深水起重鋪管船主對中區(qū)行車設(shè)計(jì)

馬孟達(dá)，彭建國，徐忠輝

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

隨著海洋石油和天然氣資源勘探開發(fā)從淺海向深海發(fā)展，作為運(yùn)送海洋油氣資源重要方式的海底管道被廣泛應(yīng)用[1]。管道運(yùn)輸是油氣運(yùn)輸中最快捷、經(jīng)濟(jì)和可靠的方式[2]。

為了滿足不同深度水域的鋪管作業(yè)能力、縮減船隊(duì)數(shù)量、提高市場競爭力，市場對兼具S型鋪管作業(yè)能力、J型鋪管作業(yè)能力以及大噸位起吊能力的深水起重鋪管船的需求量不斷增加。與此同時(shí)，最大鋪管管徑也不斷增大[3-4]。然而，兼具多型鋪管能力及大噸位起吊能力的深水鋪管船往往空間有限，在一些工況下，需要借助行車等輔助設(shè)備完成對管的轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)需求。鋪管管徑越大，對鋪管線行車起吊能力的要求就越高。

鋪管線行車作為鋪管作業(yè)的重要輔助設(shè)備，在鋪管作業(yè)中起到不可替代的重要作用。鋪管線行車需要盡量全區(qū)域覆蓋鋪管線，并且根據(jù)最大鋪管管徑相應(yīng)提高起吊能力，為鋪管作業(yè)提供保障。本文將以某型深水起重鋪管船主對中區(qū)為背景，結(jié)合該型深水起重鋪管船船型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、鋪管作業(yè)工況以及鋪管設(shè)備特點(diǎn)，分析鋪管線行車的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 主對中區(qū)及工藝流程介紹

海底管道鋪設(shè)主要有4種方式：S型鋪管法、J型鋪管法、R型（卷筒式）鋪管法以及垂直鋪管法[5]。該型深水起重鋪管船通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，兼具S型和J型2種鋪管系統(tǒng)。利用S型鋪管系統(tǒng)的主作業(yè)線將雙節(jié)管（左舷和右舷2條輔線將單節(jié)管預(yù)制成雙節(jié)管）預(yù)制成四節(jié)管，再通過升降機(jī)提升至露天甲板，供位于主甲板右舷的J型鋪管系統(tǒng)使用。通過貫穿主甲板至船底的月池敷設(shè)管線，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約布置空間，減少設(shè)備數(shù)量以及控制項(xiàng)目投資成本的目的。

在雙節(jié)管預(yù)制成四接管過程中，主對中區(qū)為雙節(jié)管對中作業(yè)提供場地，主要設(shè)備包括動(dòng)力輥輪、橫移小車、對中機(jī)、對中絞車、內(nèi)對中器和管支撐架等。主對中區(qū)分別接收經(jīng)過左舷和右舷探傷區(qū)探傷作業(yè)后的雙節(jié)管，再通過橫移小車，移動(dòng)至船中進(jìn)行對中作業(yè)，最后沿主線向船艉運(yùn)送到下一道作業(yè)工序。

該型深水起重鋪管船主對中區(qū)位于艏部，干舷甲板以上。該區(qū)域?qū)痈呒s7 m，左、右舷2條鋪管線之間最大跨度約為23 m，縱向跨距約為34 m，見圖1。

圖1 主對中區(qū)橫剖圖

由于該型深水鋪管船兼具S型和J型鋪管系統(tǒng)，根據(jù)布置J型鋪管系統(tǒng)的需要，右舷船中位置布置有長約27 m，寬約10 m的月池，導(dǎo)致右舷結(jié)構(gòu)空間有限，無法布置返修的艙口或者維修輔線。故僅在左舷探傷區(qū)上方的主甲板布置有雙節(jié)管艙口，以便探傷不合格的雙節(jié)管由升降機(jī)和動(dòng)力托輥運(yùn)送至主甲板進(jìn)行返工作業(yè)。

預(yù)制管節(jié)時(shí)，當(dāng)右舷探傷區(qū)檢測到雙節(jié)管不合格時(shí)，若需要將不合格雙節(jié)管運(yùn)送至主甲板進(jìn)行返工作業(yè)，則必須要從右舷探傷區(qū)運(yùn)送至主對中區(qū)右舷，再從主對中區(qū)右舷運(yùn)送至左舷，最后從主對中區(qū)左舷運(yùn)送至左舷探傷區(qū)，從左舷雙節(jié)管艙口運(yùn)出（見圖2）。

圖2 鋪管作業(yè)流程圖

如果上述過程中，主對中區(qū)的橫向運(yùn)送由橫移小車進(jìn)行，一旦右舷探傷區(qū)發(fā)現(xiàn)探傷不合格的雙節(jié)管，需要停止左舷作業(yè)以清空左舷探傷區(qū)至主對中區(qū)的所有管線，等待右舷不合格管運(yùn)送至左舷探傷區(qū)，再轉(zhuǎn)運(yùn)至主甲板返工。這會(huì)導(dǎo)致左舷在此期間停工，從而嚴(yán)重影響作業(yè)效率。

結(jié)合上述作業(yè)工況，在進(jìn)行主對中區(qū)行車設(shè)計(jì)中，需充分考慮實(shí)際鋪管作業(yè)要求。主對中區(qū)行車需要具備將探傷不合格的雙節(jié)管從右舷運(yùn)送至左舷的能力，這會(huì)減少左舷停工等待時(shí)間，提高鋪管作業(yè)工作效率。

2 主對中區(qū)行車設(shè)計(jì)概述

以該型深水起重鋪管船為例，最大設(shè)計(jì)鋪管管徑為60 in（1 in=2.54 cm），故主對中區(qū)行車需要具備起吊管徑為60 in的雙節(jié)管并越過傳輸托輥上的管進(jìn)行左、右舷方向移動(dòng)的能力。當(dāng)對最大管徑為60 in的管進(jìn)行鋪管作業(yè)時(shí)，管子最低點(diǎn)距甲板約2 m，管徑為1 524 mm，主對中區(qū)空間層高約為7 m，故主對中區(qū)行車布置空間僅為1 800 mm左右。同時(shí)管徑為60 in的雙節(jié)管重量約為72 t，結(jié)合作業(yè)工況，主對中區(qū)行車起吊能力需具備起吊60 in雙節(jié)管的能力，起吊重量應(yīng)該不小于72 t。

2.1 主對中區(qū)行車方案設(shè)計(jì)

考慮需要覆蓋整個(gè)主對中區(qū)（橫向跨距約23 m、縱向跨距約34 m），并實(shí)現(xiàn)60 in管的橫向轉(zhuǎn)運(yùn)，行車的布置方案可以考慮以下3種（見表1）：

表1 行車方案對比

1）單軌單梁。在雙節(jié)管的首尾端，橫向布置2根單軌行車，每根軌道上布置2臺(tái)20 t葫蘆，2組單軌行車，4臺(tái)葫蘆配合實(shí)現(xiàn)60 in、約72 t的雙節(jié)管起吊轉(zhuǎn)運(yùn)。但是該方案僅實(shí)現(xiàn)橫向轉(zhuǎn)運(yùn)的覆蓋，對其他工況，如設(shè)備維修、調(diào)運(yùn)時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)縱向覆蓋。

2）雙軌單梁。在主對中區(qū)左、右舷兩端，縱向布置2根軌道，再布置2根可以在縱軌上行走橫向梁。每根橫向梁上布置2臺(tái)20 t葫蘆，4臺(tái)葫蘆配合實(shí)現(xiàn)60 in、約72 t的雙節(jié)管起吊轉(zhuǎn)運(yùn)。該方案雖然對主對中區(qū)能實(shí)現(xiàn)橫向和縱向全區(qū)域覆蓋，但是該方案中葫蘆直接掛在橫向梁下方，導(dǎo)致總高較大，超過3 m，無法滿足空間布置的要求。

3）雙軌雙梁：共2根縱向軌道布置在主對中區(qū)左、右舷兩端，4根橫向主梁，每2根主梁組成1個(gè)橋梁，將葫蘆置于2根橫向主梁之間，避免高度疊加以減少行車總凈空。每組橋梁布置2個(gè)葫蘆，單個(gè)葫蘆起吊能力為20 t，通過協(xié)同配合聯(lián)動(dòng)作業(yè)，達(dá)到80 t的總起吊能力，具備起吊60 in雙節(jié)管的能力，滿足最大鋪管管徑作業(yè)要求。

綜合對比以上3種方案，并考慮到鋪管作業(yè)工況及鋪管設(shè)備特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)雙節(jié)管轉(zhuǎn)運(yùn)的設(shè)計(jì)工況，滿足行車設(shè)計(jì)要求，行車采用雙軌雙梁結(jié)構(gòu)，并通過選用低凈空環(huán)鏈葫蘆，合理布置雙軌道梁結(jié)構(gòu)與葫蘆的空間關(guān)系等優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，將主對中區(qū)行車總高控制在1 800 mm以內(nèi)，主對中區(qū)鋪管線行車俯視圖見圖3。

圖3 主對中區(qū)行車俯視圖

2.2 主對中區(qū)行車工況分析

主對中區(qū)行車在進(jìn)行探傷不合格、雙節(jié)管返工轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)時(shí)，根據(jù)不同作業(yè)工況要求，將不同軌道，同一條縱向鋪管線上的2個(gè)葫蘆分為一組，主對中區(qū)行車需要具備單組葫蘆聯(lián)動(dòng)控制及2組葫蘆聯(lián)動(dòng)控制的功能，分別用于40 t以下（工況1）和40 t以上（工況2）雙節(jié)管作業(yè)工況。

1）工況1

當(dāng)鋪管作業(yè)雙節(jié)管重量小于40 t時(shí)，采用單組葫蘆聯(lián)動(dòng)控制的起吊方案，在雙節(jié)管首尾端的2部行車各布置1個(gè)吊點(diǎn)，不同橋梁，同一鋪管線上的2臺(tái)葫蘆分別通過吊帶起吊雙節(jié)管，進(jìn)行雙節(jié)管的轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，見圖4。

圖4 起吊40 t以下雙節(jié)管工況

2）工況2

當(dāng)鋪管作業(yè)雙節(jié)管重量大于40 t時(shí)，采用2組葫蘆聯(lián)動(dòng)控制的起吊方案，同樣在雙節(jié)管首尾端各布置1個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)需要2臺(tái)葫蘆，通過分別連接在兩臺(tái)葫蘆吊鉤上的吊帶兩端吊起雙節(jié)管，進(jìn)行雙節(jié)管的轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，見圖5。

圖5 起吊40 t以上雙節(jié)管工況

在滿足工況1和工況2的基礎(chǔ)上，主對中區(qū)行車的聯(lián)動(dòng)控制功能還具備2組葫蘆同時(shí)分開聯(lián)動(dòng)的功能，在組1轉(zhuǎn)運(yùn)1根雙節(jié)管的同時(shí)組2還可以對另一根雙節(jié)管進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，以滿足極端工況的相應(yīng)需求。

主對中區(qū)行車選用雙軌雙梁行車的布置方案，葫蘆可以在橋梁軌道上左右行走，橋梁可以縱向軌道上沿船艏艉方向行走，再結(jié)合葫蘆單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)控制功能，可以最大程度覆蓋主對中區(qū)各個(gè)區(qū)域。不僅滿足從右舷向左舷轉(zhuǎn)運(yùn)探傷不合格的雙節(jié)管的主要設(shè)計(jì)需求，同時(shí)還可以滿足主對中區(qū)不同作業(yè)條件下區(qū)域內(nèi)各個(gè)位置、各類起重需求（如管子調(diào)運(yùn)，設(shè)備維修，設(shè)備調(diào)運(yùn)等）。主對中區(qū)行車主要參數(shù)情況見表2。

表2 行車方案對比

3 結(jié)論

選用雙軌雙梁行車的布置方案，每組橋梁包括2根橫向主梁，在橫向主梁間布置低凈空葫蘆，實(shí)現(xiàn)控制凈高，滿足空間布置要求；通過分組聯(lián)動(dòng)控制，主對中區(qū)行車最大程度地覆蓋了主對中區(qū)橫向和縱向的空間,實(shí)現(xiàn)主對中區(qū)作業(yè)范圍全覆蓋，可以顯著提高右舷探傷作業(yè)不合格的雙節(jié)管快速轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)行返工作業(yè)，不造成鋪管線的堵塞，從而較好地提高了全船鋪管作業(yè)線的工作效率，彌補(bǔ)了因J型鋪管月池區(qū)帶來的空間布置局限。

兼具S型和J型鋪管法的深水起重鋪管船擁有大范圍水深的鋪管作業(yè)能力，可覆蓋更多作業(yè)海域，但也要求鋪管船具備對更多管徑尺寸的鋪管能力，更高的起吊能力，更嚴(yán)格的空間布置要求。行車作為鋪管作業(yè)重要的輔助設(shè)備，在對行車的設(shè)計(jì)布置中應(yīng)當(dāng)結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)和作業(yè)工況，最大程度利用船體結(jié)構(gòu)空間，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域覆蓋，為鋪管作業(yè)提供便利，提高作業(yè)效率。