海纜平臺抽拉工藝方法研究

岳劍峰， 葉海賓， 王靖翔， 謝俊， 陳達勝

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東深圳518067）

0 引言

海纜抽拉就是在鋪設海纜前用平臺絞車將海纜起始端抽拉到平臺上并進行錨固。通過優化原抽拉工藝，采用臨時錨固卡代替網繩提升海纜，使海纜提升更方便、更可靠。本文從海纜抽拉前的技術準備和抽拉工藝的具體實施兩個方面，詳細講述了一種新型的海纜抽拉工藝方法，并進行優缺點總結，為今后其他項目的實施提供借鑒。

1 海纜抽拉前技術準備

1.1 海纜抽拉力計算

海纜參數：外徑為156mm，空氣中密度為43.920kg/km，水中密度為24.3 kg/km。

海纜拖拉頭參數：長度為1201 mm，空氣中重量為510 kg，水中重量為 443.5 kg。

海纜抽拉水下長度100 m，水上長度20 m，海纜抽拉過程中海纜與護管壁會產生摩擦力f，即抽拉力F=G水下+G水上+G拖拉頭+f，護管垂直方向最大夾角 4.96°，估算摩擦力 f=G·sin（4.96°）·μ=840 N，故抽拉力為 F=3.834×104N。海纜抽拉水下狀態見圖1。

1.2 路由布置

到平臺實地考察，確認18.5 m甲板護管法蘭周圍是否有其他結構物干涉，確認抽拉路由位置布置，設計地錨安裝點及懸掛點。確定抽拉路線，路由設計見圖2。

表1 25t絞車主要參數

1.3 絞車選擇

根據路由布置及抽拉力計算和現有資源，初步選用25 t絞車。絞車主要參數如表1。

校核絞車參數：1）抽拉力 F=3.834×104N＜2.5×105N，絞車的抽拉能力滿足施工要求；2）絞車容繩長度L。抽拉路由鋼絲繩總長度L1=45 m，護管長度111 m，鋪纜船距離護管口中心距離保持在40～100 m，水深91 m，預留長度50 m，故牽引鋼絲繩長度L0=330＜L=500 m。5）鋼絲繩強度校核：絞車鋼絲繩最小破斷力為602 kN，S＜F0/n=100.3 kN，故25 t絞車滿足抽拉需要。

1.4 測力計拉力計算

根據路由布置，計算測力計位置拉力，F0=F1+F2-2F1F2cos（π－θ）=F1+F2+2F1F2cosθ=8.93t，選擇測力計為 3×105N，F0＜3×105N，測力計滿足要求。測力計受力分析矢量三角形見圖3。

1.5 臨時錨固卡設計

1.5.1 設計計算

抽拉力為3.834×104N，提升卡子所需要提供的摩擦力 f=F=3.834×104N，故卡子正壓力為 N=f/μ=1.278×104N。

卡子采用螺栓法蘭連接，螺栓數量設計為Z=6，螺栓公稱直徑為M24。

校核螺栓強度：單個螺栓受力：F′=F/Z=2.13×104N，預緊力為 F″=1.8F′=3.834×104N=110.2 MPa，螺栓等級為8.8，材料為中碳鋼，故許用應力為σ1p=σs/S=120 MPa。σ1＜σS，故所選螺栓滿足要求。螺栓擰緊力矩計算：T=KFd=358.9 N·m。

圖4 臨時錨固卡結構圖

1.5.2 結構設計

海纜直徑156 mm，故控制錨固卡內徑為（156±2）mm，卡子分為兩半（內部表面粘貼膠皮），兩半之間間隙控制在（50±2）mm，卡子的主體結構形式見圖4，材質為Q345B，主體采用8″圓管對半分開。利用ANSYS有限元分析軟件進行強度校核計算，受力分析云圖見圖 5，最大應力 82.3＜0.8×335=268 MPa，UC 值為 0.307，結構強度滿足項目需要。

2 海纜抽拉工藝實施

2.1 平臺改造及路由布置

預制好地錨和吊耳，根據設計圖樣劃線找準位置，焊接地錨和吊點，擺放25 t絞車在設計位置并錨固。搭腳手架，懸掛和擺放導向滑輪，連接3×105N測力計，牽引絞車鋼絲繩并連接導向滑輪，拖拉鋼絲繩到護管口。

2.2 海纜抽拉人員及設備

人員組成：主要包括工程師、領班、焊工、鉚工、架子工、鉗工及電工，共9人組成。

設備及索具資源主要包括：2臺25 t絞車（1臺備用）、導向滑輪、卸扣、吊環、ROV鉤、抱梁卡、導鏈、尼龍繩、臨時錨固卡、高頻對講機、焊接及切割設備、架子管及消耗用品等。

2.3 海纜抽拉及錨固

制定平臺施工JSA（工作安全分析），動員人員及設備上平臺，組織平臺安全監督和生產監督評審施工JSA，并召集所有施工人員開安全會。抽拉工作需要和鋪纜船配合進行，平臺上由領班用高頻對講機統一指揮，口令簡約明了（保證絞車操作手、護管口看護人員及指揮人員各有一臺對講機）。具體實施步驟如下：1）從8.5 m甲板提升引纜平臺端到18.5 m甲板護管口處，并與平臺絞車引繩連接；引纜傳遞端系好尼龍繩（長度約60 m）；2）通知鋪纜船平臺準備就緒，等待其靠平臺（靠近平臺50 m左右），用平臺吊機傳遞尼龍繩到鋪纜船；3）鋪纜船摘取尼龍繩，并利用尾部絞機回收引纜，平臺絞車緩慢釋放鋼絲繩，并用白色油漆每隔10 m在鋼絲繩上做出標記；4）引纜回收后，鋪纜船將引纜連接端移至下水橋位置，連接清管球；平臺絞車回收引纜，鋪纜船絞車配合平臺絞車放纜，直至清管球出18.5甲板護管口，期間平臺絞車操作人員時刻監測測力計顯示儀，顯示儀讀數不得超過8.93 t；抽拉期間派2名施工人員到8.5甲板監測清管球通過分段處；5）摘取清管球，連接平臺絞車拖拉頭與鋪纜船牽引繩，鋪纜船絞車回收引纜，指揮人員間隔通報鋼絲繩剩余長度及絞車放繩速度；6）鋪纜船連接海纜拖拉頭與平臺絞車索接頭，平臺絞車開始回收鋼絲繩，指揮人員間隔通報鋼絲繩剩余長度及絞車放繩速度；平臺絞車操作人員時刻監測測力計顯示儀，顯示儀讀數不得超過8.93 t；海纜拖拉頭出護管口，用臨時錨固卡錨固海纜，拆除鋼絲繩索接頭；7）抱梁卡卡緊橫梁，懸掛導鏈提升海纜，用臨時制作的2 m直尺測量提升海纜長度并做標記；更換臨時錨固卡，利用導鏈提升海纜出護管口16 m（或看到海纜標記位置），臨時卡錨固；詳見圖6；通知海纜廠家見證，采用砂輪機及鋼鋸切割海拉拖拉頭，由專業測試人員對海纜進行電纜絕緣測試和光纖測試；8）測試沒有問題，拆除臨時卡，用永久錨固卡進行錨固，并打力矩300 N·m；完成抽拉并通知鋪纜船開始鋪纜。

圖6 臨時錨固卡提升海纜圖

3 結論

通過對海纜抽拉工藝方案制定，設計計算及設備選型，和抽拉工藝實施進行總結，對比以往抽拉方案，得出以下結論：

工藝實施過程需要注意以下幾點：1）前期準備工作一定要做好，抽拉路由布置完畢要先做一次抽拉試驗，檢驗設計是否滿足要求；2）溝通協調一定要到位，同時ROV在水下監測，避免平臺絞車和施工船絞車步調不一致，造成水下鋼絲繩松弛打結或張緊；3）臨時錨固卡擰緊時要按設計要求打力矩，不得打超或少打。

該工藝主要優點是：采用導鏈加臨時錨固卡形式提升海纜，此方法優于采用尼龍繩網兜拉形式，一方面臨時錨固卡可以重復利用，另一方面臨時錨固卡提升安全系數高，材料成本低，工藝實施方便。

需要進一步優化的是：1）牽引尼龍繩采用平臺吊機傳遞，占用平臺資源，費時費力；需要優化牽引繩傳遞方法。2）臨時錨固卡的結構需要優化，減少螺栓拆裝次數，節省抽拉時間。

［1］ Marine Operations During Removal of Offshore Installations：DNV RP-H102［S］.

［2］ Manual of Steel Construction-Allowable Stress Design［Z］.American Institute of Steel Construction（AISC），1989.

［3］ 張印桐，蔡長松，魏行超，等.深水臍帶纜抽拉上平臺技術［J］.中國水運（下半月），2014（2）：144-145.

［4］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2008.