多功能水下安裝輔助架設(shè)計(jì)與應(yīng)用

蔣喻栓(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司ROV作業(yè)部，廣東 深圳 518067)

0 引言

海底管道水下帶壓開孔、封堵是一種在役管道維搶修技術(shù)，適用于管道的正常維修改造和突發(fā)事故的搶修。以某天然氣管道在內(nèi)檢測(cè)時(shí)發(fā)生卡球情況，在正向增壓和反向泄壓均無效的情況下設(shè)計(jì)了不停輸帶壓開孔封堵的方案。本方案介紹了帶壓封堵施工的開孔封堵作業(yè)、管道切割取智能球工作。并介紹了使用機(jī)械三通、開孔機(jī)與機(jī)械三通組合體的水下豎直安裝。水下作業(yè)時(shí)需要支持船及水下機(jī)器人(Remotely Operated Vehicle, ROV)進(jìn)行一系列的技術(shù)操作，本文就ROV技術(shù)操作進(jìn)行介紹與探討。

1 方案實(shí)施

1.1 海底管道豎直帶壓開孔系統(tǒng)的安裝

海底管道豎直帶壓開孔安裝系統(tǒng)，包括在海管開孔位置的主支撐框架結(jié)構(gòu)以及用于調(diào)整開孔機(jī)三通組合體運(yùn)動(dòng)的索具系統(tǒng)，索具系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)功能主要靠手拉葫蘆來實(shí)現(xiàn)；安裝系統(tǒng)整體為長(zhǎng)方體框架式結(jié)構(gòu)，底部加寬并在底面設(shè)有防沉板，以使安裝系統(tǒng)整體可以穩(wěn)定地坐于海床，并對(duì)安裝系統(tǒng)的后續(xù)操作提供足夠的支撐。

1.2 海底管道水下安裝方法

安裝系統(tǒng)的防沉板底部設(shè)有透水孔，足夠的透水孔孔徑在不影響支撐承載力的情況下，可以降低安裝系統(tǒng)在下放入水時(shí)的水面波浪抨擊力以及拖曳力，同時(shí)可以提高結(jié)構(gòu)入泥時(shí)的排水速率，從而降低結(jié)構(gòu)沉降不平均造成傾斜的風(fēng)險(xiǎn)，在結(jié)構(gòu)回收時(shí)也可降低海床的吸附效應(yīng)。多功能開孔設(shè)備總布置見圖1。

1.3 系統(tǒng)安裝及具體實(shí)施

將豎直帶壓開孔機(jī)組合體整體與安裝系統(tǒng)框架進(jìn)行組合與固定。組合時(shí)，先以組合體懸掛索具連接組合體機(jī)械三通上的吊耳和安裝系統(tǒng)框架的組合體吊耳，四條組合體懸掛索具由15t SWL的手拉葫蘆主要支撐全部組合體的重量，設(shè)計(jì)手拉葫蘆可進(jìn)行組合體與安裝系統(tǒng)框架相對(duì)位置的調(diào)整，同時(shí)可確保4條主承重索具的受力均衡。由于組合體的重心要高于機(jī)械三通吊耳(主承重索具連接點(diǎn))，因此該懸掛缺乏穩(wěn)定性，采用8條組合體固定索具(由棘輪張緊帶組成)分別連接組合體上部扶正吊耳及機(jī)械三通以及組合體下部扶正吊耳及機(jī)械三通，以限制開孔機(jī)組合體在水平方向的自由度，確保整體吊裝時(shí)的穩(wěn)定性。同時(shí)需要在組合體運(yùn)動(dòng)吊耳及組合體機(jī)械三通的吊耳之間預(yù)連接組合體運(yùn)動(dòng)索具，并保持其為松弛狀態(tài)。為開孔機(jī)組合體的運(yùn)動(dòng)空間留出位置，因此組合體與安裝系統(tǒng)框架連接后的整體重心向組合體一側(cè)偏心，根據(jù)計(jì)算，設(shè)計(jì)出整體的吊裝偏心重心，使用鋼絲繩索具25偏心吊裝，完成安裝系統(tǒng)的起吊和入水。

1.4 安裝設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1.4.1 輔助帶壓開孔機(jī)水下精確就位

(1)單體設(shè)備吊裝下水容易，但水下工作量大；(2)成套設(shè)備重約30t，設(shè)備自身吊點(diǎn)強(qiáng)度不足；(3)水下設(shè)備就位及連接耗時(shí)長(zhǎng)。

解決方案：(1)整體吊裝設(shè)計(jì)，側(cè)向索具控制組合體穩(wěn)定性，解決吊點(diǎn)較低的問題；(2)在機(jī)械三通上增加高強(qiáng)度吊耳，滿足整體吊裝承重需求。

圖1 多功能開孔設(shè)備總布置圖

1.4.2 組合體水下安裝

開孔設(shè)備水下安裝示意見圖2。

(1)防沉板為組合體的移位提供了穩(wěn)定性；(2)通過調(diào)整連接用的導(dǎo)鏈長(zhǎng)度，緩慢移動(dòng)組合體，使組合體在架體內(nèi)呈豎直姿態(tài)移動(dòng)至海管安裝位置；(3)水下使用浮袋，以降低組合體自重，使低荷載吊耳工作生效。

圖2 開孔設(shè)備水下安裝示意圖

1.4.3 拆除開孔機(jī)及安裝智能封堵機(jī)

(1)水下開孔完成后，需在密封的情況下拆除開孔機(jī)，安裝水下智能封堵機(jī)。(2)為避免封堵機(jī)與三明治閥磕碰，設(shè)計(jì)一根撐桿及架體上配套的導(dǎo)向柱輔助完成吊裝任務(wù)。(3)采用“搭積木”組裝的方式，安全、高效實(shí)現(xiàn)開孔機(jī)的拆除與封堵機(jī)的水下就位與安裝。

1.5 ROV介入及安裝

ROV跟隨開孔機(jī)下方，將弧板將安裝系統(tǒng)安裝至海管位置。ROV根據(jù)防沉板的沉降到位。潛水員先打開機(jī)械三通，然后收緊組合體運(yùn)動(dòng)索具(手拉葫蘆)，使其受力，然后緩慢松開組合體懸掛索具，此時(shí)組合體的主要荷載位于組合體運(yùn)動(dòng)索具上。同時(shí)，緩慢的收放組合體固定索具以確保組合體在運(yùn)動(dòng)過程中的豎直狀態(tài)，并通過兩條組合體運(yùn)動(dòng)索具的配合來將組合體機(jī)械三通移動(dòng)至海管的安裝位置上。

1.6 ROV引導(dǎo)導(dǎo)向孔安裝就位

在完成開孔作業(yè)后，進(jìn)行回收開孔機(jī)及下放封堵機(jī)，需用到二次就位撐桿。撐桿上部吊耳與吊機(jī)連接，撐桿下部吊耳與開孔機(jī)/封堵機(jī)通過手拉葫蘆進(jìn)行連接。撐桿與安裝系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接時(shí)，由ROV引導(dǎo)撐桿導(dǎo)向孔與安裝系統(tǒng)導(dǎo)向柱1進(jìn)行匹配，導(dǎo)向柱分為一長(zhǎng)一短，先進(jìn)行長(zhǎng)導(dǎo)向柱的對(duì)接，其后進(jìn)行短導(dǎo)向柱的對(duì)接，最后撐桿會(huì)坐于導(dǎo)向柱支撐板4上。此時(shí)通過調(diào)整撐桿下部手拉葫蘆將開孔機(jī)提起或完成封堵機(jī)的下放與安裝。

2 海管帶壓開孔作業(yè)特點(diǎn)

本結(jié)構(gòu)是根據(jù)海管帶壓開孔作業(yè)而設(shè)計(jì)的專用水下結(jié)構(gòu)，經(jīng)過項(xiàng)目中多次使用驗(yàn)證，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)主要方面：(1)開孔機(jī)組合體整體吊裝：開孔機(jī)、三明治閥及機(jī)械三通若采用分體式安裝，會(huì)大量增加水下組對(duì)時(shí)間；整體吊裝需克服組合體重量、體積較大，整體水下運(yùn)動(dòng)較難的特點(diǎn)；(2)封堵機(jī)二次就位：通過撐桿及安裝架上的導(dǎo)向柱，先將封堵機(jī)置于安裝架上，再通過導(dǎo)鏈將封堵機(jī)穩(wěn)定地安裝至三明治閥；(3)低吊點(diǎn)位置吊裝：開孔機(jī)組合體整體重心較高，而能承受組合體重量的吊點(diǎn)位于最下方的機(jī)械三通上，因此控制起吊時(shí)的穩(wěn)定性尤為重要；(4)多功能水下安裝輔助架創(chuàng)新點(diǎn)：①開孔機(jī)組合體整體吊裝：開孔機(jī)、三明治閥及機(jī)械三通若采用分體式安裝，會(huì)大量增加水下組對(duì)時(shí)間；整體吊裝需克服組合體重量、體積較大，整體水下運(yùn)動(dòng)較難的特點(diǎn)；②封堵機(jī)二次就位：通過撐桿及安裝架上的導(dǎo)向柱，先將封堵機(jī)置于安裝架上，再通過導(dǎo)鏈將封堵機(jī)穩(wěn)定地安裝至三明治閥；③低吊點(diǎn)位置吊裝：開孔機(jī)組合體整體重心較高，而能承受組合體重量的吊點(diǎn)位于最下方的機(jī)械三通上，因此控制起吊時(shí)的穩(wěn)定性尤為重要。

3 結(jié)語(yǔ)

多功能水下安裝輔助架具備多工況操作性，具有水下施工效率高、施工難度低、施工過程安全、預(yù)制成本低的優(yōu)點(diǎn)，滿足海底管道的豎直帶壓開孔施工需求。而后可進(jìn)行開孔作業(yè)，下放潛水員折疊踏板可方便潛水員對(duì)組合體三明治閥的閥門進(jìn)行操作。多功能水下安裝輔助架在崖城海管第二階段維修項(xiàng)目中成功應(yīng)用，體現(xiàn)了公司在水下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及建造方面的專業(yè)能力。在開孔作業(yè)過程中的海管安全，設(shè)備安全，人員安全，安裝效率等受到業(yè)主及潛水員的一致好評(píng)。

相較于機(jī)械三通、三明治閥及開孔機(jī)的分體式安裝，使用多功能水下安裝輔助架在保證了人員設(shè)備安全的前提下，節(jié)省了兩次水下法蘭組對(duì)以及試壓的時(shí)間，約節(jié)省了3天DSV船天。

水下帶壓開孔使用多功能水下安裝輔助架，進(jìn)行海底管道的帶壓開孔作業(yè)在崖城項(xiàng)目的順利實(shí)施，驗(yàn)證了該安裝架的作業(yè)可行性，對(duì)于今后國(guó)內(nèi)的海管帶壓開孔維修作業(yè)項(xiàng)目具有廣闊的應(yīng)用前景。