后安裝抗冰錐體的漂浮拖拉及安裝技術

劉建峰趙冬梅王彥多杜 穎李曉明黃海龍

（1.海洋石油工程股份有限公司 天津 300461； 2.河北工程技術學院 河北石家莊 050091）

后安裝抗冰錐體的漂浮拖拉及安裝技術

劉建峰1趙冬梅2王彥多1杜 穎1李曉明1黃海龍1

（1.海洋石油工程股份有限公司 天津 300461； 2.河北工程技術學院 河北石家莊 050091）

由于后安裝抗冰錐體的體積大、質量重、形狀不規(guī)則，且作業(yè)現(xiàn)場空間狹小，采用傳統(tǒng)安裝方法難以將抗冰錐體運送到位。通過對后安裝抗冰錐體重力、浮力的計算分析和漂浮拖拉試驗驗證，提出了應用漂浮拖拉方法將后安裝抗冰錐體拖拉至導管架平臺樁腿安裝部位進行安裝的新技術，并總結出了此安裝方法的實施流程及要點。錦州25－1南WHPA平臺、CEP平臺及金縣1－1 CEPA平臺后安裝抗冰錐體項目實踐表明，與傳統(tǒng)安裝方法相比，應用本文提出的后安裝抗冰錐體的安裝技術，可以有效提高后安裝抗冰錐體安裝的工作效率，并大大降低作業(yè)成本和作業(yè)風險。

后安裝抗冰錐體；漂浮拖拉；導管架平臺；安裝新技術；實施流程

1 問題的提出

渤海北部遼東灣海域在冬季有較厚的海冰層覆蓋，對平臺的安全構成很大的威脅。為了減輕海冰對平臺的破壞，通常需要在重冰海域每個導管架腿的潮差段處安裝一抗冰錐體［1－2］，每個抗冰錐體是由上下對稱環(huán)抱導管架腿的2個中空的錐形臺對接構成的組合體，整個抗冰錐體的高度和錐體表面的傾斜角度設計，取決于其所在海域海冰的類型、強度、潮差大小以及導管架腿的傾斜度等參數(shù)［3－4］。

為了避免安裝平臺上部組塊時駁船與導管架腿內側的抗冰錐體發(fā)生碰撞，在陸地預制導管架時，每個抗冰錐體都采用分體制造，其中導管架腿外側部分是陸地安裝，剩余的導管架腿內側部分是等組塊安裝完成后再進行海上安裝（圖1）。受每根導管架腿附近立管和電纜護管等管線位置不同的影響，每根導管架腿內側需要后安裝的抗冰錐體的體積大小有所不同，一般約占整個錐體體積的1/2或3/10。

圖1 抗冰錐體的結構圖Fig.1 Structure of anti－icing cone

傳統(tǒng)后安裝抗冰錐體的安裝方法主要有3種：①使用大型浮吊，將抗冰錐體直接吊裝就位；②使用拖輪或漁船，將抗冰錐體運送到導管架腿內側，再使用卷揚機和倒鏈進行安裝就位；③使用吊裝承臺，利用其和倒鏈等將抗冰錐體安裝就位［5］。但是，目前一些新建平臺采用傳統(tǒng)后安裝抗冰錐體的安裝方法時卻面臨以下困難：①后安裝抗冰錐體體積較大（每塊高約5 m、寬約5 m、厚約2.5 m），質量較重（最輕的5.1 t、最重的8.7 t）；②后安裝抗冰錐體形狀不規(guī)則，有許多棱角，不容易找到重心，很難掛扣、吊裝和就位；③現(xiàn)場作業(yè)空間狹小，組塊已安裝且其底部距離水面只有10m左右，大型浮吊很難伸進去作業(yè)；④后安裝的抗冰錐體位置都在導管架腿內側，附近存在許多障礙物，如隔水套管、泵護管、排海管線、帶纜走道、導管架斜撐和已安裝的抗冰錐體等，拖輪或漁船無法駛入組塊下方進行施工作業(yè)。因此，探索出了一種采用漂浮拖拉法將后安裝抗冰錐體拖拉至導管架樁腿安裝部位進行安裝的新方法。實踐表明，在不使用大型浮吊船和小型施工船的情況下，應用本文提出的新技術能夠將后安裝的抗冰錐體快速、平穩(wěn)、安全地運送到位并成功安裝，大大降低了作業(yè)成本與作業(yè)風險，具有一定的推廣應用價值。

2 后安裝抗冰錐體漂浮拖拉的可行性分析

以錦州25－1南WHPA平臺、CEP平臺和金縣1－1 CEPA平臺后安裝抗冰錐體項目為研究對象，對3座平臺需要后安裝的25塊抗冰錐體進行重力、浮力計算分析和漂浮拖拉試驗，以確定采用漂浮拖拉法拖拉后安裝抗冰錐體的可行性。

根據抗冰錐體的結構形式，計算出了上述3座平臺所有后安裝的抗冰錐體的重力和浮力，結果見表1，通過對比可以看出，所有后安裝的抗冰錐體的浮力都大于重力。

為了驗證這一計算結果，不需要定量地測出每塊抗冰錐體實際的精確質量，只需要定性地驗證它們都可以在水中漂浮即可，所以在秦皇島碼頭開展了抗冰錐體的漂浮拖拉試驗（圖2）。在試驗人員用吊車將抗冰錐體從碼頭吊裝下水并放松吊繩后，每塊抗冰錐體都能夠在水面自由漂浮，且每塊抗冰錐體都約有1/3的體積露出水面，這表明每塊抗冰錐體的浮力大于重力，與表1所示的計算結果相一致。

表1 錦州油氣田3座平臺后安裝抗冰錐體重力和浮力計算結果Table 1 Results of the post－installed anti－icing cone weight and buoyancy of 3platforms in Jinzhou oil and gas field

圖2 抗冰錐體的漂浮試驗Fig.2 Floating test of anti－icing cone

此后，試驗人員選擇了后安裝抗冰錐體中體積最大的一塊（約占整個錐體體積的1/2）進行了漂浮后的拖拉試驗。試驗人員先用漁船將該塊抗冰錐體拖拉至距離碼頭岸邊約80 m遠的海面，等其自由漂浮平穩(wěn)后，在只有抗冰錐體的重力和浮力而無其他外力的條件下，由4名站在碼頭的試驗人員通過拖拉1根系在抗冰錐體上的纜繩，在15 min左右的時間內就能夠將該塊抗冰錐體拖拉至碼頭岸邊。由此可見，當抗冰錐體在海面自由漂浮后，不需要太大的水平外力就能夠將其在水中快速地拖拉移動，因此在海上施工時采用漂浮拖拉法后安裝這些抗冰錐體是可行的。

3 后安裝抗冰錐體的漂浮拖拉及安裝流程

3.1 準備工作

1）使用平臺吊機將1臺10 t的卷揚機吊裝到底層甲板的吊貨甲板上，并焊接固定就位。

2）對于需要安裝抗冰錐體的樁腿，分別在靠樁腿內側距離每個樁腿約0.5 m處的底層甲板上進行開孔，開孔面積約0.01 m2，卷揚機的鋼絲繩經過此孔下放到需要安裝抗冰錐體的位置處。

3）在開孔處的底層甲板上焊接由50 mm× 50 mm的槽鋼做成的門字架，并在門字架上掛導向滑輪。

4）在需要安裝后安裝抗冰錐體的導管架腿正上方高約8 m處水平并排焊接2個吊耳，分別掛上2個10t的倒鏈。

3.2 吊裝下水

1）運送后安裝抗冰錐體的施工拖輪在平臺附近拋錨并帶纜就位。2）給將要安裝的后安裝抗冰錐體進行掛扣（圖3）。3）使用平臺吊機把已掛扣的后安裝抗冰錐體從拖輪尾部吊裝下水（圖4）。

圖3 抗冰錐體的掛扣圖Fig.3 Hanging arrangement of anti－icing cone

圖4 抗冰錐體吊裝示意圖Fig.4 Lifting sketch of anti－icing cone

4）在后安裝抗冰錐體平穩(wěn)下水后，施工人員站在拖輪尾部對平臺吊機的吊鉤進行解扣。

3.3 漂浮拖拉就位

1）當后安裝抗冰錐體在水中穩(wěn)定漂浮后，啟動平臺上10 t卷揚機，將錐體從拖輪附近向后安裝的樁腿位置進行拖拉；此時站在帶纜走道和拖輪上的施工人員同時拉緊纜繩，輔助卷揚機對漂浮拖拉中的錐體的行進方向和姿態(tài)進行調整。

2）當后安裝抗冰錐體漂浮拖拉到樁腿附近時，站在帶纜走道上的施工人員將2根10t吊帶從水中撈起，并分別掛在2個10 t的倒鏈上。

3）使用倒鏈將后安裝抗冰錐體沿所在樁腿由下向上緩慢提起，并使其完全就位。

3.4 安裝固定

1）在平潮位時潛水員第一次從拖輪上下水，安裝后安裝抗冰錐體下半部分的螺栓，對錐體進行初步固定。

2）在后安裝抗冰錐體位置處的樁腿上搭設腳手架，焊工對錐體上半部分進行焊接組對。

3）在焊接工作完成后，潛水員第二次從拖輪上下水，檢查后安裝抗冰錐體下半部分的螺栓，并對它們進行完全固定。

4）解除后安裝抗冰錐體上的所有吊帶和纜繩，并切除其上的所有吊點。

5）根據相關的焊接檢驗程序，對焊縫處進行檢驗。

6）焊縫檢驗合格后，對抗冰錐體整體進行補刷油漆。

7）拆除腳手架，清理現(xiàn)場，施工機具復原。

4 應用效果

目前，本文提出的后安裝抗冰錐體的漂浮拖拉及安裝技術在錦州25－1南WHPA平臺、CEP平臺及金縣1－1 CEPA平臺后安裝抗冰錐體項目中已得到實際應用，3座平臺中共計25塊后安裝的抗冰錐體都準確就位并順利完成安裝。通過總結與分析，后安裝抗冰錐體采用傳統(tǒng)安裝方法和本文安裝方法在動用的施工船舶、施工機具、施工時間以及施工風險等方面的對比情況見表2，可以看出，采用本文提出的后安裝抗冰錐體安裝技術，可以有效提高后安裝抗冰錐體安裝的工作效率，并大大降低海上作業(yè)成本和作業(yè)風險。該項技術可以推廣到其他后安裝抗冰錐體的項目中，應用前景廣闊。

表2 后安裝抗冰錐體傳統(tǒng)安裝方法與本文安裝方法的對比Table 2 Comparison between the traditional installation way for the post－installed anti－icing cone and the way in this paper

［1］高靜坤，田園，俞劍勇.海上平臺冰錐結構設計分析［J］.中國造船，2008，49（增刊2）：270－279.

Gao Jingkun，Tian Yuan，Yu Jianyong.Study of icebreaking cone design for offshore platform［J］.Shipbuilding of China，2008，49（S2）：270－279.

［2］時忠民，屈衍.渤海新型抗冰導管架平臺研究［J］.中國海上油氣，2008，20（5）：336－341.

Shi Zhongmin，Qu Yan.Study of a new ice resistant jacket platform in Bohai Sea［J］.China Offshore Oil and Gas，2008，20（5）：336－341.

［3］馮瑋，時忠民，劉立名.用于錐體冰載荷計算的改進模型［J］.中國海上油氣，2004，16（4）：280－284.

Feng Wei，Shi Zhongmin，Liu Liming.Advanced model for calculation of ice force on conical structure［J］.China Offshore Oil and Gas，2004，16（4）：280－284.

［4］于永海，隋吉學.冰對斜體結構作用的二維和三維力學模型分析［J］.海洋環(huán)境科學，1999，18（3）：43－47.

Yu Yonghai，Sui Jixue.Analysis of ice acting on a slope structure by the two and three dimensional mechanical model［J］.Marine Environmental Science，1999，18（3）：43－47.

［5］李良.正倒抗冰錐體的海上施工［J］.中國海上油氣（工程），1992，4（4）：5。

Li Liang.Offshore construction of icebreaking cone［J］.China Offshore Oil and Gas（Engineering），1992，4（4）：5.

Floating drag and installation technology for post－installation anti－icing cones

Liu Jianfeng1Zhao Dongmei2Wang Yanduo1Du Ying1Li Xiaoming1Huang Hailong1
（1.Offshore Oil Engineering Co.Ltd，Tianjin300461，China；2.Hebei Institute of Engineering Technology，Shijiazhuang，Hebei 050091，China）

Anti－icing cones are hard to be installed to the proper position by traditional installation methods since they are usually big，heavy and in irregular shapes，and the operating space is limited.A new technology——using the floating drag method to pull the post－installation anti－icing cone to the jacket platform leg and install it——was put forward based on the analysis of anti－icing cone gravity and buoyancy and the experimental verification of floating drag.Furthermore，the implementation procedures and key points of the installation method has been summarized.Applications with WHPA and CEP platforms in JZ25－1S，as well as CEPA platform in JX1－1indicates that，comparing with traditional installation methods，the floating drag technology of post－installation anti－icing cones proposed in this paper can improve the efficiency of installation and greatly reduce the installation cost and operation risk.

post－installation anti－icing cone；floating drag；jacket platform；new installation technology；implement procedure

TE951

A

2014－04－17改回日期：2014－06－19

（編輯：葉秋敏）

劉建峰，趙冬梅，王彥多，等.后安裝抗冰錐體的漂浮拖拉及安裝技術［J］.中國海上油氣，2015，27（2）：104－107.

Liu Jianfeng，Zhao Dongmei，Wang Yanduo，et al.Floating drag and installation technology for post－installation anti－icing cones［J］.China Offshore Oil and Gas，2015，27（2）：104－107.

1673－1506（2015）02－0104－04

10.11935/j.issn.1673－1506.2015.02.018

劉建峰，男，工程師，2008年畢業(yè)于天津大學巖土工程專業(yè)，獲碩士學位，現(xiàn)主要從事海洋工程鋼結構的設計計算及施工工作。地址：天津港保稅區(qū)海濱十五路199號海工大廈（郵編：300461）。電話：022－59899693。