海洋結(jié)構(gòu)物拖拉裝船用鋼絞線敷設(shè)方法研究

楊風(fēng)艷，呂 超，單吉華，樊祥濱，李國偉

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

隨著油氣資源開發(fā)逐步向深水化、深海領(lǐng)域進(jìn)軍，需要建造大型的海洋石油平臺(tái)和導(dǎo)管架并配備相應(yīng)的油氣處理設(shè)施用以油氣開采和處理，以便于適應(yīng)復(fù)雜的海洋環(huán)境。萬噸級(jí)大型結(jié)構(gòu)物拖拉裝船作業(yè)是海洋工程項(xiàng)目運(yùn)行過程中最重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，關(guān)系到海上安裝工作能否趕上適合的氣候窗，其能否順利實(shí)施的關(guān)鍵因素是拖拉作業(yè)鋼絞線的敷設(shè)效率。

目前，該項(xiàng)工作的實(shí)施在國內(nèi)外都是依靠增加人力手拉肩扛來完成，人力勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工效率低、人力分布密集，容易引發(fā)人身傷害事故，尤其隨著項(xiàng)目單體從幾百噸、幾千噸到現(xiàn)在的幾萬噸，其施工故障的提升更是整個(gè)行業(yè)面臨的施工技術(shù)難題。

針對(duì)該問題，本文創(chuàng)造性地使用滑輪組配合卷揚(yáng)機(jī)作為機(jī)械敷設(shè)鋼絞線穩(wěn)定的動(dòng)力來源，數(shù)個(gè)單柄滑輪分別設(shè)置在DEADMEN和PULLING LUG上，通過纏繞在卷揚(yáng)機(jī)滾筒、滑輪組及單柄滑輪上兩端插編連接的鋼絲繩形成傳輸回路。不再需要人力拖拉鋼絞線，節(jié)約大量人力，提高施工效率；操作簡(jiǎn)單，靈活多樣，能夠完成多種分布形式的鋼絞線敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)多根鋼絞線同時(shí)傳輸；利用場(chǎng)地現(xiàn)有資源制造多種實(shí)用裝置，方便快捷，一次性解決了以后所有項(xiàng)目的鋼絞線敷設(shè)問題。

1 鋼絞線敷設(shè)系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1 機(jī)械替代人力完成鋼絞線敷設(shè)

采用人力拖拉鋼絞線，勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工效率低、人力分布密集，延長(zhǎng)項(xiàng)目工期。使用鋼絞線敷設(shè)系統(tǒng)，不再需要短時(shí)間內(nèi)投入太多人力，每根鋼絞線需要1～3人便可完成敷設(shè)，所用鋼絞線使用機(jī)械拖拉，人力勞動(dòng)強(qiáng)度降低，施工效率提高，人力分布合理，縮短項(xiàng)目工期。

1.2 實(shí)現(xiàn)多根鋼絞線同時(shí)傳輸

人力拖拉鋼絞線時(shí)，每隔約1 m的距離站一人，慢慢向前拖拽，需要幾十人站成1列用雙手將鋼絞線從初始位置處拖拽至預(yù)定位置，一次只能拖拽1根鋼絞線，不僅傳輸效率較低，耗費(fèi)大量的人力、物力，而且，當(dāng)項(xiàng)目工期緊張時(shí)，需要白天黑夜連續(xù)地在碼頭前沿或建造場(chǎng)地作業(yè)，增加作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。使用鋼絞線敷設(shè)系統(tǒng)，能夠在鋼絞線傳輸回路上同時(shí)接入3～5根鋼絞線，實(shí)現(xiàn)多根鋼絞線同時(shí)傳輸。

1.3 完成任何分布方式的鋼絞線敷設(shè)

不同的項(xiàng)目，鋼絞線分布方式各不相同，主要分布方式包括：所有鋼絞線分布在同一個(gè)水平面內(nèi)和所有的鋼絞線分布在兩個(gè)不同的水平面內(nèi)2種情況。根據(jù)鋼絞線分布方式不同，鋼絞線敷設(shè)時(shí)的傳輸回路分為縱向傳輸回路和橫向傳輸回路，當(dāng)鋼絞線分層時(shí)，采用縱向傳輸回路；當(dāng)鋼絞線在同一個(gè)水平面內(nèi)時(shí)，采用橫向傳輸回路。

1.4 完全釋放鋼絞線運(yùn)輸時(shí)的彎曲扭力

鋼絞線采用成盤的方法運(yùn)輸，運(yùn)輸時(shí)鋼絞線成盤旋狀態(tài)。而在使用時(shí)需要鋼絞線成直線狀態(tài)，人力拖拉敷設(shè)鋼絞線時(shí)，由于手握鋼絞線，不同人的力量大小不同，行走速度不同，不能完全破解鋼絞線的彎曲扭力。鋼絞線敷設(shè)系統(tǒng)采用在物件傳輸快速鎖緊裝置與單向自鎖裝置之間連接一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)環(huán)，在鋼絞線傳輸?shù)倪^程中，鋼絞自身的彎曲扭力迫使轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)，從而釋放出自身的彎曲扭力。

1.5 快速完成鋼絞線與傳輸回路的連接和分離

自主設(shè)計(jì)了物件傳輸快速鎖緊裝置和單向自鎖裝置來完成鋼絞線和傳輸回路的快速連接和拆除，自動(dòng)鎖緊、拆卸方便、輕巧好用、使用簡(jiǎn)單、安全可靠，并可以反復(fù)使用，避免鉚接或是綁扎等作業(yè)，節(jié)省人工時(shí)，耐磨能力強(qiáng)，使用過程中幾乎沒有磨損，保證整個(gè)系統(tǒng)高效安全運(yùn)行。

2 鋼絞線敷設(shè)系統(tǒng)原理

2.1 鋼絞線傳輸回路

拖拉大型結(jié)構(gòu)物所用的鋼絞線，分布形式包括同一水平面內(nèi)單層分布方式和不同水平面內(nèi)雙層分布方式。鋼絞線敷設(shè)系統(tǒng)可完成各種分布形式的鋼絞線敷設(shè)工作，且操作簡(jiǎn)單，靈活多樣。傳輸回路是整個(gè)敷設(shè)系統(tǒng)的核心，是鋼絞線傳輸時(shí)行走的“路”，既能實(shí)現(xiàn)同一水平面內(nèi)鋼絞線的傳輸，又能實(shí)現(xiàn)不同水平面內(nèi)鋼絞線的傳輸。

使用縱向傳輸回路傳輸下層鋼絞線時(shí)，使卷揚(yáng)機(jī)正轉(zhuǎn)，從而傳輸回路下面的鋼絲繩向終點(diǎn)走，上面的鋼絲繩向起點(diǎn)走，形成回路把下層鋼絞線傳輸?shù)轿?。?dāng)下層的鋼絞線傳輸完成后，通過反轉(zhuǎn)卷揚(yáng)機(jī)，傳輸回路上面的鋼絲繩向終點(diǎn)走，下面的鋼絲繩向起點(diǎn)走，形成回路把上層的鋼絞線傳輸?shù)轿弧?/p>

使用橫向傳輸回路傳輸右側(cè)鋼絞線時(shí)，使卷揚(yáng)機(jī)正轉(zhuǎn)，從而傳輸回路右側(cè)的鋼絲繩向終點(diǎn)走，左側(cè)的鋼絲繩向起點(diǎn)走，形成回路把右側(cè)鋼絞線傳輸?shù)轿弧．?dāng)右側(cè)的鋼絞線傳輸完成后，通過反轉(zhuǎn)卷揚(yáng)機(jī)，傳輸回路左側(cè)的鋼絲繩向終點(diǎn)走，右側(cè)的鋼絲繩向起點(diǎn)走，形成回路把左側(cè)的鋼絞線傳輸?shù)轿弧?/p>

2.2 單柄滑輪固定點(diǎn)布置原則

單柄滑輪需要連接到具有足夠強(qiáng)度的固定點(diǎn)上，固定點(diǎn)可以是現(xiàn)場(chǎng)已有的結(jié)構(gòu)物也可以設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)物，但是單柄滑輪的安裝方向和位置必須能夠形成縱向和橫向傳輸回路。傳輸回路由1根鋼絲繩兩頭插編連接形成閉合回路，鋼絲繩依次繞過卷揚(yáng)機(jī)滾筒、滑輪組和單柄滑輪。整個(gè)傳輸回路安裝并調(diào)試完成后方可用來拖拉鋼絞線。

2.3 卷揚(yáng)機(jī)穩(wěn)定動(dòng)力輸出

在卷揚(yáng)機(jī)前連接1個(gè)滑輪組，形成傳輸回路的鋼絲繩多次纏繞在卷揚(yáng)機(jī)滾筒和滑輪組之間，增大鋼絲繩與滾筒之間的摩擦力，鋼絲繩和滾筒之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，增大卷揚(yáng)機(jī)輸出的動(dòng)力，卷揚(yáng)機(jī)的動(dòng)力能最大程度的傳輸出去。將卷揚(yáng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)功能應(yīng)用到敷設(shè)系統(tǒng)中，使卷揚(yáng)機(jī)的動(dòng)力穩(wěn)定、持續(xù)的輸送到敷設(shè)系統(tǒng)。通過卷揚(yáng)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的鋼絞線同一水平層和分層傳輸。當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)開動(dòng)之后，每股鋼絲繩都在自己的軌道上有條不紊的運(yùn)行，相互之間沒有干擾，動(dòng)力輸出安全穩(wěn)定。卷煙機(jī)穩(wěn)定的動(dòng)力輸出連接詳見圖1。

圖1 卷揚(yáng)機(jī)穩(wěn)定的動(dòng)力輸出連接示意圖

2.4 物件傳輸快速鎖緊技術(shù)

2.4.1 物件傳輸快速鎖緊裝置

物件傳輸快速鎖緊裝置是適用鋼絞線傳輸回路拖拽的工具，可以克服傳統(tǒng)工藝的諸多不足，實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩與被拖拽物的快速連接和拆除，實(shí)現(xiàn)鋼絞線的機(jī)械拖拉，實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，減少施工人力。適用鋼絲繩與拖拽物的快速連接和解除，實(shí)現(xiàn)機(jī)械作業(yè)，節(jié)省人力；能夠避免鉚接或是綁扎等作業(yè)，節(jié)省時(shí)間；適用鋼絲繩與拖拽物的快速連接和解除，降低拖拉成本，操作簡(jiǎn)便，節(jié)省拖拉時(shí)間。

2.4.2 物件傳輸快速鎖緊裝置構(gòu)造

如圖2所示，物件傳輸快速鎖緊裝置主要由半圓形凹槽、圓形擋板和月牙形構(gòu)件3部分構(gòu)成。半圓形凹槽內(nèi)徑略大于傳輸回路鋼絲繩直徑，能夠輕松接入傳輸回路，且不易脫落。圓形擋板的軸銷和半圓形凹槽焊接固定，提供月牙形構(gòu)件旋轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)軸。月牙形構(gòu)件下面重、上面輕、重心偏下，當(dāng)物件傳輸快速鎖緊裝置卡入傳輸回路時(shí)，月牙形構(gòu)件借助自重力自動(dòng)下垂，上半部分和鋼絞線卡住，不易脫落。當(dāng)整個(gè)裝置和傳輸回路連接后，鋼絞線對(duì)月牙形構(gòu)件產(chǎn)生反方向的拉力，整個(gè)裝置將和傳輸回路牢牢的抱死，實(shí)現(xiàn)將鋼絞線快速接入傳輸回路的目的。月牙形構(gòu)件上半部分開有小凹槽，用來增大摩擦力，整個(gè)裝置在使用時(shí)不會(huì)和鋼絞線之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。

圖2 物件傳輸快速鎖緊裝置構(gòu)造示意圖

2.5 鋼絞線敷設(shè)

使用自制裝置將鋼絞線快速連接到傳輸回路后，隨著傳輸回路不斷循環(huán)運(yùn)動(dòng)，被拖拉的鋼絞線將緩緩向前；由于PULLING LUG和DEADMEN之間有數(shù)百米距離，傳輸回路中間大部分區(qū)域和已經(jīng)敷設(shè)好的腳手架踏板接觸，自制裝置隨著鋼絞線傳輸回路慢慢向前移動(dòng)時(shí)，為避免自制裝置和腳手架踏板之間過大的摩擦力以及可能發(fā)生的兩者卡住影響傳輸穩(wěn)定運(yùn)行的情況發(fā)生，在傳輸快速鎖緊裝置上栓一根繩子，由1～3人力輕輕向上提完成鋼絞線的敷設(shè)。

3 結(jié)束語

本文對(duì)鋼絞線敷設(shè)系統(tǒng)原理、卷揚(yáng)機(jī)穩(wěn)定動(dòng)力輸出、物件傳輸性鎖緊及鋼絞線敷設(shè)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。萬噸級(jí)海洋結(jié)構(gòu)物拖拉裝船施工工藝，已廣泛的應(yīng)用到荔灣3-1導(dǎo)管架、荔灣3-1組塊、陸豐7-2組塊、渤中35-2組塊、墾利3-2組塊、惠州25-8導(dǎo)管等項(xiàng)目中，不僅便于提前做好施工計(jì)劃、設(shè)備和材料的準(zhǔn)備，而且在保證安全和質(zhì)量的同時(shí)，縮短了鋼絞線敷設(shè)時(shí)間，極大地減少了人力投入，縮短了裝船工期，減少了駁船待泊時(shí)間，降低了施工成本，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著。