1、浅海简易铺管船管道铺设工艺研究摘要：海底管道作为最重要的海洋石油天然气的运输方式，发展速度逐步加快，对于海底管道的铺设方法，也提出了更高的要求。本文介绍了一种省时、经济的简易铺管船铺设钢管的方法。 关键词：海底钢管；铺设方法；铺设原理；铺设步骤； 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 引言 随着海洋石油、天然气勘探、开发，油气集输问题成为海上油气田开发研究的重要课题之一，然而无论选用何种集输形式，海底管道均是其重要的组成部分，海底管道铺设施工技术就成为急需解决的关键问题。海底钢管铺设属于间断式铺设方法，风险高，难度大，对于在近海铺设钢管，若采取专业的铺管船铺设费用比较昂贵，故本文对
2、简易铺管船钢管铺设方案工艺进行研究。 海底钢管的铺设方法及铺设原理 目前国际上常用的海底钢管铺设方法有:拖曳式铺管法（见图 1） 、卷管式铺管法（见图 2） 、J 型铺管法（见图 3）和 S 型铺管法（见图 4） 。 图 1 拖曳式铺管法 图 2 卷管式铺管法 图 4 J 型铺管法 图 3 S 型铺管法 这四种铺管法的铺设原理均为一样，即在管线下放时候，为了保持管线在下放过程中管线上每个质点不受外力，就需要保持管线的下放速度和船舶的前进速度一样，进而保证管线下放过程中的任意一点相对应海底，其位置坐标不发生改变。 简易铺管船作业线布置图 下图 5 为天津市海王星海上工程技术有限公司的海恩 302
3、 铺管船作钢管业线的布置，这种右舷作业线的布置取消了作业车间、管道横移小车的设计，灵活增加了履带吊机来解决管线的存储和管线的转运问题。有效的利用了船舶甲板的面积。在无钢管铺设工作时，大部分甲板面积可以用来做其他使用。 图 5 海恩 302 铺管船总体示意图 1-A&R 绞车；2-缓冲区；3-1#焊接站；4-纵向移动滚轮；5-2#焊接站； 6-3#焊接站；74#焊接站；8-5#焊接站；9-张紧器；10-6#焊接站；11托管架； 12-存储区；13-中控室；14-履带吊； 简易铺管船铺管工艺 以“简易海恩 302 铺管船铺设双层钢管为例，对海底钢管铺设方法进行叙述。钢管铺设主要分为如下几个步骤：
4、铺设前准备： 海底：在铺设海底目标地安装固定锚。 缓冲区：钢管铺设前，需要对双层管线的端部进行坡口修平。通过履带吊将管线从存储区吊到缓冲区，利用自动坡口机或者半自动坡口机或者角磨机来进行管线端部的修平工作。 起始端铺设； 起始端铺设是指管线起始段下放的过程，从第一根管线开始叙述。 1#焊接站：利用履带吊吊装第一根管线进入主作业线，纵向滚轮支架上支撑滚轮运转，带动第一根管线进入 1#工作站。随后履带吊吊装第二根管线进入主作业线，开始对第一根和第二根管线进行焊接。 管线对中：管线修平后，继续利用履带吊吊装第一根管线进入主作业线，纵向滚轮支架上的支撑滚轮运转，带动第一根管线进入 1#工作站。随后履带
5、吊吊装第二根管线进入主作业线，由于管线在生产过程中存在着误差，所以每根管线的椭圆度基本不一样，所以对中器将第二根管线和第一根管线在焊口位置要保证同心对中，进而保证双层管线内管的焊接的质量。目前自爬式气动对中器是比较先进的管线对中设备，此外还有三维对中器，简易手动对中器。 管线打底：双层管内管对中完成后，焊接一般分为打底，填充，盖帽焊接，根据管线壁厚不同，适当增加填充次数，打底焊是焊接的关键步骤，为了保证焊接和效率，一般管线的打底焊接均采用 STT-II 半自动焊接机。 2#焊接站：第一根和第二根管线打底焊接完成后，纵向移动滚轮开始运转，使其焊缝进入 2#工作站，由于内管的壁厚一般都比外管的壁厚
6、厚，所以在 2#焊接站，完成两根内管两次或者三次填充焊接。对于填充焊接，一般采取半自动焊接机来进行人工焊接，国内先进的铺管船对此工艺设备，都采取全自动焊接机。同时，第三根管线和第二根管线正在 1#焊接站进行打底。 3#焊接站：这个工作站是 NDT(Nondestructive Testing）无损检测站，此外还承担着焊接任务。等待内管填充焊接完成后，纵向移动滚轮又开始运转，使得管线进入 3#焊接站，在这个工作站里完成内管的盖帽焊接。进而内管的焊接完成，为了验收焊接质量是否满足要求，均需要对焊缝进行无损检测。目前国内外先进的无损检测方法均为超声波的检测方式，主要利用水做耦合剂，能够在几分钟内完成
7、焊缝的检测，并能通过计算机直接读出检测结果。但这种检测设备价格昂贵，对于简易铺管船上的焊缝检测，一般采取 X 射线或者自爬式的伽马射线机来进行检测。这种射线机拍片时间短，能够 360对焊缝进行拍片，拍片时间短，但洗片时间较长。考虑到这种射线对人体有害，一般采取此种检测方式都需要有防护，简易铺管船的此工作站一般由铅房构成。 4#焊接站：等待内管拍片合格后，纵向移动滚轮继续运转，使得第一道焊缝进入 4#焊接站。在内管焊缝上缠绕热缩带，起到防腐作用。然后在内管和外管的间隙出填充玻璃纤维棉，或者其他保温材料，然后进行利用拔管器将第二根的外管牵引到第一根的外管焊口处。再次利用STT-II 焊接机，对于外
8、管进行打底焊接。 5#焊接站：外管打底完成后，纵向移动滚轮继续运转，使得外管的第一道焊缝进入 5#焊接站。在此站内，对于外管进行填充和盖帽焊接。然后利用简易的超声波设备，对外管进行焊缝检测。焊接检测通过后，对外管进行热缩带处理，达到防腐要求。 进入张紧器：在焊接完成焊接后，纵向移动滚轮继续运转，张紧器上下履带打开，使得管线进入张紧器。张紧器是铺管船上核心设备，它能感受到管线在下放过程中所承受的拉力，并能够自动采取行动。由于海上风浪的作用，船舶上下摇晃不定，当管线超过最大允许的拉力时候，张紧器进行放管，进而管线拉力减小到允许拉力范围内；刚管线小于最小允许拉力时候，张紧器开始收管，使得管线拉力增大
9、到允许拉力范围内。 6#工作站：通过启动张紧器，使得管线继续前行到 6#工作站内，此工作站修复站，主要负责修复管线前进时候由设备造成的热缩带损坏。由于此时是第一根管线刚出张紧器，在此站要进行管线的锚固件、法兰的焊接工作，以及安装牵拉头。 起始端下放：安装完牵拉头后，将铺设用的牵引钢丝绳的一端安装在海底固定锚上，另一端安装在牵拉头上。开始移动船舶，将张紧器的操作控制，调整到手动控制模式，准备下放管线。管线在下放过程中，要时刻观察张紧器显示的拉力，利用手动阀来修正拉力的变化。 正常铺设； 在起始段铺设完成后，铺管作业进入正常铺设状态，正常铺设时候，张紧器的控制开关需要调整到自动控制模式。 末端铺设
10、； 等待管线铺设到目的地时候，需要对最后一根管线的尾部焊接拖拉头，并将 A&R 绞车上钢丝绳连接到拖拉头上。A&R 绞车和张紧器的原理一样，能够感知到管线的拉力，并能够对拉力进行自动处理。在最后一根管线到达张紧器时候，将张紧器再次调整到手动控制模式，手动降低张紧器对管线的夹紧力，将张紧器对管线的拉力逐步转移到 A&R 绞车上，通过 A&R 绞车来下放最后一根管线。 海底钢管铺设监控 管线在铺设过程中，不光对张紧器的拉力进行检测，还应该有中控室，管线在下放过程中，应该通过中控室的电脑屏幕来观察每个工作站的完成情况，并给予声音或者灯光来警示，提醒每个工作人员，即将下放管线，进而确保人员的安全。此外
11、还应观察托管架上安装的摄像头给出的管线下放姿态的影像，以及托管架和船体连接的销轴所收到应力，以及托管架和海平面的夹角。所有观测得到的信息都要反馈到张紧器的操作上，依靠张紧器来修订。 结论 简易铺管船铺管工艺的研究，能够解决近海铺设管线的工作，从效率和经济方面，都比较可行，能够给企业带来效益。本文通过叙述铺管工艺，讲解铺设过程中所需的设备，可以给中小型企业对海底钢管铺设业务的认识，对简易铺管船作业线的布置具有一定的指导意义。 参考文献： 1 张宏等.深水海底管道铺管设备技术现状与国产化设想J.2008,36(9):201-204. 2 佟玉军.对海底管线的铺设方法的探讨J. 3 周灿丰.深水海底管道铺设焊接系统设计J.2010. 4 曹军.海底管线铺设焊接工艺与设备研究J.2010,39(3):128-132. 5 余建星.深水海洋铺管船管道输送系统设计方法研究J.
