淺海簡易鋪管船管道鋪設(shè)工藝研究

1、<p>　　淺海簡易鋪管船管道鋪設(shè)工藝研究</p><p>　　摘要：海底管道作為最重要的海洋石油天然氣的運(yùn)輸方式，發(fā)展速度逐步加快，對于海底管道的鋪設(shè)方法，也提出了更高的要求。本文介紹了一種省時(shí)、經(jīng)濟(jì)的簡易鋪管船鋪設(shè)鋼管的方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：海底鋼管；鋪設(shè)方法；鋪設(shè)原理；鋪設(shè)步驟； </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

2、：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著海洋石油、天然氣勘探、開發(fā)，油氣集輸問題成為海上油氣田開發(fā)研究的重要課題之一，然而無論選用何種集輸形式，海底管道均是其重要的組成部分，海底管道鋪設(shè)施工技術(shù)就成為急需解決的關(guān)鍵問題。海底鋼管鋪設(shè)屬于間斷式鋪設(shè)方法，風(fēng)險(xiǎn)高，難度大，對于在近海鋪設(shè)鋼管，若采取專業(yè)的鋪管船鋪設(shè)費(fèi)用比較昂貴

3、，故本文對簡易鋪管船鋼管鋪設(shè)方案工藝進(jìn)行研究。 </p><p>　　海底鋼管的鋪設(shè)方法及鋪設(shè)原理 </p><p>　　目前國際上常用的海底鋼管鋪設(shè)方法有:拖曳式鋪管法（見圖1）、卷管式鋪管法（見圖2）、J型鋪管法（見圖3）和S型鋪管法（見圖4）。 </p><p>　　圖1 拖曳式鋪管法 圖2 卷管式鋪管法 </p><p>　　圖4 J

4、型鋪管法 圖3 S型鋪管法 </p><p>　　這四種鋪管法的鋪設(shè)原理均為一樣，即在管線下放時(shí)候，為了保持管線在下放過程中管線上每個(gè)質(zhì)點(diǎn)不受外力，就需要保持管線的下放速度和船舶的前進(jìn)速度一樣，進(jìn)而保證管線下放過程中的任意一點(diǎn)相對應(yīng)海底，其位置坐標(biāo)不發(fā)生改變。 </p><p>　　簡易鋪管船作業(yè)線布置圖 </p><p>　　下圖5為天津市海王星海上工程技術(shù)有限公

5、司的海恩302鋪管船作鋼管業(yè)線的布置，這種右舷作業(yè)線的布置取消了作業(yè)車間、管道橫移小車的設(shè)計(jì)，靈活增加了履帶吊機(jī)來解決管線的存儲(chǔ)和管線的轉(zhuǎn)運(yùn)問題。有效的利用了船舶甲板的面積。在無鋼管鋪設(shè)工作時(shí)，大部分甲板面積可以用來做其他使用。 </p><p>　　圖5海恩302鋪管船總體示意圖 </p><p>　　1--A&R絞車；2--緩沖區(qū)；3--1#焊接站；4--縱向移動(dòng)滾輪；5--2

6、#焊接站； </p><p>　　6--3#焊接站；7—4#焊接站；8--5#焊接站；9--張緊器；10--6#焊接站；11—托管架； </p><p>　　12--存儲(chǔ)區(qū)；13--中控室；14--履帶吊； </p><p>　　簡易鋪管船鋪管工藝 </p><p>　　以“簡易海恩302鋪管船鋪設(shè)雙層鋼管為例，對海底鋼管鋪設(shè)方法進(jìn)行敘述。鋼

7、管鋪設(shè)主要分為如下幾個(gè)步驟： </p><p><b>　　鋪設(shè)前準(zhǔn)備： </b></p><p>　　海底：在鋪設(shè)海底目標(biāo)地安裝固定錨。 </p><p>　　緩沖區(qū)：鋼管鋪設(shè)前，需要對雙層管線的端部進(jìn)行坡口修平。通過履帶吊將管線從存儲(chǔ)區(qū)吊到緩沖區(qū)，利用自動(dòng)坡口機(jī)或者半自動(dòng)坡口機(jī)或者角磨機(jī)來進(jìn)行管線端部的修平工作。 </p>&

8、lt;p><b>　　起始端鋪設(shè)； </b></p><p>　　起始端鋪設(shè)是指管線起始段下放的過程，從第一根管線開始敘述。 </p><p>　?、?1#焊接站：利用履帶吊吊裝第一根管線進(jìn)入主作業(yè)線，縱向滾輪支架上支撐滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第一根管線進(jìn)入1#工作站。隨后履帶吊吊裝第二根管線進(jìn)入主作業(yè)線，開始對第一根和第二根管線進(jìn)行焊接。 </p><

9、;p>　?、?管線對中：管線修平后，繼續(xù)利用履帶吊吊裝第一根管線進(jìn)入主作業(yè)線，縱向滾輪支架上的支撐滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第一根管線進(jìn)入1#工作站。隨后履帶吊吊裝第二根管線進(jìn)入主作業(yè)線，由于管線在生產(chǎn)過程中存在著誤差，所以每根管線的橢圓度基本不一樣，所以對中器將第二根管線和第一根管線在焊口位置要保證同心對中，進(jìn)而保證雙層管線內(nèi)管的焊接的質(zhì)量。目前自爬式氣動(dòng)對中器是比較先進(jìn)的管線對中設(shè)備，此外還有三維對中器，簡易手動(dòng)對中器。 </p&g

10、t;<p>　　⑶ 管線打底：雙層管內(nèi)管對中完成后，焊接一般分為打底，填充，蓋帽焊接，根據(jù)管線壁厚不同，適當(dāng)增加填充次數(shù)，打底焊是焊接的關(guān)鍵步驟，為了保證焊接和效率，一般管線的打底焊接均采用STT-II半自動(dòng)焊接機(jī)。 </p><p>　?、?2#焊接站：第一根和第二根管線打底焊接完成后，縱向移動(dòng)滾輪開始運(yùn)轉(zhuǎn)，使其焊縫進(jìn)入2#工作站，由于內(nèi)管的壁厚一般都比外管的壁厚厚，所以在2#焊接站，完成兩根內(nèi)管

11、兩次或者三次填充焊接。對于填充焊接，一般采取半自動(dòng)焊接機(jī)來進(jìn)行人工焊接，國內(nèi)先進(jìn)的鋪管船對此工藝設(shè)備，都采取全自動(dòng)焊接機(jī)。同時(shí)，第三根管線和第二根管線正在1#焊接站進(jìn)行打底。 </p><p>　　⑸ 3#焊接站：這個(gè)工作站是NDT(Nondestructive Testing）無損檢測站，此外還承擔(dān)著焊接任務(wù)。等待內(nèi)管填充焊接完成后，縱向移動(dòng)滾輪又開始運(yùn)轉(zhuǎn)，使得管線進(jìn)入3#焊接站，在這個(gè)工作站里完成內(nèi)管的蓋帽焊

12、接。進(jìn)而內(nèi)管的焊接完成，為了驗(yàn)收焊接質(zhì)量是否滿足要求，均需要對焊縫進(jìn)行無損檢測。目前國內(nèi)外先進(jìn)的無損檢測方法均為超聲波的檢測方式，主要利用水做耦合劑，能夠在幾分鐘內(nèi)完成焊縫的檢測，并能通過計(jì)算機(jī)直接讀出檢測結(jié)果。但這種檢測設(shè)備價(jià)格昂貴，對于簡易鋪管船上的焊縫檢測，一般采取X射線或者自爬式的伽馬射線機(jī)來進(jìn)行檢測。這種射線機(jī)拍片時(shí)間短，能夠360°對焊縫進(jìn)行拍片，拍片時(shí)間短，但洗片時(shí)間較長?？紤]到這種射線對人體有害，一般采取此種檢

13、測方式都需要有防護(hù)，簡易鋪管船的此工作站一般由鉛房構(gòu)成。 </p><p>　?、?4#焊接站：等待內(nèi)管拍片合格后，縱向移動(dòng)滾輪繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使得第一道焊縫進(jìn)入4#焊接站。在內(nèi)管焊縫上纏繞熱縮帶，起到防腐作用。然后在內(nèi)管和外管的間隙出填充玻璃纖維棉，或者其他保溫材料，然后進(jìn)行利用拔管器將第二根的外管牽引到第一根的外管焊口處。再次利用STT-II焊接機(jī)，對于外管進(jìn)行打底焊接。 </p><p>

14、　?、?5#焊接站：外管打底完成后，縱向移動(dòng)滾輪繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使得外管的第一道焊縫進(jìn)入5#焊接站。在此站內(nèi)，對于外管進(jìn)行填充和蓋帽焊接。然后利用簡易的超聲波設(shè)備，對外管進(jìn)行焊縫檢測。焊接檢測通過后，對外管進(jìn)行熱縮帶處理，達(dá)到防腐要求。 </p><p>　?、?進(jìn)入張緊器：在焊接完成焊接后，縱向移動(dòng)滾輪繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，張緊器上下履帶打開，使得管線進(jìn)入張緊器。張緊器是鋪管船上核心設(shè)備，它能感受到管線在下放過程中所承受的拉力，

15、并能夠自動(dòng)采取行動(dòng)。由于海上風(fēng)浪的作用，船舶上下?lián)u晃不定，當(dāng)管線超過最大允許的拉力時(shí)候，張緊器進(jìn)行放管，進(jìn)而管線拉力減小到允許拉力范圍內(nèi)；剛管線小于最小允許拉力時(shí)候，張緊器開始收管，使得管線拉力增大到允許拉力范圍內(nèi)。 </p><p>　?、?6#工作站：通過啟動(dòng)張緊器，使得管線繼續(xù)前行到6#工作站內(nèi)，此工作站修復(fù)站，主要負(fù)責(zé)修復(fù)管線前進(jìn)時(shí)候由設(shè)備造成的熱縮帶損壞。由于此時(shí)是第一根管線剛出張緊器，在此站要進(jìn)行管線

16、的錨固件、法蘭的焊接工作，以及安裝牽拉頭。 </p><p>　?、?起始端下放：安裝完?duì)坷^后，將鋪設(shè)用的牽引鋼絲繩的一端安裝在海底固定錨上，另一端安裝在牽拉頭上。開始移動(dòng)船舶，將張緊器的操作控制，調(diào)整到手動(dòng)控制模式，準(zhǔn)備下放管線。管線在下放過程中，要時(shí)刻觀察張緊器顯示的拉力，利用手動(dòng)閥來修正拉力的變化。 </p><p><b>　　正常鋪設(shè)； </b></

17、p><p>　　在起始段鋪設(shè)完成后，鋪管作業(yè)進(jìn)入正常鋪設(shè)狀態(tài)，正常鋪設(shè)時(shí)候，張緊器的控制開關(guān)需要調(diào)整到自動(dòng)控制模式。 </p><p><b>　　末端鋪設(shè)； </b></p><p>　　等待管線鋪設(shè)到目的地時(shí)候，需要對最后一根管線的尾部焊接拖拉頭，并將A&R絞車上鋼絲繩連接到拖拉頭上。A&R絞車和張緊器的原理一樣，能夠感知到管線

18、的拉力，并能夠?qū)M(jìn)行自動(dòng)處理。在最后一根管線到達(dá)張緊器時(shí)候，將張緊器再次調(diào)整到手動(dòng)控制模式，手動(dòng)降低張緊器對管線的夾緊力，將張緊器對管線的拉力逐步轉(zhuǎn)移到A&R絞車上，通過A&R絞車來下放最后一根管線。 </p><p><b>　　海底鋼管鋪設(shè)監(jiān)控 </b></p><p>　　管線在鋪設(shè)過程中，不光對張緊器的拉力進(jìn)行檢測，還應(yīng)該有中控室，管線在下

19、放過程中，應(yīng)該通過中控室的電腦屏幕來觀察每個(gè)工作站的完成情況，并給予聲音或者燈光來警示，提醒每個(gè)工作人員，即將下放管線，進(jìn)而確保人員的安全。此外還應(yīng)觀察托管架上安裝的攝像頭給出的管線下放姿態(tài)的影像，以及托管架和船體連接的銷軸所收到應(yīng)力，以及托管架和海平面的夾角。所有觀測得到的信息都要反饋到張緊器的操作上，依靠張緊器來修訂。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p>

20、<p>　　簡易鋪管船鋪管工藝的研究，能夠解決近海鋪設(shè)管線的工作，從效率和經(jīng)濟(jì)方面，都比較可行，能夠給企業(yè)帶來效益。本文通過敘述鋪管工藝，講解鋪設(shè)過程中所需的設(shè)備，可以給中小型企業(yè)對海底鋼管鋪設(shè)業(yè)務(wù)的認(rèn)識(shí)，對簡易鋪管船作業(yè)線的布置具有一定的指導(dǎo)意義。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 張宏等.深水海底管道鋪管設(shè)備

21、技術(shù)現(xiàn)狀與國產(chǎn)化設(shè)想[J].2008,36(9):201-204. </p><p>　　[2] 佟玉軍.對海底管線的鋪設(shè)方法的探討[J]. </p><p>　　[3] 周燦豐.深水海底管道鋪設(shè)焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].2010. </p><p>　　[4] 曹軍.海底管線鋪設(shè)焊接工藝與設(shè)備研究[J].2010,39(3):128-132. </p>&