和烃类等物质中，因此当石油原油中含有环烷酸时，采用石油机械精制石油产品过程中就会与环烷酸发生反应，严重时还会造成石油机械中由铁材料所组成的元件发生断裂，此时石油机械安全质量得不到有效提升。 1.3硫化物造成的海洋石油机械腐蚀 基于对石油开采工作的详细分析，我们可以发现在开采石油过程中所开采的原油本身含有一定杂质，硫化物则是石油原油杂质中一项重要的组成部分，硫化物本身不会与石油机械发生反应，但是当硫化物这一杂质与海洋中的水结合后，会发生一系列化学反应，此时会生产硫化氢，硫化氢不仅是一种有毒的物质，能够溶于水，更容易溶于醇类、石油溶剂和原油中，同时硫化氢还是一种还原性较强的酸化物，能够与石油机械发生反应，造成石油机械出现腐蚀的不良情况。除此以外，由于硫化氢还具有较强的毒性，因而对石油开采人员还会产生较为严重的影响，既威胁着石油机械使用安全，也威胁着石油开采人员生命安全，因而在后期开采中需要提高对硫化物所造成海洋石油机械腐蚀原因的重视。 2海洋石油机械防腐蚀技术 目前，海洋石油机械的腐蚀问题非常严重，采取有效的海洋石油机械的防腐蚀技术是非常实际和迫切的。而我国目前在海洋石油开采机械的防腐蚀方面的技术有很多，常用的主要有将防腐材料涂抹于石油机械表面、电镀防腐、化学防腐以及缓蚀剂等。[2]以上这些海洋石油机械的防腐蚀技术是目前使用范围比较广的防腐蚀技术。下面分别分析海洋石油机械防腐蚀技术： 2.1防腐材料涂抹于石油机械表面来实现海洋石油 机械的防腐经过多次调查研究显示，很多海洋石油机械的腐蚀问题多在海洋石油机械的表面产生。结合这种常见的海洋石油机械的腐蚀问题，通常会采用在海洋石油机械的表面涂抹防腐蚀材料，以此来防止各类腐蚀物质来腐蚀海洋石油机械的表面。而现如今比较常用的海洋石油机械防腐蚀材料主要有环保耐酸防腐涂料和无机聚合物涂料这两种防腐蚀材料。[3]环保耐酸的防腐涂料能够和硫化氢等化学物发生化学反应，能够最大限度减少海洋石油机械的腐蚀性问题。而无机聚合物能够有效抑制和减少腐蚀石油机械表面的问题。此外，还可以运用一些防腐材料来覆盖海洋石油机械的表面，以此来抵抗石油机械表面的腐蚀问题。如将沥青涂抹于石油机械表面就是目前非常有效的防腐蚀方法。 2.2电镀防腐 电镀防腐蚀解决海洋石油机械表面腐蚀问题的重要技术。通过在海洋石油机械的外面电镀钨合金或者运用管接箍的方法来将酸化物与石油机械表面隔离，以此起到海洋石油机械防腐的作用。 2.3电化学技术防腐 电化学防腐蚀技术是比较强的一种防腐技术。[4]电化学防腐技术在具有足够电流的基础上，运用电流将海洋石油机械表面的电子进行转移，这样能够有效消除或者控制海洋石油机械的腐蚀性问题，减少或者降低化学物质来腐蚀石油机械表面的腐蚀性。 机械设计作业设计计算说明书 题目：设计齿轮传动高速轴的轴系部件系别： 班号： 姓名： 日期：2014.11.29 机械设计作业任务书 题目：设计带式运输机中的齿轮传动 设计原始数据： 带式运输机传动方案如图1所示。 原始数据见表1 表1 带式运输机设计中的已知数据 电动机工作功率Pd （kW）电动机满载转 速 (/min) m n r 工作机的转 速 (/min) w n r 第一 级传 动比 1 i 轴承中 心高H （mm） 最 短 工 作 年 工作环境 3 960 90 1.8 150 1班室外、有尘 图1 带式运输机运动方案及各轴名称 目录 1 轴材料的选择 (3) 2 初算轴径 (3) 3 结构设计 (3) 3.1 确定轴的轴向固定方式 (4) 3.2 确定轴承类型及其润滑和密封方式 (4) 3.3 确定各段轴的径向尺寸 (4) 3.4 确定轴承端盖的尺寸 (5) 3.5 确定各段轴的轴向尺寸 (5) 3.6 确定各段轴的跨距 (6) 3.7 确定箱体的尺寸 (6) 3.8 确定键的尺寸 (7) 4 轴的受力分析 (7) 4.1 画出轴的受力简图 (7) 4.2 计算轴承的支承反力 (7) 4.3 画出轴的弯矩图 (7) 4.4 画出轴的转矩图 (9) 5 校核轴的强度 (9) 5.1 按弯扭合成强度计算 (9) 5.2 轴的安全系数校核计算 (9) 6 校核键连接的强度 (11) 7 轴承寿命计算 (11) 8 绘制高速轴装配图 (12) 9参考文献 (12) 1 轴材料的选择 因传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故需选用常用材料45钢，并调质处理。 2 初算轴径 由V 带传动的设计计算和齿轮传动的设计计算可得各轴的运动参数和动力参数见表2。 表2 各轴的运动及动力参数 高速轴作为转轴，这里按照扭转强度初算轴径 3n P C d ?≥ 式中： P ——高速轴（即I 轴）传递的功率，kW ，由表2可知，kW P 88.2=； n ——高速轴的转速，min /r ，由表2可知，min /533r n =； C ——由许用扭转剪应力确定的系数，查参考文献[1]表10.2得106~118=C ，取112=C 。 由上述数据计算轴径得 mm d 7.19533 88.21123=?≥ 由于轴上有一个键槽，因此，轴径需要增大5%，即 mm d 7.207.1905.1min =?= 根据GB/T 2822—200520a R 系列圆整得mm d 22min =。 3 结构设计 轴名 功率P/ kW 转矩T/ (N ·m) 转速n/ (r/min) 传动比i 效率η 电机轴 3 29.8 960 1.8 0.96 Ⅰ轴 2.88 51.49 533 5.9 0.96 Ⅱ轴 2.77 291.73 90 1 0.98 卷筒轴 2.71 285.92 90 浅谈海洋石油平台电气设备防爆措施 发表时间：2019-01-16T11:24:27.200Z 来源：《电力设备》2018年第26期作者：薛成平 [导读] 摘要：近年来，随着我国海洋石油事业的发展，各种海洋设备数量逐渐上升。 （中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司天津塘沽 300451） 摘要：近年来，随着我国海洋石油事业的发展，各种海洋设备数量逐渐上升。这其中尤其是以电气设备为主，并且是确保海洋作业安全的关键点之一。随着全社会对安全意识的提高，人们对机械电气设备的安全因素的考虑也逐步加强，海洋石油平台是一个特殊的作业环境，活动范围相对封闭，作业过程中人和设备会触及到易燃易爆性气体，故石油平台电气设备的防爆性能和防爆措施就显得格外重要。 关键词：海洋平台；电气设备；防爆措施 一、电气设备防爆区域的划分 1、爆炸是物质由一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生具有声响的现象，是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程。爆炸必须具备的三个条件：（1）爆炸性物质，（2）空气和氧气，（3）点燃源。 2、爆炸区域的划分： 1)爆炸性气体环境：0区：爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。1区：在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所。2区：在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。 2)可燃性粉尘环境：20区：在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现，其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和/或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。21区：在正常运行过程中，可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区的场所。 二、海洋平台电气设备的使用 海洋平台电气设备的应用结合外部环境因素及应用条件进行综合考虑分析。海洋平台电气防爆设备不完全都是防海浪、风雨设备。其结构和外壳还要充分适应周围的环境。相关规定曾指出，不同电气设备的外壳防护都有明确的规定。而防爆设备的使用条件包括：船舶电源、电压及频率的波动。船舶电网的波动幅度较大也比较频繁，按照相关规定，交流电压的电网电压波动要达到+6%-10%。 三、海洋平台防爆电气设备的分类 海洋电气防爆设备一般有以下几种类型： 1、增安型：此型号的电气设备在结构和类型上都有很大安全保障，在运行过程中不会出现电弧、火花等带有爆炸型危险因素的存在，降低了爆炸的可能性。 2、本质安全型：在海洋平台电气设备运行过程中利用限制电流和电压等方法，即使在发生故障都不会出电火花和热效应，因为点燃爆炸性气体没有达到爆炸的规定范围。 3、隔爆型：此类电气设备实现隔爆是通过对止内部零部件点燃外部爆炸性气体的外壳进行阻止。隔爆外壳的机械强度十分强，爆炸时所造成的冲击和压力都可以承受，外壳的各个结合面的配合间隙都很小，间隙内部的火焰向外壳外部传递能够得到阻止。 4、正压通风型：外壳内部之所以接受不到外部易燃、易爆气体的冲击，则是因为正压通风型设备通过采取措使外壳内部在接受大气时产生了一定的正压，以此来达到防爆的目的。 5、防爆冲砂型：防爆充砂型电气设备与防爆充油型防爆电气设备相似，前者是将所有的带电零部件都放置于细颗粒装的填充物，使不会产生电弧或电火花点燃外部爆炸性气体。 6、防爆充油型：电弧的零部件可以通过此电气设备都沉浸在油中，之后通过其他技术手段来保护不产生电弧的所有带电零部件，以此来阻止点燃油面上可能存在的爆炸性气体。 四、海洋平台防爆电气设备常见的安全隐患 1、选型错误 防爆电气设备应该根据不同的危险等级和类别来进行选型，一般在对平台的检查的过程中发现错误较多的地方则是在系统中部分电气设备选型方面。如在爆炸性气体环境采用粉尘环境用设备，Ⅱ类环境采用I类设备，上述都是典型的选型错误。所安装环境如果不能配备正确的设备，有效防爆的目的则不能完成。 2、防爆电气产品本身存在安全隐患 比如防爆电气设备外壳出现破损现状，防爆电气产品铭牌缺失或者模糊不清，防爆增安复合型产品的隔爆腔和接线腔的隔离密封填料不符合要求。 3、设备使用不当造成的安全隐患 在对用于爆炸危险性环境中非防爆电气设备检查过程中，常常发现危险区域现场施工人员使用的手工具、温湿度传感器、仪表、电动工具等都是非防爆电气设备。而在危险区域使用上述物品会导致直接构成安全生产隐患，严重造成人员财产双亡。 4、使用防爆电气设备未经批准 海洋平台电气设备中的防爆设备往往的使用的过程中工作人员未能按照相关标准来操作，有些甚至对设备擅自更改。如将光源换成更大功率的，设备的温度组别就会受到影响，如果最高温度组别高于周围环境，此光源很可能会成为引爆周围环境因素，成为爆炸点，造成爆炸事故，后果不堪设想。 5、防爆电气设备隔爆间隙超差 考量隔爆型电气设备的重要参数之一则是隔爆型电气设备的隔爆间隙，也是保证设备不传爆的重要因素之一。隔爆型电气设备在海洋平台上由于采购验收程序不够规范，存在大量漏洞，尤其在后期使用过程中环境的间接影响，使隔爆间隙超差成为海洋电气设备防爆中最常见的问题之一。 6、防爆型电气社设备隔爆面严重锈蚀 海洋平台电气防爆设备中最常用的就是防爆型电气设备，而影响设备隔爆型能的关键因素在于隔爆面的粗糙度和清洁度。设备在很大程度上会因为严重腐蚀的隔爆面而失去防爆性能，海洋平台上隔爆面腐蚀缺乏正常维护，长此以往也成为设备出现的问题之一。 课堂教学结构设计 万家小学徐红丹学生语文素质的提高固然离不开平时勤奋不断的学习积累，但最有效渠道仍须着眼于课堂教学。语文教师根据教学大纲的要求和学生的学习心理对教材内容的筛选加工转化和创造只是为语文教学提供了前提条件，奠定了物质基础。要把死准备转化为活需要，把教师储备转化为学生具备，教给学生独立掌握知识的本领，根本出路是在授—受、传—接方式上下一番苦工夫，即优化教学形式设计。以往人们仅仅把课堂看作知识传递的一种形式，却忽视了教师的策略和真挚情感在其中的作用，致使教学缺乏有效性。好比建大楼，有了土地、材料、工人，还要有图纸协调诸因素。 教育理论与实践都表明，在其他条件相同的情况下，一堂课效果的优劣，直接受课堂学生心理气氛的影响。激趣诱因就是在讲授具体教学内容之前，从学生的兴趣和可接受性出发，从教材实际出发，用极短的时间创造性地设置一种最良好的平等、轻松、和谐、热烈的施教气氛和环境，最大限度地引起学生求知欲望和进一步学习的内动力，顺利完成课堂教学任务。这是一个老师根据学生心理愿望营造的课堂动机激发和积极心向培养的“铺路搭桥”过程。激主动学习之趣，诱自觉探究之因，去除单调枯燥、沉默压抑、死气沉沉、漫不经心的局面。情绪轻松、气氛和谐、思维敏捷是开发智能的最佳期，也是积极参与潜能开发的有效手段和基本保证。这一环节要新颖别致有情趣，可借助贴近生活实际的悬念巧设、感情渲染、新旧衔接、相机诱导、故事过渡、模仿体验等相关观念的组合，造成心理上的渴求，把学生的好奇心转化为求知欲，激情满怀地展开形象思维和逻辑思维。这一阶段的目的是缩小教师与学生之间的空间、情感上的距离，产生教学活动的认同感，以便下一阶段教学工作顺利开展。但要注意，无论采取什么形式激趣诱因，都不可游离教学目标和教学内容，同时要浅易明晰。 设计中要增强教与学的“交互性”，好比打乒乓球，有来有往，寻深入浅出之点，剖共同认知之理。具体方式有：1、师生换位思考，有意识地消解对内容理解接受的悬殊，消解交流障碍。2、要敢舍弃重难点，因为学生并非一无所知。3、运用移觉手段，化难为易。将不直观的费解文字转化为可感的形象。4、选准切入点，精心设疑，引发争议。教师“引而不发、导而弗牵、强而弗抑、开而弗达” 海洋钻井平台防腐涂装方案 一. 海洋钻井平台采用的有机涂料防腐方法海上钻井平台涂料，在品种与长效船舶涂料有很多类似之处，海洋平台涂料保护的具体要求是：涂料与钢材表面及各道涂料之间有良好附着力，老化性能好，耐盐雾性能好，耐海水性能好，能形成适当弹性的涂层，满意的表面处理、油漆涂装和固化条件， 以及能与阴极保护配套使用等。又海洋平台涂装面积大，一般海洋钻井平台在100000平方米以上，而且从维修的观点，要求涂料使用周期越长越好。涂装配套根据腐蚀部位海洋钻井平台可分三个部位：大气区、飞溅区和全浸区。 1．海洋平台大气区的涂料保护大气区是平台腐蚀较轻微的部位，比其他部位维修方便些，但比船舶与岸边的结构还是困难得多。所选用的涂料品种亦采用高性能的。一般的涂装配套是：道数涂层干膜厚度涂层结构 1 无机锌底漆75μm 2 冷固化环氧中间漆200μm 2 丙烯酸聚氨酯面漆60μm 合计 5 335μm 2．海洋平台飞溅区的涂料保护飞溅区是海洋平台结构腐蚀最严重的区域，它经受海洋大气与海水浸渍的交替作用，海浪与冰块的冲击，锚链和水面飘浮物体的磨损，以及其它工作辅助船停靠的碰撞与摩擦。而且飞溅区在维修时表面处理进行喷砂与涂装非常困难，因此平台飞溅区的涂装设计必须考虑今后维修与涂装的方便，并适当地对钢材厚度增放一定的腐蚀余量，必须采用 高性能涂料。一般的涂装配套是：道数涂层干膜厚度涂层结构 1 无机锌硅酸盐底漆75μm 4 厚浆型环氧沥青涂料500μm 合计 5 575μm 3．海洋平台全浸区的涂料保护海洋平台全浸区的腐蚀速度比大气区严重，但比飞溅区要轻得多。海洋平台全浸区一般采用阴极保护或涂料与阴极保护的联合保护，而很少单独采用涂料保护，原因是目前防锈、防污涂料使用期限最长为5－8年左右，不可能成为海洋平台永久性的保护涂层。一般涂装配套（外加牺牲阳极保护）是：道数涂层干膜厚度涂层结构 1 无机锌底漆70μm 2 氯化橡胶防锈底漆100μm 2 防污漆200μm 合计 5 370μm 二. 海洋钻井平台采用的锌加防腐方法海洋钻井平台是海洋设施中既庞大又复杂的钢铁结构物，造价很大。一般平台要求使用期限为30－50年，并且又处于海洋恶劣环境，而且固定式平台不能象船舶一样进坞修理。因此防止海上钻井平台的腐蚀，对平台的使用与安全是一件十分重要的任务。目前海洋钻井平台钢结构常用的防腐方法是采用有机涂料配套系统（在全浸区一般采用阴极保护或涂料与阴极保护的联合保护），采用有机涂料配套系统虽然价格便宜但不能为海洋钻井平台钢结构提供长期防腐效果，同时将来维修困难，为了延长海洋钻井平台使用期限向业主和设计院推荐一种比利时ZINGAMETALL公司生产的特殊镀锌系统 海洋钻井平台防腐技术的研究 摘要：海洋钻井平台的防腐技术一直是海洋工程长期面临的一个问题，特别是 在钻井平台使用环境较为恶劣的地区，维护保养费用一直是笔较大的支出，维护 不好容易造成设备使用周期缩短，甚至导致生产事故。本研究提出了新型防腐技 术的应用，以期提高钻井平台的防腐蚀能力，延长其使用年限。 关键词：海洋钻井平台；防腐技术；研究 前言：海洋覆盖了地球表面的71％左右，当今世界，人类的生产生活离不开 海洋，海洋产业已经成为重要的经济支柱。在油气资源开发领域，陆地油气资源 逐年下降，海洋油气是未来发展的希望。海上平台是一种海上大型工程结构，其 钢结构长期处于高盐雾、高潮气、高速率腐蚀的海洋环境中，还要受到海水及海 洋生物的侵蚀。为了保证油气田生产的安全运行，做好海上平台的防腐工作十分 重要。 1海洋工程与腐蚀 海洋工程的实施过程非常的复杂，并且对于技术水平的要求较高，为保证海 洋工程顺利开展，需要对工程的安全性以及稳定性进行有力地保障，使其能够为 海洋石油开采工作奠定一个坚实的基础。 腐蚀作为现阶段我国海洋工程中所面临的最常见也是最为严重的一个问题， 受到了越来越多人的关注。腐蚀是由于金属材料受环境的影响，在化学或电化学 的作用下引起结构的变质和破坏，在钻井平台中使用的多半是钢铁材料，钢铁材 料属于铁基，在氧和水的作用下形成含水氧化物，这种腐蚀的产物通常称为铁锈。大气区、飞溅区以及内部、外部全浸区等是海洋钻井最常出现腐蚀现象的区域。 为解决容易发生腐蚀现象的这一问题，需要对海洋环境涂装系统进行不断地改进，为海洋工程涂装防腐设计的应用与发展奠定一个良好的基础。 2海洋钻井平台遭受腐蚀的原因分析 现阶段我国海洋钻井平台出现腐蚀情况的具体原因有以下几点： 2.1环境因素影响 海洋钻井平台设施的腐蚀主要分为四个区域：大气区、飞溅区，外部全浸区 和压载水舱（内部全浸区）等，外部全浸区也包括海底设施（采油树、管汇等）。大部分海洋钻井平台位于海洋石油平台设施水面以上的大气区，主要面临的就是 海洋环境（高湿度、高盐分、长时间阳光暴晒）带来的腐蚀，在海洋大气环境中 钢铁的腐蚀速率相比陆地要高出4~5倍，处于大气区的平台一般用涂层进行保护，相对其它区域维修比较容易，施工成本较低；少部分位于外部全浸区和压载水舱，在防腐措施不完善时容易受到海水环境（海水的深度、温度、溶解程度等）的影响，从而导致严重的后果，维修比较困难、维修作业有时需动用大型施工船舶， 维修作业成本巨大，处于全浸区和压载水舱的工艺管线一般用涂层加牺牲阳极进 行保护；极少数管线位于飞溅区，经常遭受潮汐和海浪的冲击以及海生物的侵蚀 和腐蚀，其腐蚀速率约为全浸区的3~5倍，在防腐措施不完善时发生的腐蚀程度 最为严重。 2.2流体介质因素 海洋石油平台流体介质中的多相组分如固体颗粒、微生物、海生物以及CO2，H2S、CL-等物质含量以及流体介质的物理特性（如温度、压力、流动状态等）是 导致海洋石油平台产生内部腐蚀的关键因素，根据流体介质性质的不同，内部腐 蚀的速率不一，危害程度也不同，危害严重的会导致工艺管线腐蚀穿孔、油气泄 海洋工程结构与船舶防腐蚀技术措施研究颜红丹 发表时间：2019-09-03T16:46:27.290Z 来源：《科学与技术》2019年第07期作者：颜红丹范超谭奔 [导读] 探讨在船体防腐蚀新技术的发展情况, 如船体防腐涂料技术、防腐涂装技术、阴极保护功能和涂膜结合技术、防腐蚀监测新技术等方面的新技术应用。 澳龙船艇科技有限公司广东 528400 摘要 : 船舶海上腐蚀是影响其寿命的最大因素之一。因腐蚀导致结构损坏和破坏, 严重影响船舶性能和安全。当前船舶防腐蚀技术措施的实际应用情况。探讨在船体防腐蚀新技术的发展情况, 如船体防腐涂料技术、防腐涂装技术、阴极保护功能和涂膜结合技术、防腐蚀监测新技术等方面的新技术应用。 关键词：海洋工程结构船舶防腐蚀技术措施 引言 随着我国经济实力与科学技术水平的逐步提高，我国增强开发海洋的力度，海洋是资源储藏和维护国家安全的宝地，其开发工作得到相关部门的重视。考虑到造船成本和船舶的性能，大多数船舶都采用高强度的钢铁材料做外壳。钢铁在海洋环境中腐蚀较为严重，腐蚀破坏船体结构造成严重损失，有时甚至会对船员的生命造成威胁。因此需要对船舶进行腐蚀检测和防腐处理，延长船舶的使用寿命。 1.我国海洋工程结构和船舶腐蚀目前的情况 海洋腐蚀现象给海洋工程与产业带来无法估算的危害与损失。海洋占地球面积的 70% 以上，现在人类活动逐步延伸到海洋的各个角落，海洋产业与航海业成为推动世界经济发展的支柱性产业。海洋运输为90%以上的国际贸易提供动力，应该说海洋运输是国际贸易得以持续发展的基础。海上作业平台是开展海洋石油、天然气开发的关键环节，海上风电设备让清结能源为人类提供服务。所以，海洋为人类带来巨大的产出效益。 目前对开发海洋资源造成最大困扰的是船舶和工程结构的腐蚀问题，每年因此而导致的损失都会占我国 CDP总数的 5% 。很多基础设备与设施因腐蚀而报废，是海洋设备损坏最重要的原因。我国现在腐蚀损失的程度要远远超过发达国家的损失，世界上通常认为海洋腐蚀导致的经济损失要高于自然灾害带来的经济损失。运用科学有效的方式，降低海洋腐蚀导致的经济损失，具有特别巨大的潜力空间。 海洋具有特别恶劣的环境，尽管现在腐蚀损失的权威、详细数据还比较缺乏，但因为海水中含有大量的氧气、微生物、盐分，这些因素为高腐蚀提供必须条件，造成特别严重的海洋腐蚀现象。按照我国划分的环境腐蚀等级，最严重的一类是海洋腐蚀，因为海水飞沫中的盐分含量特别大，以至于海岸线200米范围内的腐蚀现象都比较严重。船舶和海洋工程结构处于海洋的深处，一定会面临着大量腐蚀，影响到设备的使用效果和寿命，以至于船舶和海洋工程结构的可靠性与安全性遭受巨大的挑战，特别需要增强船舶与海洋工程结构的技术水平，寻找到性能更好的防腐材料，让海洋中设备的安全性及可靠性得到全面保障。我国拥有广阔的海洋面积、漫长的海岸线，我国在海洋石油天然气开发平台、船舶运输、海底管线等行业中投入的设备量不断增加，大部分材料由混凝土和金属构成，如果预防海洋腐蚀的方法不到位，在很短的时间内就会产生较为严重的腐蚀现象和经济损失，甚至造成设备报废。所以，全面维护船舶和海洋工程设备、设施，提高防腐措施是特别关键的基础性工作。 2.船舶腐蚀监测 由于船舶空间局限性，环境条件的影响以及自身装备设施等因素限制，船舶腐蚀监测方面的技术相对落后。但随着缺陷识别技术、传感器技术、信号处理技术和电子机械等的发展与应用，防腐蚀监测技术得到新的发展机遇。船体防腐蚀监测主要包括船体腐蚀状况监测和船体腐蚀防护效果监测。例如通过测定电位来监测船体阴极保护状态，使用超声波测厚技术测量船体钢板全面腐蚀情况，使用X射线或超声波腐蚀测试仪监测钢板表面局部腐蚀，水下电视监测系统可以宏观的观察船底的腐蚀等。郭伟等研制了一套基于电位法腐蚀检测技术原理、结合计算机控制技术和网络通信技术的“腐蚀电位实时监测系统”，该系统实现了对船舶腐蚀与保护状态的实时自动监测，能够及时准确地获得阴极保护状态信息。刘勇等研究了磁致伸缩导波在流体管道缺陷检测中应用的可行性，选择频散效应小的频率对流体管道进行了缺陷检测实验，可从检测信号中准确分析出缺陷信息。当前在船舶腐蚀监测技术研究和开发领域，主要集中在新型传感器的开发应用、传统监测技术手段的改进、多种传统监测技术手段的融合、监测设备的便携和智能化等。随着船舶腐蚀逐步得到人们的关注，船舶腐蚀监测技术会随之受到重视发展。 3.防护海洋工程结构和船舶腐蚀的趋势及策略 3.1防腐蚀涂料新技术 随着修造船业的迅速发展, 技术水平不断提高, 机械化程度日益提高, 修造船的周期在缩短,这对船舶涂料的综合性能、表面处理工艺、涂装工艺及设备的要求越来越高。为了满足船东和修造船厂的要求, 船舶涂料向着高性能、节能、施工方便、高效、符合环保要求的方向发展。具体来说,采用厚浆型、快干、高固体份或无溶剂涂料来达到高效节能的目的; 使用不含铅、铬等重金属颜料,降低涂料中有机溶剂含量,不使用有机锡、焦油等有害物质来达到环保卫生的要求。 3.2耐腐蚀材料 船舶和海洋工程结构以钢材为主要建设材料，怎样提高钢材的耐腐蚀研究特别重要。现在的耐腐蚀材料涉及的钢材类型比较广泛，主要有高分子材料、耐海水腐蚀钢、钛合金、耐腐蚀钢筋等，在船舶和海洋工程结构上，主要成份是金属和混凝土。提高金属耐腐蚀程度的方式是调整金属的化学元素、改变金属微观结构和腐蚀产生膜的特性等，充分减少电化学腐蚀的面积与反应速度，全面完善金属材质的防腐蚀功能。 3.3 防污涂料 船舶和海洋工程结构建设在海洋管线、钢桩、平台等部分，一定会面临着海洋污损生物的侵害与腐蚀，此生物污损而导致的后果特别严重，是广泛存在的腐蚀类型。因为海洋微生物可以依附在工程设备的表面上，既影响设备外观，也对船舶的正常行驶造成影响，出现提高燃油成本等问题。防污涂料可以比较全面的保护船舶和海洋工程结构，降低和避免海洋生物对其的污损和附着。在实际使用过程中，防污涂料对海洋生物而言是一种有毒制剂，此防污剂能够有效的将海洋工程结构表面上的海洋生物清理掉。防污涂料包括无机类和有机类两种。其中有机类包括有机锡化合物、有机氧化合物等；无机类包括氯化锌、氧化亚铜、氧化汞等。海洋石油机械防腐蚀技术分析及应用 邓辉
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