牽引系統(tǒng)輔助工程駁船搖臂復(fù)位研究

邵亮亮，魏佳廣，劉 濤，崔廣亮，王 斌，孫文明

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

HYSY229是一艘3萬t級(jí)導(dǎo)管架下水駁船，在完成導(dǎo)管架的下水任務(wù)后其下水搖臂通常采用浮吊船輔助扶正的方式復(fù)位[1]，此方法需單獨(dú)占用浮吊資源，不但費(fèi)時(shí)而且費(fèi)用較高。

牽引系統(tǒng)輔助HYSY229下水搖臂復(fù)位是通過利用絞車和滑輪組牽引系統(tǒng)完成HYSY229下水搖臂的扶正復(fù)位，無需投入大型浮吊船資源，此工藝極大地降低了施工成本，而且減小了施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)過程

本項(xiàng)目以恩平23-1油田群結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中HYSY 229運(yùn)輸?shù)膬纱位葡滤畬?dǎo)管架安裝生產(chǎn)為依托。在第一船次作業(yè)中，根據(jù)搖臂翻轉(zhuǎn)力及力矩的數(shù)值計(jì)算，設(shè)計(jì)絞車和滑輪組搖臂復(fù)位系統(tǒng)，并進(jìn)行試驗(yàn)，采集搖臂復(fù)位所需的拉力數(shù)據(jù)，隨后根據(jù)實(shí)施效果持續(xù)優(yōu)化方案，并在第二船次作業(yè)中驗(yàn)證優(yōu)化。

（1）2016年3月4日，在第一船次導(dǎo)管架（恩平18-1 WHPA導(dǎo)管架）裝船期間，根據(jù)搖臂翻轉(zhuǎn)力及力矩的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，完成了四套絞車和滑輪組系統(tǒng)的甲板布置。

（2） 2016年3月30日，在恩平18-1 WHPA導(dǎo)管架下水后，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用該方案順利完成HYSY229搖臂復(fù)位工作，并測(cè)得相應(yīng)拉力數(shù)據(jù)。

（3）2016年4月15日，在第二船次導(dǎo)管架（恩平23-1 DPP導(dǎo)管架）裝船期間，根據(jù)得到的實(shí)際拉力數(shù)據(jù)，并結(jié)合第一次試驗(yàn)的狀況，進(jìn)一步優(yōu)化了絞車及滑輪組系統(tǒng)的布置方案。

（4）2016年4月21日，在恩平23-1 DPP導(dǎo)管架下水后，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用優(yōu)化后的方案成功完成HYSY 229左舷側(cè)搖臂復(fù)位工作（右舷側(cè)因搖臂軸瓦固定焊接質(zhì)量問題未實(shí)施），比較第一船次的復(fù)位試驗(yàn)，優(yōu)化后的方案更加便捷高效，驗(yàn)證了牽引系統(tǒng)輔助HYSY229下水搖臂復(fù)位方案的可實(shí)施性，為在后續(xù)項(xiàng)目中的推廣應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

2 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

在恩平項(xiàng)目搖臂復(fù)位方案設(shè)計(jì)伊始，為了降低項(xiàng)目施工成本，經(jīng)綜合考慮，并結(jié)合之前的施工經(jīng)驗(yàn)，決定放棄利用浮吊船扶正復(fù)位這一費(fèi)時(shí)費(fèi)力的方案，而是采用絞車及滑輪組牽引系統(tǒng)輔助完成HYSY229搖臂的復(fù)位工作。

根據(jù)HYSY 229的搖臂資料，單個(gè)搖臂質(zhì)量約590 t，經(jīng)理論計(jì)算，單個(gè)搖臂的復(fù)位拉力小于2000 kN，故借鑒海洋結(jié)構(gòu)物拖拉裝船的絞車系統(tǒng)布置方式，項(xiàng)目中初步采用了4臺(tái)45 t絞車、4套800 t滑輪組、4組四滾柱導(dǎo)纜器、4個(gè)400 t拖點(diǎn)和若干索具及卡環(huán)等組成搖臂復(fù)位系統(tǒng)，并在恩平18-1 WHPA導(dǎo)管架裝船前完成設(shè)備在船上的布置，詳見圖1。

圖1 牽引系統(tǒng)設(shè)備布置

由于該方案是第一次工程應(yīng)用，為了保證完成下水搖臂的復(fù)位工作，設(shè)計(jì)中采用了比較保守的方案，在搖臂兩側(cè)對(duì)稱布置兩套絞車、滑輪組系統(tǒng)，以便同步工作，提供足夠的拉力。具體施工過程如下：

3月30日，在完成恩平18-1 WHPA導(dǎo)管架下水后，HYSY229下水搖臂狀態(tài)如圖2所示。

圖2 搖臂翻狀態(tài)及牽引纜繩布置

首先，連接復(fù)位索具：將高強(qiáng)纜穿過四滾柱導(dǎo)纜器與預(yù)布置在搖臂上的鋼絲環(huán)形扣連接，組成完整的絞車滑輪組拖拉系統(tǒng)[2]。

然后，啟動(dòng)絞車，收緊索具，張緊牽引系統(tǒng)，開始拉動(dòng)搖臂復(fù)位至最終位置。

在施工過程中，當(dāng)搖臂翻轉(zhuǎn)至與甲板約成45°時(shí)（見圖3左圖），理論上其可以靠自重完成后續(xù)的下落復(fù)位[3]，但實(shí)際中受轉(zhuǎn)軸摩擦力等因素影響，搖臂并未按設(shè)計(jì)如期下落，現(xiàn)場(chǎng)只得操作絞車?yán)^續(xù)收纜拖拉，才最終成功完成搖臂復(fù)位工作，但因此導(dǎo)致滑輪組拖拉間距基本達(dá)到極限狀態(tài)（見圖3右圖）。

圖3 滑輪組間距與搖臂復(fù)位狀態(tài)

總結(jié)第一次施工試驗(yàn)結(jié)果，雖然最終成功完成搖臂的復(fù)位工作，但復(fù)位方案中仍存在不足之處，故在第二船次恩平23-1 DPP導(dǎo)管架裝船前，對(duì)搖臂復(fù)位方案進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。

在第一次施工中，測(cè)得搖臂復(fù)位時(shí)單臺(tái)絞車最大拉力約為600 kN，故理論上單臺(tái)150 t絞車即可完成搖臂的復(fù)位工作（其最大拉力1500kN＞600kN×2）?？紤]到第一次搖臂復(fù)位到45°左右時(shí)未能自動(dòng)下落，而此時(shí)復(fù)位索具角度不理想（垂直向下的拉力分量較小），故在保留滑道外側(cè)絞車系統(tǒng)不變的情況下，對(duì)中間的兩套系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，取消了搖臂船中側(cè)的φ96 mm×26 m環(huán)形扣，將高強(qiáng)纜直接與搖臂相連，以增大船中兩套滑輪組的拖拉間距，同時(shí)將其對(duì)應(yīng)的四滾柱導(dǎo)纜器向船尾方向移動(dòng)，以便在搖臂復(fù)位時(shí)提供更多的有效拉力，方案對(duì)應(yīng)的船上布置如圖4所示。

牽引系統(tǒng)輔助搖臂復(fù)位基本步驟如下：

（1）導(dǎo)管架下水后，連接索具組成完整的搖臂復(fù)位系統(tǒng)。

圖4 牽引系統(tǒng)在駁船上的布置

（2）同時(shí)啟動(dòng)四臺(tái)絞車收纜至索具呈張緊狀態(tài)。

（3）四臺(tái)絞車?yán)^續(xù)收纜，拉動(dòng)搖臂旋轉(zhuǎn)至40°左右，由于非對(duì)稱設(shè)計(jì)，搖臂兩側(cè)絞車的速度應(yīng)有所不同，以保證搖臂兩側(cè)繩索同時(shí)受力。

（4）若在此角度下?lián)u臂仍未自動(dòng)下落復(fù)位，則停止滑道外側(cè)兩臺(tái)絞車的操作（滑輪組間距為13 m左右），改為船中絞車單臺(tái)操作繼續(xù)拉動(dòng)搖臂至最終復(fù)位位置（滑輪組間距為28 m左右）。

4月21日，在恩平23-1 DPP導(dǎo)管架下水后，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用上述優(yōu)化后的方案成功地完成了HYSY229左舷側(cè)搖臂的復(fù)位工作（右舷側(cè)因搖臂本身轉(zhuǎn)軸故障未能實(shí)施）。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工人員反饋，第二次的施工效果較第一次有了很大提升，操作更加便捷高效。

但與此同時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)纜繩和鋼絲繩長度有限且短時(shí)間內(nèi)未找到替代資源，所以導(dǎo)致船中兩個(gè)動(dòng)滑輪在導(dǎo)管架下水過程中沒入海水中，需要后續(xù)單獨(dú)保養(yǎng)。因此，在后續(xù)的施工應(yīng)用中，需要注意增加動(dòng)滑輪與四滾柱導(dǎo)纜器中間鋼絲繩（φ144 mm）的長度（由33.6 m替換為40 m左右）以避免動(dòng)滑輪進(jìn)入海水，同時(shí)將拖點(diǎn)適當(dāng)?shù)叵虼^方向移動(dòng)以增大動(dòng)滑輪的拖拉行程。另外，跟據(jù)測(cè)量得到的搖臂復(fù)位拉力，后續(xù)可以為HYSY229配備專用的絞車（30 t左右）、滑輪組及索具，從而進(jìn)一步降低設(shè)備方面的成本費(fèi)用。

通過兩次施工驗(yàn)證，牽引系統(tǒng)輔助HYSY229下水搖臂復(fù)位技術(shù)已基本完善可行。該方案不僅設(shè)備布置簡單，施工便捷高效，而且費(fèi)用成本較之前傳統(tǒng)的浮吊船輔助復(fù)位方案能節(jié)省50%以上。

3 推廣應(yīng)用及優(yōu)化

通過恩平項(xiàng)目兩船次作業(yè)的實(shí)踐，該方案的可行性已經(jīng)得到驗(yàn)證，而且較傳統(tǒng)方法優(yōu)勢(shì)明顯。隨著海洋石油開發(fā)不斷向深水邁進(jìn)，類似需要HYSY 229下水駁船完成運(yùn)輸下水的導(dǎo)管架勢(shì)必增多，因此，在降本增效的大環(huán)境下，該方案的推廣應(yīng)用顯得非常有必要。

文昌9-2/9-3CEP導(dǎo)管架下水駁船HYSY229搖臂復(fù)位方案設(shè)計(jì)是根據(jù)恩平23-1項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化，主要對(duì)設(shè)備及連接索具進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，既增加了施工的便利性，又減小了設(shè)備投入，主要優(yōu)化措施如下：

（1） 25 t絞車替代45 t絞車。

（2）200 t+400 t滑輪組替代800 t滑輪組。

（3）φ120 mm高強(qiáng)纜替代φ96 mm環(huán)形索具。

（4）φ120 mm高強(qiáng)纜替代φ96 mm高強(qiáng)纜。

（5）四滾柱倒纜器的位置進(jìn)行優(yōu)化，保證搖臂復(fù)位過程受力均勻。

牽引系統(tǒng)輔助搖臂復(fù)位方案經(jīng)過文昌項(xiàng)目的成功推廣應(yīng)用，不僅為項(xiàng)目節(jié)省了大量的成本，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也再次為后續(xù)項(xiàng)目在復(fù)位方案設(shè)計(jì)及實(shí)施方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，主要經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)總結(jié)如下：

（1）搖臂復(fù)位系統(tǒng)預(yù)布過程中，動(dòng)滑輪與四滾柱倒纜器間距約2～3 m，與設(shè)計(jì)不符，使得人工連接高強(qiáng)纜時(shí)較困難。建議后續(xù)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段高強(qiáng)纜長度增加2 m，同時(shí)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工。

（2）切除全部搖臂固定筋板，防止筋板探出與搖臂復(fù)位高強(qiáng)纜存在干涉。

（3）高強(qiáng)纜在搖臂拖點(diǎn)處建議雙用，并且用尼龍繩固定。本項(xiàng)目采用麻繩固定，導(dǎo)管架下水調(diào)載過程中，固定麻繩在海浪的拍擊過程中磨斷，導(dǎo)致高強(qiáng)纜脫落。

（4）動(dòng)滑輪在整個(gè)系統(tǒng)受力之前發(fā)生側(cè)偏，建議后續(xù)設(shè)計(jì)過程中，改變滑輪組的穿繩方式，從滑輪組中間開始穿繩，防止動(dòng)滑輪側(cè)偏。

（5）每個(gè)搖臂復(fù)位需設(shè)計(jì)兩套牽引系統(tǒng)，起到一用一備作用，這就要求每一套絞車牽引系統(tǒng)都應(yīng)該有足夠的設(shè)計(jì)能力保證單獨(dú)完成單個(gè)搖臂的復(fù)位工作。

4 結(jié)論

（1）牽引拖拉系統(tǒng)輔助搖臂復(fù)位技術(shù)比傳統(tǒng)浮吊輔助復(fù)位技術(shù)更節(jié)省成本且效率高，值得工程項(xiàng)目推廣應(yīng)用。

（2）單側(cè)搖臂復(fù)位所需拖拉力約1 200 kN，總共設(shè)置4套拖拉系統(tǒng)，要求單個(gè)拖拉系統(tǒng)具備足夠的拖拉能力保證單個(gè)搖臂翻轉(zhuǎn)復(fù)位。

（3）復(fù)位方案需要足夠的拖拉行程，絞車、拖點(diǎn)、滾柱導(dǎo)向固定在船體強(qiáng)結(jié)構(gòu)上，25 t絞車、200 t滑輪組、200 t拖點(diǎn)、φ120 mm高強(qiáng)纜配置的牽引系統(tǒng)為最優(yōu)方案，可作為HYSY229專用配置資源使用，解決搖臂非自復(fù)位問題。

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[2]閻廷松.惠州21-1導(dǎo)管架的海上安裝[J].海上工程，2010，（3）：38-42.

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