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海上铺管

铺管法的连续移动性质要求铺管船的移动性好,因此,Reellay铺管船均采用船型结构,Reellay铺管船的铺管能力主要取决于卷筒的尺寸和管线矫直机构(ramp),卷筒轴的直径决定了 铺管直径,卷筒翼缘的直径决定了铺管长度。Reellay铺管船上没有焊接站,因此,铺设刚性(钢)管时, 铺管长度为卷筒储管能力。而铺设柔性管或脐带缆时,通常可采用两个卷筒。管线矫直机构的能力取决于矫直机(straightener)的吨位。Reellay铺管船分为刚性管铺管船和柔性管铺管船,一般的钢性管铺管船也可铺设柔性管或脐带缆,但柔性管铺管船则不能铺设刚性管,一般的柔性管铺管船均装载两个以上的卷筒。
铺管船由于受到使用范围的限制,不为大众所了解,但随着近年来海上油气开发的日益红火,逐渐进入人们的视野。在20世纪,铺管船的设计、建造及使用主要以欧洲的荷兰、挪威、意大利以及美国等少数几个 为主,而国内以中海油为首的海油工程公司亦只有几艘船龄较长的改造船投入使用。20世纪后期,以海油工程公司为主的一些国内用户开始大规模建造。
近年来,随着船舶建造技术的发展,新技术的泛应用,铺管船的发展取得很大的进步。从采用锚泊定位、作业水深仅300m以内浅水的铺管船,发展到采用动力定位、能满足3000m以内作业水深的深海作业铺管船;船只吨位也从几千吨、到上万吨、乃至十几万吨;船型从早期的单体驳船型发展为单体船、双体船、半潜船。同时,铺管专用装备,如:张紧器、A&R绞车、托管架的技术进步,为铺管船由浅海走向深海提供了必要的保证。
对铺管船来说,关键的技术参数主要包括目标工程的铺管水深及对应的铺管管径、对应海区的海况条件及符合作业的工作环境,管线的转运及贮存要求等主要技术要求。铺管船作业水深一般划分为超浅水、浅水和深水,超浅水一般指作业水深不超过30m~50m的浅海区域,浅水为作业水深不超过300m的区域,而深水铺管船一般能满足 作业水深为3000m以内的深海区域。铺管管径是指该船能铺设的海底管线的大小,它对应的是一个管径范围。现在主流的铺管船能铺设的管径范围一般为4″~48″,若包括涂层为4″~60″,现能做到 的铺管管径可达60″。对一艘铺管船来说,铺管水深和对应的铺管管径直接反映了该船的铺管能力。
铺管船作业环境条件参数的高低直接反映该船的主尺度要求,并对造价产生较大的影响。参数偏低,满足不了作业海区作业的要求;参数偏高,造价相应提高、运营成本上升。因此,综合平衡各参数指标,提出合适的作业环境条件,是铺管船建造成功与否的关键。
为满足铺管船连续作业,同时综合考虑管线的运输成本,对管线的转运及贮存要求应有具体的指标要求。为保证铺管作业的连续性,铺管船一般考虑能贮存5000t~12000t的管材及相应耗材,而60″管单节管 重量为40t,船上通常能贮存的管线为200~300根。通常,铺管作业的速度为每天3km~8km不等,即每天消耗250~650根单节管不等(单节管管长一般为12.2m)。因此,单靠船平台上贮存的管线很难保证工程施工作业的连续性,需考虑专用运管船随时补充。过大的贮存量会导致船平台主尺度过大,性能较差。因此,应对合理的贮存量与管线补给的即时性综合评估,提出合适的贮存量。
船体耐波性能的优劣,直接关系到铺管作业的有效工作时间。在铺管作业过程中,经常会发生管线断裂现象,主要是由于受海浪等外界条件影响,船平台的漂移与管线的受力不匹配,使管线受外力超出管线的应力水平而导致的。另外,耐波性的好坏还直接影响到船上工人的施工作业。一般来说,主要应考虑船平台的固有横摇周期与目标工程区域的波浪周期间的关系,设计上应避免两周期在同一区域内,一般考虑有2s左右的差距。在我国南海水域,波浪的固有周期一般为7s~12s秒之间,该指标对船体耐波性设计有很高的技术难度。
要满足铺管作业的要求,在铺管船设计时需重点考虑船型选择、作业定位、主起重机等方面的要求,以保证铺管作业的效率。首先,从船型选择上进行分析,现有的铺管船船型一般为单体驳船型、单体船型、半潜船型等三种船型,不同的船型选择,适合不同的工程需要。
(1)单体驳船型,一般比较简易,采用锚泊定位方式,造价较便宜,主要针对浅水、超浅水。但其机动性差,作业时需较多的辅助船舶;
(2)单体船型,设备配置一般比较考究,大多采用动力定位和锚泊定位的组合方式,既能以锚泊定位方式在浅水区域作业,又能以动力定位方式在深水区域作业,但造价较高;
(3)半潜船型,主要铺管对象是深水区域作业,一般采用动力定位的方式,该类型的船一般在设计时除了考虑铺管作业外,还配有大型起重机,能满足海上大型结构物的吊装,以及有大量的人员居住舱室,可以作为平台支持船使用。该类型船造价非常昂贵。
其次,铺管船在作业时有准确的定位要求,现在的定位方式一般有锚泊定位和动力定位两种方式。采用锚泊定位的船,由于装机功率相对较小,船体本身亦不是很复杂,因此造价相对较低,作业时需配备2~3艘起抛锚船为其不停地交替起抛锚作业,一般 作业水深不超过300m。水深过深,需配备较长的缆绳,且锚机负荷增大,建造和运营成本上升,铺管效率也受影响。采用动力定位的船,需配备较强的推进器功率,并且有些船考虑到动力定位的可靠性,一般采用DP-2或DP-3级,因此装机功率较大,并且船体结构和系统复杂,技术含量相对较高。此类船一般考虑可在深水区域作业或不能采用抛锚定位的水域作业,现已有可满足 作业水深不超过3000m的深水铺管船。考虑到运营成本或定位有特殊要求等因素,部分铺管船采用锚泊定位和动力定位相结合的方式,能满足普通工程的要求。而半潜船型,由于其目标工程主要是深水区域,因此基本采用动力定位的方式。


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