多功能水下安裝輔助架設計與應用

蔣喻栓(深圳海油工程水下技術有限公司ROV作業部，廣東 深圳 518067)

0 引言

海底管道水下帶壓開孔、封堵是一種在役管道維搶修技術，適用于管道的正常維修改造和突發事故的搶修。以某天然氣管道在內檢測時發生卡球情況，在正向增壓和反向泄壓均無效的情況下設計了不停輸帶壓開孔封堵的方案。本方案介紹了帶壓封堵施工的開孔封堵作業、管道切割取智能球工作。并介紹了使用機械三通、開孔機與機械三通組合體的水下豎直安裝。水下作業時需要支持船及水下機器人(Remotely Operated Vehicle, ROV)進行一系列的技術操作，本文就ROV技術操作進行介紹與探討。

1 方案實施

1.1 海底管道豎直帶壓開孔系統的安裝

海底管道豎直帶壓開孔安裝系統，包括在海管開孔位置的主支撐框架結構以及用于調整開孔機三通組合體運動的索具系統，索具系統的運動功能主要靠手拉葫蘆來實現；安裝系統整體為長方體框架式結構，底部加寬并在底面設有防沉板，以使安裝系統整體可以穩定地坐于海床，并對安裝系統的后續操作提供足夠的支撐。

1.2 海底管道水下安裝方法

安裝系統的防沉板底部設有透水孔，足夠的透水孔孔徑在不影響支撐承載力的情況下，可以降低安裝系統在下放入水時的水面波浪抨擊力以及拖曳力，同時可以提高結構入泥時的排水速率，從而降低結構沉降不平均造成傾斜的風險，在結構回收時也可降低海床的吸附效應。多功能開孔設備總布置見圖1。

1.3 系統安裝及具體實施

將豎直帶壓開孔機組合體整體與安裝系統框架進行組合與固定。組合時，先以組合體懸掛索具連接組合體機械三通上的吊耳和安裝系統框架的組合體吊耳，四條組合體懸掛索具由15t SWL的手拉葫蘆主要支撐全部組合體的重量，設計手拉葫蘆可進行組合體與安裝系統框架相對位置的調整，同時可確保4條主承重索具的受力均衡。由于組合體的重心要高于機械三通吊耳(主承重索具連接點)，因此該懸掛缺乏穩定性，采用8條組合體固定索具(由棘輪張緊帶組成)分別連接組合體上部扶正吊耳及機械三通以及組合體下部扶正吊耳及機械三通，以限制開孔機組合體在水平方向的自由度，確保整體吊裝時的穩定性。同時需要在組合體運動吊耳及組合體機械三通的吊耳之間預連接組合體運動索具，并保持其為松弛狀態。為開孔機組合體的運動空間留出位置，因此組合體與安裝系統框架連接后的整體重心向組合體一側偏心，根據計算，設計出整體的吊裝偏心重心，使用鋼絲繩索具25偏心吊裝，完成安裝系統的起吊和入水。

1.4 安裝設計難點

1.4.1 輔助帶壓開孔機水下精確就位

(1)單體設備吊裝下水容易，但水下工作量大；(2)成套設備重約30t，設備自身吊點強度不足；(3)水下設備就位及連接耗時長。

解決方案：(1)整體吊裝設計，側向索具控制組合體穩定性，解決吊點較低的問題；(2)在機械三通上增加高強度吊耳，滿足整體吊裝承重需求。

圖1 多功能開孔設備總布置圖

1.4.2 組合體水下安裝

開孔設備水下安裝示意見圖2。

(1)防沉板為組合體的移位提供了穩定性；(2)通過調整連接用的導鏈長度，緩慢移動組合體，使組合體在架體內呈豎直姿態移動至海管安裝位置；(3)水下使用浮袋，以降低組合體自重，使低荷載吊耳工作生效。

圖2 開孔設備水下安裝示意圖

1.4.3 拆除開孔機及安裝智能封堵機

(1)水下開孔完成后，需在密封的情況下拆除開孔機，安裝水下智能封堵機。(2)為避免封堵機與三明治閥磕碰，設計一根撐桿及架體上配套的導向柱輔助完成吊裝任務。(3)采用“搭積木”組裝的方式，安全、高效實現開孔機的拆除與封堵機的水下就位與安裝。

1.5 ROV介入及安裝

ROV跟隨開孔機下方，將弧板將安裝系統安裝至海管位置。ROV根據防沉板的沉降到位。潛水員先打開機械三通，然后收緊組合體運動索具(手拉葫蘆)，使其受力，然后緩慢松開組合體懸掛索具，此時組合體的主要荷載位于組合體運動索具上。同時，緩慢的收放組合體固定索具以確保組合體在運動過程中的豎直狀態，并通過兩條組合體運動索具的配合來將組合體機械三通移動至海管的安裝位置上。

1.6 ROV引導導向孔安裝就位

在完成開孔作業后，進行回收開孔機及下放封堵機，需用到二次就位撐桿。撐桿上部吊耳與吊機連接，撐桿下部吊耳與開孔機/封堵機通過手拉葫蘆進行連接。撐桿與安裝系統進行對接時，由ROV引導撐桿導向孔與安裝系統導向柱1進行匹配，導向柱分為一長一短，先進行長導向柱的對接，其后進行短導向柱的對接，最后撐桿會坐于導向柱支撐板4上。此時通過調整撐桿下部手拉葫蘆將開孔機提起或完成封堵機的下放與安裝。

2 海管帶壓開孔作業特點

本結構是根據海管帶壓開孔作業而設計的專用水下結構，經過項目中多次使用驗證，主要體現在以下四個主要方面：(1)開孔機組合體整體吊裝：開孔機、三明治閥及機械三通若采用分體式安裝，會大量增加水下組對時間；整體吊裝需克服組合體重量、體積較大，整體水下運動較難的特點；(2)封堵機二次就位：通過撐桿及安裝架上的導向柱，先將封堵機置于安裝架上，再通過導鏈將封堵機穩定地安裝至三明治閥；(3)低吊點位置吊裝：開孔機組合體整體重心較高，而能承受組合體重量的吊點位于最下方的機械三通上，因此控制起吊時的穩定性尤為重要；(4)多功能水下安裝輔助架創新點：①開孔機組合體整體吊裝：開孔機、三明治閥及機械三通若采用分體式安裝，會大量增加水下組對時間；整體吊裝需克服組合體重量、體積較大，整體水下運動較難的特點；②封堵機二次就位：通過撐桿及安裝架上的導向柱，先將封堵機置于安裝架上，再通過導鏈將封堵機穩定地安裝至三明治閥；③低吊點位置吊裝：開孔機組合體整體重心較高，而能承受組合體重量的吊點位于最下方的機械三通上，因此控制起吊時的穩定性尤為重要。

3 結語

多功能水下安裝輔助架具備多工況操作性，具有水下施工效率高、施工難度低、施工過程安全、預制成本低的優點，滿足海底管道的豎直帶壓開孔施工需求。而后可進行開孔作業，下放潛水員折疊踏板可方便潛水員對組合體三明治閥的閥門進行操作。多功能水下安裝輔助架在崖城海管第二階段維修項目中成功應用，體現了公司在水下結構的設計及建造方面的專業能力。在開孔作業過程中的海管安全，設備安全，人員安全，安裝效率等受到業主及潛水員的一致好評。

相較于機械三通、三明治閥及開孔機的分體式安裝，使用多功能水下安裝輔助架在保證了人員設備安全的前提下，節省了兩次水下法蘭組對以及試壓的時間，約節省了3天DSV船天。

水下帶壓開孔使用多功能水下安裝輔助架，進行海底管道的帶壓開孔作業在崖城項目的順利實施，驗證了該安裝架的作業可行性，對于今后國內的海管帶壓開孔維修作業項目具有廣闊的應用前景。