海洋工程模塊近海吊裝技術(shù)研究

王繼強(qiáng) 梁 超

海洋石油工程股份有限公司 天津 300461

引言

海洋工程模塊近海吊裝技術(shù)在行業(yè)內(nèi)也被通俗地叫做浮吊,通過運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)可以完成對近海范圍之中工程模塊的懸停和遷移等吊裝操作,從而能夠有效地保證海洋工程的順利施工。隨著近年來海洋工程的快速發(fā)展,海洋工程模塊的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜,規(guī)模和數(shù)量變得越來越大,大型海洋工程模塊和大型裝配總段在近海吊裝作業(yè)中的出現(xiàn)頻率越來越高。基于上述因素,在海洋工程案例中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的近海吊裝技術(shù)在進(jìn)行近海吊裝作業(yè)時(shí)出現(xiàn)誤差的概率較高,而且當(dāng)近海吊裝出現(xiàn)偏差后很容易導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失,因此近海吊裝在行業(yè)內(nèi)也被劃在“高危作業(yè)”的范圍之內(nèi)。綜上可見近海吊裝技術(shù)在海洋工程中起著舉足輕重的作用,只有近海吊裝技術(shù)設(shè)計(jì)合理,運(yùn)用得當(dāng)才能在保證海洋工程施工周期的同時(shí)為海洋工程節(jié)省建設(shè)成本。相反,如果近海吊裝技術(shù)運(yùn)用中參數(shù)設(shè)計(jì)和吊裝操作出現(xiàn)失誤或者瑕疵都會(huì)給海洋工程模塊吊裝作業(yè)埋下隱患。可見對其技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究探討有著十分積極的現(xiàn)實(shí)意義,為了確保海洋工程模塊近海吊裝作業(yè)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠非常有必要對近海吊裝技術(shù)進(jìn)行深入研究。

1 近海吊裝技術(shù)簡述

近海吊裝技術(shù)的核心部件是起重船,也叫做浮吊船,起重船是進(jìn)行近海吊裝的基礎(chǔ)平臺(tái),通常在起重船上配備有不同類型的吊裝設(shè)備。近海吊裝技術(shù)是海洋工程模塊吊裝作業(yè)的基礎(chǔ)性技術(shù)保障,相比陸地吊裝作業(yè)而言,起重船船體在近海吊裝作業(yè)中承擔(dān)著陸地吊裝作業(yè)中基地的角色,其發(fā)揮著支撐內(nèi)部載荷和抵御外部沖擊的作用。一般而言,近海吊裝技術(shù)所使用的起重船的吊裝性能要強(qiáng)于陸地吊裝機(jī)械的性能,尤其隨著近年來海洋工程模塊架構(gòu)的規(guī)模變得越來越大,目前在海洋工程中模塊構(gòu)架的重量通常在2000t左右,其中也不乏一些重量更大的特殊模塊,要將這些重量龐大的模塊順利平穩(wěn)地吊裝到施工位置,起重船就必須要擁有非常強(qiáng)大的吊裝性能。這也對近海吊裝技術(shù)起重船的起重設(shè)備提出了更高要求,同時(shí)也導(dǎo)致近海吊裝技術(shù)起重船的起重性能要明顯優(yōu)于陸地起重設(shè)備的起重性能,由此可見起重船在近海吊裝技術(shù)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。

當(dāng)前,按照起重船起重設(shè)備的工作方式不同可將近海吊裝技術(shù)起重船的起重設(shè)備分為回轉(zhuǎn)式起重機(jī)和固定式起重機(jī)2類。固定式起重機(jī)的起吊臂相對于起重船是固定的,起吊臂在工作時(shí)僅能進(jìn)行前后位置的運(yùn)動(dòng),無法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。固定式起重機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是吊裝穩(wěn)定性優(yōu)良,尤其面對懸停安裝操作之時(shí)其所具有的吊裝穩(wěn)定性優(yōu)勢尤為突出,但是當(dāng)需要對起吊物進(jìn)行左右側(cè)位置的移動(dòng)時(shí)其缺點(diǎn)就會(huì)表現(xiàn)出來,此時(shí)只能對起重船整體進(jìn)行移動(dòng)。回旋式起重機(jī)的起吊臂能夠進(jìn)行3600的任意旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),也可以進(jìn)行前后位置的運(yùn)動(dòng),回旋式起重機(jī)吊裝作業(yè)時(shí)不需要移動(dòng)起重船便可以在起重臂范圍內(nèi)完成對吊物的隨意移動(dòng)和吊裝,為海洋工程模塊吊裝提供了極大便利。回旋式起重機(jī)相比固定式起重機(jī)具有明顯優(yōu)勢,但是回旋式起重機(jī)要求操作人員具有過硬的操作技術(shù)和豐富的操作經(jīng)驗(yàn),否則很容易出現(xiàn)吊裝誤差進(jìn)而造成嚴(yán)重的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。

2 近海吊裝技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 起重船起重機(jī)方式

上文指出目前在近海吊裝技術(shù)中主要的兩類起重船起重機(jī)方式,分別是回轉(zhuǎn)式起重機(jī)和固定式起重機(jī),這兩種起重船起重機(jī)方式互有優(yōu)缺點(diǎn),在實(shí)際海洋工程模塊施工中應(yīng)當(dāng)在充分分析海洋工程模塊施工現(xiàn)場具體情況以及相關(guān)因素的基礎(chǔ)上對兩種起重船起重機(jī)方式做出慎重選擇,進(jìn)而制定出科學(xué)合理的近海吊裝技術(shù)方案,并最終為海洋工程模塊的順利施工奠定基礎(chǔ)。具體來說,固定式起重機(jī)的吊裝穩(wěn)定性優(yōu)良,尤其在進(jìn)行吊裝懸停操作時(shí)其所具有的吊裝穩(wěn)定性優(yōu)勢尤為突出,能夠有力保障海洋工程模塊順利平穩(wěn)施工,但是固定式起重機(jī)的靈活性較差,除了對吊物進(jìn)行前后位置移動(dòng)以外無法實(shí)現(xiàn)對吊物的隨意靈活移動(dòng)。

相對于固定式起重機(jī)而言,回轉(zhuǎn)式起重機(jī)可以在起重臂范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對吊物的隨意移動(dòng),因此回轉(zhuǎn)式起重機(jī)的吊裝靈活性較強(qiáng),能夠?yàn)楹Ｑ蠊こ棠K施工提供十分便捷的條件,但是回轉(zhuǎn)式起重機(jī)的使用成本較高,且要求設(shè)備操作者必須具備扎實(shí)的專業(yè)操作能力和豐富的操作經(jīng)驗(yàn),否則很容易導(dǎo)致安全事故發(fā)生。在實(shí)際應(yīng)用近海吊裝技術(shù)實(shí)施海洋工程模塊吊裝作業(yè)時(shí),當(dāng)工程施工資金有限或者設(shè)備操作者的專業(yè)能力不高時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮選擇固定式起重機(jī)。當(dāng)工程施工資金允許同時(shí)設(shè)備操作者的專業(yè)能力較高且操作經(jīng)驗(yàn)豐富時(shí),可以考慮選擇回旋式起重機(jī)。此外,在工程施工資金允許的情況下,為了達(dá)到提升施工進(jìn)度的目的可以結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況將2種起重船起重機(jī)方式搭配起來進(jìn)行使用。

2.2 起重船起重機(jī)有效載荷

起重船起重機(jī)的有效載荷在近海吊裝技術(shù)中最為關(guān)鍵,若是近海吊裝技術(shù)起重船起重機(jī)的有效載荷不夠,會(huì)直接造成海洋工程模塊不能進(jìn)行施工,若是吊物的重量接近或者超出起重機(jī)有效載荷臨界值時(shí)強(qiáng)行進(jìn)行吊裝,此時(shí)起重臂發(fā)生斷裂的概率急劇升高,因此,當(dāng)?shù)跷锏闹亓拷咏蛘叱銎鹬貦C(jī)有效載荷臨界值時(shí)強(qiáng)行進(jìn)行吊裝存在很大的安全隱患,這也是必須要杜絕和引起高度重視的。起重船起重機(jī)的有效載荷主要由起重吊高、起重噸位和起重跨距三個(gè)要素決定,起重噸位指的是能夠吊起的最大的海洋工程模塊的重量,吊高指的是從水面算起到吊鉤鉤頭之間的垂直距離,跨距指的是水平方向上從回轉(zhuǎn)中心到浮吊船艏再到吊鉤之間的距離之和,這三個(gè)要素相互影響、相互制約,并共同決定了起重船起重機(jī)的有效載荷,若是當(dāng)中的某一個(gè)要素出現(xiàn)問題必然會(huì)降低起重機(jī)的有效載荷,因此在評(píng)價(jià)起重船起重機(jī)有效載荷時(shí)必須要對這三個(gè)要素進(jìn)行綜合計(jì)算后得出起重機(jī)的有效載荷值。目前在具體計(jì)算起重機(jī)有效載荷值時(shí)主要采用通過對起重重量和吊鉤跨距二者之間關(guān)系進(jìn)行評(píng)估,同時(shí)對起重高度和吊鉤跨距二者之間關(guān)系進(jìn)行評(píng)估后計(jì)算得出,總體而言,起重機(jī)的有效載荷遵循著隨著跨距逐漸增大起重機(jī)有效載荷逐漸減小,隨著跨距逐漸減小起重機(jī)有效載荷逐漸升高這一基本規(guī)律,這也是評(píng)估計(jì)算起重機(jī)有效載荷的科學(xué)方式。

2.3 吊鉤鉤頭數(shù)量

目前在近海吊裝技術(shù)中吊鉤鉤頭分為輔鉤和主鉤兩種,主鉤的起吊性能要遠(yuǎn)高于輔鉤,主鉤主要用于對大型海洋工程模塊的吊裝作業(yè),與此同時(shí)主鉤的尺寸和自重也比較大,這就導(dǎo)致主鉤比較笨重,移動(dòng)靈活性不高,操作起來不夠便捷。正因如此,在海洋工程模塊吊裝時(shí)若是輔鉤能夠完成的吊裝作業(yè)通常使用輔鉤來進(jìn)行吊裝。主鉤根據(jù)鉤頭數(shù)量不同又可分為單鉤頭、雙鉤頭和四鉤頭,通過過程施工證明這種鉤頭數(shù)量靈活多變的鉤頭形式在海洋工程模塊吊裝作業(yè)中展現(xiàn)出良好的吊裝性能。比如:在海洋工程模塊吊裝作業(yè)時(shí),需要對鉤頭高度單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)以保證順利完成吊裝作業(yè),同時(shí)要確保吊物的重心平穩(wěn)和不會(huì)發(fā)生吊物脫鉤現(xiàn)象。輔鉤相比主鉤除了在起吊有效載荷方面存在懸殊之外,輔助的形式和功能與主鉤沒有什么明顯區(qū)別,而且輔鉤操作起來比較靈活,能夠?yàn)榈跹b作業(yè)提供良好的便捷性。在選擇近海吊裝技術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)海洋工程模塊的施工要求和現(xiàn)場狀況對主鉤和輔鉤進(jìn)行科學(xué)合理搭配使用,如此既能保證海洋工程模塊順利施工也能有效控制施工成本。

2.4 浮吊吃水深度

近海吊裝技術(shù)是在海平面之上進(jìn)行海洋工程模塊吊裝作業(yè),這與地面吊裝作業(yè)完全不同。起重船在進(jìn)行海洋工程模塊吊裝作業(yè)時(shí)受到自身重量和起吊載荷的影響船體必然會(huì)吃水,而且隨著海洋環(huán)境變化船體吃水也會(huì)隨之發(fā)生變化,此時(shí)若是起重船吃水深度出現(xiàn)問題就會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。如果起重船在深度較淺的海域施工時(shí),由于水深較淺,船體吃水較深時(shí)船底便會(huì)觸底,這種情況下起重船進(jìn)行吊裝作業(yè)時(shí)便會(huì)船底觸底進(jìn)而失去穩(wěn)定性,此時(shí)是不允許起重船進(jìn)行模塊吊裝的,否則會(huì)導(dǎo)致安全事故發(fā)生,在這種情況下為了避免觸底事故發(fā)生,通常應(yīng)選擇在高潮位進(jìn)行海洋工程模塊吊裝作業(yè)。綜上所述,在海洋工程模塊近海吊裝施工過程中,應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工海域的水深合理控制起重船浮吊吃水深度,一方面要確保起重船浮吊吃水深度要小于海域水深,另一方面,要將施工海域水底和起重船浮吊最大吃水深度之間的距離控制在安全距離范圍之內(nèi)。

2.5 帶纜拋錨

近海吊裝起重船在海面進(jìn)行海洋工程模塊吊裝作業(yè)時(shí),由于受到海浪對起重船船體的沖擊影響會(huì)導(dǎo)致起重船發(fā)生上下顛簸、左右搖晃和位置移動(dòng),因此近海吊裝起重船在海洋工程模塊近海吊裝作業(yè)時(shí)通常船體是無法保持穩(wěn)定的,這就會(huì)影響到浮吊作業(yè)。針對這樣的情況,在海洋工程模塊近海吊裝作業(yè)時(shí)為了抵御海浪沖擊對起重船船體的影響從而降低海浪對浮吊作業(yè)造成的不利影響,目前采取的應(yīng)對方式是采用帶纜拋錨的辦法達(dá)到保持起重船船體穩(wěn)定的目的,通過合理采取帶纜拋錨措施能夠有效抵御海浪對起重船船體的沖擊作用從而最大程度上保持起重船船體穩(wěn)定,為開展浮吊作業(yè)創(chuàng)造條件。

帶纜拋錨措施的設(shè)置參數(shù)與多方面因素有關(guān),在采取帶纜拋錨措施時(shí),要根據(jù)不同的情況來確定具體的帶纜拋錨設(shè)置參數(shù)。一方面,海洋環(huán)境是復(fù)雜多變的,不同的海域、不同的時(shí)間段、相同海域不同的時(shí)間段海洋環(huán)境都不相同,海浪產(chǎn)生的沖擊力和對起重船船體的影響都不相同,所以需要采取的帶纜拋錨措施也各不相同。在采取帶纜拋錨措施穩(wěn)定起重船船體的時(shí)候,必須要對具體的海洋環(huán)境和海浪沖擊力進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測和科學(xué)計(jì)算,最終綜合考慮確定出帶纜拋錨的相關(guān)設(shè)置參數(shù)。另一方面,帶纜拋錨措施的設(shè)置參數(shù)還與起重船停靠位置和起重船位置調(diào)整有關(guān),若是起重船停靠位置不合理或者浮吊鉤頭選擇不合理也會(huì)對起重船船體造成影響從而影響浮吊作業(yè),因此在采取帶纜拋錨措施時(shí)要充分考慮這兩方面因素。通常在固定起重船停靠位置時(shí)建議采用船舶帶纜樁和碼頭帶纜樁等方式,如果浮吊作業(yè)采用的鉤頭為是固定式,此時(shí)就需要使用絞纜繩來調(diào)整起重船船體的位置。

2.6 吊索的選擇

目前在海洋工程模塊近海吊裝作業(yè)中采用的吊索主要包括:卸扣、吊杠和鋼絲繩三種形式。這三種形式的吊索在海洋工程模塊近海吊裝作業(yè)中都發(fā)揮著承重的作用,如果吊索出現(xiàn)了問題就會(huì)導(dǎo)致吊索發(fā)生斷裂從而造成吊物失衡甚至掉落,因此吊索是禁止出現(xiàn)問題的,對吊索的選擇也是近海吊裝技術(shù)應(yīng)用中需要慎重考慮的一項(xiàng)技術(shù)要素。第一,卸扣的作用是將鋼絲繩與吊杠,鋼絲繩與吊耳連接起來,在卸扣的選擇方面,若是吊裝作業(yè)中卸扣實(shí)際承載的載荷超出了所選擇卸扣的承重能力就會(huì)造成卸扣斷裂從而導(dǎo)致吊物失衡甚至脫落。為了杜絕這樣的吊裝事故出現(xiàn),在選擇卸扣時(shí)就必須首要考慮卸扣的承載性能,通常要求卸扣的承載性能必須要超過吊裝作業(yè)中卸扣實(shí)際需要承載的載荷值,而且還要將卸扣在吊裝作業(yè)中卸扣實(shí)際需要承載的載荷值嚴(yán)格控制在卸扣承載性能的安全范圍之內(nèi),與此同時(shí),卸扣是與鋼絲繩、吊耳、吊杠三者組合搭配起來使用,因此在選擇卸扣時(shí)還要重視卸扣與其它吊具之間的匹配性問題,在此基礎(chǔ)上選擇合適型號(hào)的卸扣。第二,在海洋工程模塊近海吊裝中以單梁式吊杠和框架式吊杠最為常見,相比框架式吊杠而言,單梁式吊杠擁有更強(qiáng)的承載性能,但是存在無法進(jìn)行復(fù)雜連接的弊端。框架式吊杠剛好相反,雖然承載性能相對較弱,但是可進(jìn)行復(fù)雜連接,在海洋工程模塊近海吊裝時(shí),要對吊杠慎重進(jìn)行選擇,充分發(fā)揮吊杠的作用為海洋工程模塊吊裝作業(yè)服務(wù)。第三,海洋工程模塊近海吊裝作業(yè)中使用的鋼絲繩目前以高性能無接頭繩圈為主,與普通的鋼絲繩不同,同等粗細(xì)下的高性能無接頭繩圈與普通鋼絲繩相比,高性能無接頭繩圈的承載能力要遠(yuǎn)高于普通鋼絲繩。雖然如此,在選擇近海吊裝鋼絲繩時(shí)仍然要高度重視鋼絲繩規(guī)格的選擇,確保鋼絲繩實(shí)際承載在鋼絲繩的安全承載范圍之內(nèi)。另一方面,在起重機(jī)鋼絲繩根數(shù)控制方面,要對起重機(jī)設(shè)備上的鋼絲繩根數(shù)嚴(yán)格進(jìn)行計(jì)算,以確保鋼絲繩的根數(shù)符合起重機(jī)設(shè)備起吊規(guī)范。

3 結(jié)語

海洋工程模塊的順利施工離不開近海吊裝技術(shù)的支持,海洋工程的發(fā)展嚴(yán)重依賴于近海吊裝技術(shù)的發(fā)展,只有近海吊裝技術(shù)得以保障,海洋工程模塊吊裝作業(yè)才能安全順利地開展。近海吊裝技術(shù)由于其專業(yè)性和特殊性也被劃到了“高危作業(yè)”之列,長期以來,怎樣對近海吊裝技術(shù)進(jìn)行規(guī)范運(yùn)用和改進(jìn)優(yōu)化也是海洋工程領(lǐng)域有關(guān)人員重點(diǎn)研究的一項(xiàng)課題。基于此,本文在對近海吊裝技術(shù)進(jìn)行簡要闡述的同時(shí)提出了影響近海吊裝技術(shù)的6項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn),并分別對該6項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析,確保在運(yùn)用近海吊裝技術(shù)開展海洋工程模塊吊裝作業(yè)時(shí)將相關(guān)參數(shù)控制在安全范圍之內(nèi),最終保證海洋工程模塊近海吊裝作業(yè)安全順利地實(shí)施。