基于空氣潛水的淺水立管安裝新工藝

盧維強(qiáng) 葉海賓 李東生 鄭申奎 謝锏輝

摘 要：立管是連接海底管道和海洋平臺(tái)組塊管線的重要管段，立管安裝是海洋管道安裝工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常規(guī)立管安裝方案是通常利用浮吊船起吊立管，配合平臺(tái)絞車扶正立管，潛水員下水完成立管固定。該文闡述了一種采用平臺(tái)吊機(jī)和絞車將立管短節(jié)分段吊裝、扶正，固定在導(dǎo)管架上；然后將立管短節(jié)焊接組對(duì)為一整根立管；最后將整根立管下放入水，由潛水員下水完成立管固定。該安裝工藝無(wú)需使用浮吊船即可完成淺水立管安裝，具有較高的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：立管；管卡；立管安裝；空氣潛水；風(fēng)險(xiǎn)控制

中圖分類號(hào)：TE54 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

立管是連接海底管道和海洋平臺(tái)組塊生產(chǎn)設(shè)施的重要管段，立管安裝是海洋管道安裝工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。立管的種類很多，可分為導(dǎo)管架上立管、棧橋或獨(dú)樁上立管。立管安裝在海底管道鋪設(shè)中，也是最為復(fù)雜、技術(shù)含量最高的一個(gè)工程分段之一，其中，導(dǎo)管架上的立管安裝難度最大。在我國(guó)海洋石油開發(fā)中，大量使用導(dǎo)管架，每個(gè)導(dǎo)管架上都配有各種類型的立管。因此，對(duì)導(dǎo)管架立管安裝工藝的研究，對(duì)于海洋油氣開發(fā)和工程建設(shè)具有重要意義。

淺水立管安裝在國(guó)內(nèi)外都趨于成熟?；痉椒ㄊ窍仍陉懙剡M(jìn)行立管卡子和立管的預(yù)制，再利用運(yùn)輸船將立管運(yùn)抵安裝現(xiàn)場(chǎng)。由浮吊船吊機(jī)起吊立管卡子入水，潛水員入水，將立管卡子安裝在導(dǎo)管架上。然后，吊機(jī)吊裝立管，將立管吊裝入水，在平臺(tái)絞車的配合下將立管扶正，調(diào)整立管角度位置。調(diào)整完畢后，潛水員閉合立管卡子，將立管固定在導(dǎo)管架上，完成的立管安裝。

該文論述了一種采用空氣潛水進(jìn)行立管安裝的新工藝。其創(chuàng)新點(diǎn)在于無(wú)需借助浮吊船作業(yè)，只需使用絞車、立管短節(jié)運(yùn)輸船、平臺(tái)吊機(jī)和空氣潛水即可完成安裝。相對(duì)于同水深的常規(guī)安裝方法，能夠有效降低安裝成本。此方法適用于50m以淺的立管安裝（50以淺是指水深小于50 m，海洋工程中的通用描述）。

1 立管安裝方法

立管安裝主要分為幾部分，立管預(yù)制、立管卡子安裝、立管安裝，其基本工藝流程如圖1和圖2所示。

1.1 安裝準(zhǔn)備

安裝準(zhǔn)備工作主要分為2個(gè)部分：平臺(tái)改造和建立潛水工作站。主要準(zhǔn)備工作如下：

絞車底座加固與絞車就位固定。絞車用于立管提拉扶正和就位，絞車需固定在導(dǎo)管架平臺(tái)底層或中層甲板主梁上，根據(jù)施工要求及結(jié)構(gòu)計(jì)算而定。

滑輪組連接。滑輪組主要用于吊裝立管，鋼絲繩通過(guò)滑輪組將絞車同立管/立管卡子連接，滑輪的安裝點(diǎn)需要根據(jù)吊裝位置進(jìn)行確定。

立管臨時(shí)固定卡子安裝。立管臨時(shí)固定卡子主要用于將吊裝后的立管臨時(shí)固定在平臺(tái)上，便于立管短節(jié)間在平臺(tái)上的對(duì)接。

建立潛水工作站。根據(jù)不同的潛水入水方式，將潛水工作站安裝在蜘蛛甲板或者底層甲板上，并安裝配套的A架或氣動(dòng)絞車，連接好相關(guān)設(shè)備。

1.2 立管卡子安裝

卡子的海上安裝可以根據(jù)平臺(tái)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，此處敘述一種常規(guī)安裝方法。

（1）海生物清理。由于導(dǎo)管架上常常附著有海生物，在安裝卡子之前，安排潛水員入水，利用液壓打磨機(jī)或鐵鏟對(duì)管卡安裝位置表面進(jìn)行海生物清理。

（2）吊裝立管卡子。平臺(tái)甲板人員將平臺(tái)預(yù)設(shè)的絞車鋼絲繩一端與管卡吊索的吊環(huán)相連。平臺(tái)吊機(jī)慢慢下放管卡，同時(shí)絞車緩慢收緊鋼絲繩，當(dāng)管卡移動(dòng)到安裝位置上方附近時(shí)，由潛水員解除管卡上的平臺(tái)吊機(jī)鋼絲繩。

（3）調(diào)整卡子位置，組對(duì)管卡法蘭。潛水員使用手扳葫蘆調(diào)整卡子水平位置，平臺(tái)絞車鋼絲繩調(diào)整卡子上下位置，逐步調(diào)整到安裝位置，組對(duì)管卡法蘭，找正后，插入并預(yù)緊螺栓，完成立管卡子安裝，如圖3所示。為了便于立管安裝，潛水員還需將管卡的合頁(yè)打開并用細(xì)繩進(jìn)行固定。

（4）檢查管卡同軸度。完成所有管卡安裝后，在最高處管卡和最低處管卡之間，拉一條細(xì)鋼絲繩作為基準(zhǔn)線，檢查所有管卡是否安裝在同一軸線上。管卡安裝完成后，由潛水員對(duì)所有管卡及立管安裝路由進(jìn)行檢查并錄像。

1.3 立管預(yù)制

該立管安裝方法采用在平臺(tái)上進(jìn)行立管預(yù)制，是該方法的核心部分。立管按照以下步驟進(jìn)行預(yù)制：

（1）第一段立管短節(jié)吊裝、固定。平臺(tái)吊機(jī)起吊立管短節(jié)，當(dāng)下段立管吊運(yùn)至絞車行程位置時(shí)，將立管上端傳遞給絞車。指揮吊機(jī)和絞車，將立管扶正，如圖4所示。并利用控制索具或管卡等方式將立管臨時(shí)固定在平臺(tái)上。絞車解索，準(zhǔn)備吊裝扶正下一段立管短節(jié)。

（2）第二段立管短節(jié)吊裝。按照步驟1的方法，將第二段立管短節(jié)吊裝、扶正。將第二段立管短節(jié)吊裝至第一段上方。

（3）立管短節(jié)對(duì)正、焊接。管工通過(guò)絞車調(diào)整立管位置，將第一、第二段立管短節(jié)對(duì)正。焊工焊接對(duì)正的第一、二段立管短節(jié)。在焊接過(guò)程中，由于受海風(fēng)的影響，第二節(jié)立管可能會(huì)有所擺動(dòng)。可以安裝一些支架或者索具，固定第二節(jié)立管。

按照上述方法，完成第二段和第三段立管焊接和焊道防腐。至此預(yù)制工作完成，完成預(yù)制后的立管狀態(tài)，如圖5所示。為節(jié)省工期，立管預(yù)制和立管卡子安裝可以同時(shí)進(jìn)行。但須注意，2個(gè)工作不得在同一的甲板方位上進(jìn)行，因?yàn)闈撍秃附硬荒艽嬖诮徊孀鳂I(yè)情況。

1.4 立管安裝

完成立管卡子安裝和立管預(yù)制后，即可進(jìn)行立管的安裝。安裝過(guò)程如下：

1）下放立管。運(yùn)行絞車，將立管移動(dòng)至2臺(tái)教程的工作行程之內(nèi)。由潛水員將立管下端索具掛接到絞車2上。2臺(tái)絞車協(xié)調(diào)工作，將立管向外偏移一定距離。防止立管在下方過(guò)程中傷及導(dǎo)管架。當(dāng)立管下放距離海底約5m位置時(shí)，潛水員入水，觀察立管位置情況。

（2）調(diào)節(jié)立管位置。潛水員根據(jù)實(shí)際情況，指揮平臺(tái)施工人員進(jìn)行對(duì)立管位置、角度立管艏向及離地高度進(jìn)行調(diào)整，如圖6所示。

（3）立管固定。位置及角度調(diào)整完畢之后，潛水員將立管固定在立管卡子上，擰緊螺栓，完成立管安裝。在完成立管安裝之后，潛水員從上至下對(duì)安裝好的立管進(jìn)行檢查。

2 風(fēng)險(xiǎn)控制

在該安裝工藝流程中，主要涉及2類作業(yè)：海洋平臺(tái)上甲板內(nèi)作業(yè)和空氣潛水員水下作業(yè)。該類作業(yè)在海洋工程中屬于常規(guī)作業(yè)內(nèi)容，但在施工過(guò)程中，需要把握以下幾點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)：

潛水交叉作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。在空氣潛水作業(yè)中，需要嚴(yán)格避免與組塊上方存在交叉作業(yè)。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，潛水員作業(yè)半徑在15m范圍內(nèi)，不能存在任何舷外作業(yè)，以避免任何可能的落物對(duì)潛水員造成傷害。

空氣潛水員減壓風(fēng)險(xiǎn)。在潛水作業(yè)中，減壓風(fēng)險(xiǎn)是時(shí)刻存在的，減壓不充分將會(huì)對(duì)潛水員身體造成較大傷害，這類事故在潛水作業(yè)中時(shí)常發(fā)生。為了盡可能減少該類事件的發(fā)生，在施工前，需要由專業(yè)的潛水監(jiān)督考察作業(yè)地點(diǎn)，提前制定潛水員減壓策略。同時(shí)，需制定詳細(xì)的潛水減壓事故應(yīng)急預(yù)案，在潛水員減壓后出現(xiàn)減壓病的情況時(shí)，嚴(yán)格按照應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行處理，避免對(duì)潛水員造成較大傷害。

立管短節(jié)吊裝扶正風(fēng)險(xiǎn)。利用平臺(tái)吊機(jī)吊裝和扶正立管短節(jié)時(shí)，存在較大的吊裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。常見的情況有：管段脫落、管段碰撞組塊、管段傷人等事故。在作業(yè)前需由工程師和甲板監(jiān)督對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格檢查；檢查吊裝扶正設(shè)施是否存在損傷等情況；在作業(yè)區(qū)域設(shè)置隔離區(qū)域。吊裝扶正作業(yè)時(shí)，需由專人利用繩索控制立管短節(jié)，在有效的控制之下完成管段的吊裝和扶正工作。

3 結(jié)論

在海洋工程立管安裝施工作業(yè)中，常規(guī)方案一般利用浮吊船起吊立管，配合平臺(tái)絞車扶正立管，潛水員下水完成立管固定，但浮吊船舶的成本較高。同時(shí)，常規(guī)立管安裝方案還需在陸地進(jìn)行立管管段焊接預(yù)制，并且需進(jìn)行大長(zhǎng)度的立管整段運(yùn)輸。該文闡述的方法，可以直接用平臺(tái)吊機(jī)和預(yù)先布置在平臺(tái)上的絞車將立管短節(jié)進(jìn)行分段吊裝、扶正，并將短節(jié)分別固定在導(dǎo)管架上；然后，將立管短節(jié)焊接組對(duì)為整段立管；接著，將整根立管下放入水，最后，下放潛水員入水，由潛水員下水完成立管調(diào)整和管卡固定。同常規(guī)的安裝方式相比，該方案與常規(guī)方案施工資源條件對(duì)比見表1。

根據(jù)對(duì)比可知，該文論述的方法可以有效避免使用浮吊船，采用平臺(tái)吊機(jī)加絞車進(jìn)行立管安裝，避免尋租價(jià)格昂貴的工程船進(jìn)行立管吊裝；采用在平臺(tái)上預(yù)制，避免尋求預(yù)制場(chǎng)地碼頭資源；采用短節(jié)運(yùn)輸，減小了對(duì)運(yùn)輸駁船的長(zhǎng)度要求，降低了對(duì)運(yùn)輸船的要求。因此，該文論述的立管安裝工藝具有較高的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

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