CN102112790B - 管道铺设船和铺设管道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道铺设船(1)，其包括从船上向上延伸的塔架(2)和用于将一节管道从甲板提升到与塔架对准的位置的管道装载臂(9)。该管道铺设船还可以包括用于支承沿管道待被容纳的大型制品的支承组件(110)和驱动装置，该支承组件包括机架(111)，该机架能够在第一负载接收位置与第二倾斜位置之间枢转，在第二倾斜位置，机架近似平行于塔架延伸，该驱动装置用于使可倾斜机架在其第一和第二位置之间枢转。管道铺设船可以选择地或另外地包括位于塔架的下部部分的区域中的焊接装配站工作间(100)和用于支承沿管道待被容纳的大型制品的支承组件(110)，该可动支承组件布置在工作间的顶部上。

Description

管道铺设船和铺设管道的方法

技术领域

本发明涉及一种管道铺设船和一种铺设管道的方法。这种船和方法在有关石油和天然气生产的海洋工业中特别有用。

背景技术

通过海洋工业中的某些船执行的任务之一是通过S-铺设或通过J-铺设进行管道铺设。J-铺设主要用于在深海(即一般超过1000m的深度)中铺设管道，在J-铺设中，管道沿着倾斜或垂直的塔架下放并沿单方向曲线地绕过来，以变得沿海底大致水平。J-铺设布置的例子在US6,524,030、US6,592,297、WO2006/054891、WO2005/085692和US6,796,742中示出。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的管道铺设船和一种改进的铺设管道的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种管道铺设船，包括：从船向上延伸的塔架；用于将一节管道从甲板上提升到与塔架对准的位置的管道装载臂；用于支承沿管道待被容纳的大型制品的支承组件，该支承组件包括机架，该机架能够在第一负载接收位置与第二倾斜位置之间枢转，在第二倾斜位置，所述机架近似平行于塔架延伸；以及驱动装置，该驱动装置用于使所述可倾斜机架在其第一和第二位置之间枢转。

通过提供用于接收大型制品的可倾斜机架，采用仅仅适当数量的所需的其它设备促进了大型制品进入管道内的流线型引入。

应该理解，管道装载臂和用于支承大型制品的支承组件是设备的独立元件。

优选地，当可倾斜机架位于第一负载接收位置时其近似水平地延伸。在将大型制品装载到可倾斜机架上的情况中，通过将其从上方下放或通过将其在侧向上滑动到机架上都是便利的。

支承组件优选为可动支承组件，并可以包括可倾斜机架枢转地安装其上的可动支承件。可动支承组件优选地可以朝向塔架和远离塔架运动。这允许将大型制品装载到可倾斜机架上，并在装载之后朝向塔架运动。

优选地，船还包括在塔架的下部部分的区域内的焊接装配站工作间。支承组件优选地布置在工作间的顶部上。工作间优选为可以提供天气影响防护的封闭空间，但也可以为开放框架结构。在工作间限定封闭空间的情况中，其优选限定单个隔室，但其可以选择地限定两个或多个更小的隔室。

优选地，支承组件的至少一部分放置在工作间上并由工作间支承。这能够提供一种更加紧凑和重量轻的布置。

优选地，工作间可以朝向和远离塔架运动。这种情况下，在将新的管道节(在此也称为管柱)焊接到管道上期间，工作间可以沿管道铺设路径(施工线)插入，但在其它时间可以缩回到离开管道铺设路径的位置。

可动支承组件可以与工作间一致地运动和/或可以独立于工作间运动。在如下所述的本发明的实施例中，可动支承组件可以与工作间一致地运动以及独立于工作间运动。

优选地，工作间和/或可动支承组件安装在轨道上。更优选地，工作间和可动支承组件至少部分地安装在共用轨道组上。在如下所述的本发明的实施例中，工作间和可动支承组件的一端安装在共用轨道组上，可动支承组件的另一端安装在工作间的箱顶上的轨道上。

优选地，可动支承件包括第一机架，可倾斜机架限定第二机架，第二机架枢转地安装在第一机架上并可以在第一负载接收位置与第二倾斜位置之间枢转。

用于枢转可倾斜机架的驱动装置可以采用多种形式中的任意一种，包括齿条齿轮传动装置以及绞车和绞索传动装置，但在如下所述的实施例中，驱动装置包括一个或多个液压缸(千斤顶)。

本发明可以应用于各种各样的管道铺设系统，包括具有固定塔架的管道铺设系统和塔架的倾度能够变化的管道铺设系统，例如塔架的倾度可以大于30度角变化的系统。本发明还可以应用于其中设有前进夹持组件的塔架或具有一个或多个张紧装置的塔架，所述前进夹持组件例如可以沿塔架下降以将管道下放到海里，所述张紧装置固定在塔架上用于以受控速度下放管道。固定夹持组件(公知为坐定夹持组件)优选地设置在固定到船上的塔架的下部部分的区域内或设置在塔架上。在如下所述的本发明的实施例中，塔架枢转地安装并能够在相对于水平面的一定角度范围内操作；在所述的特殊例子中，塔架可以在相对于水平面45度到96度范围内的角度操作。在所述实施例中，前进夹持组件安装用于沿塔架运动，固定夹持组件位于塔架的下部的区域内，并且在所述特殊例子中安装在塔架上。

在优选的布置中，管道装载臂升起到沿塔架的远离塔架中心间隔开的位置。在这个阶段，由管道装载臂承载的管道节优选地适当离开管道铺设路径(施工线)。由管道装载臂承载的管柱然后能够围绕该臂摇摆到沿塔架中心的位置，即与塔架的相对侧等间距。

艉托架或类似结构可以设置在塔架下方。艉托架在离开塔架时可以控制管道的弯曲。艉托架是可以缩回的。

可倾斜机架的枢转轴线优选地在塔架的区域内。在如下所述的本发明的实施例中，枢转轴线位于较靠近塔架的第一机架的端部区域内。优选地，枢转轴线的位置是可以调整的以例如适应塔架的不同倾度和/或接受不同形状的大型制品。

在工作间的顶部上设置用于大型制品的可动支承组件本身就是特定并具有创造性的特征。因此，在第二方面中，本发明提供了一种管道铺设船，其包括：从船向上延伸的塔架；用于将管道节从甲板提升到与塔架对准的位置的管道装载臂；在塔架的下部部分的区域中的焊接装配站工作间；用于支承沿管道待被容纳大型制品的可动支承组件，该可动支承组件布置在工作间的顶部上。

通过在工作间的顶部上设置可动支承组件，采用所需的仅适度数量的其它设备再次促进了大型制品到管道内的流线型引入。

根据本发明的第三方面，提供了一种管道铺设船，其包括：从船向上延伸的塔架；用于将一节管道从甲板提升到与塔架对准的位置的管道装载臂，其中，绞索和绞车系统设置用于使管道装载臂运动以升起所述一节管道，绞索和绞车系统包括两个平行操作的绞索，由此在两个绞索中的一个不工作时装载臂的运动仍能够由系统执行。

装载臂的操作是管道铺设过程的关键部分，如果中断则可以阻止任何管道铺设。通过提供双绞索系统，显著提高了管道铺设的可靠性，其中在该双绞索系统中，即使一个绞索被切断，装载臂仍可以被操作，尽管可能以减速操作。

管道装载臂优选地在塔架的底部区域内围绕枢轴枢转地安装，用于允许装载臂在下部的基本上水平的位置与装载臂基本上平行于塔架的纵向轴线的提升位置之间枢转。

两个绞索优选地沿着相邻的路径。它们可以卷绕在相同的绞车鼓轮或由相同驱动装置驱动的相邻绞车鼓轮上。

每个绞索可以包括沿其长度的伸缩式元件。这种元件便于当两个绞索可操作时在正常操作期间平等地分担两个绞索之间的负载。

以上限定的任意种类的船均可以设计成在相当大的深度处以相应高的拉伸负荷操作。例如，船上的设备优选地能够处理1,000吨以上的管道拉伸负荷，更优选地1,500吨以上，以及优选地2,000吨的负荷。

根据本发明的第一方面，提供了一种由管道铺设船铺设管道的方法，该方法包括以下步骤：

提供具有向上延伸塔架的船，

将管道装载臂上的一节管道从船的甲板提升到与塔架对准的位置，

将所述一节管道焊接到从船上悬挂的管道的端部上，

将具有焊接到其上的所述一节管道的所述管道下放，

将要增加到管道上的大型制品放置到可倾斜机架上，

将机架倾斜到大致平行于塔架延伸的位置，

将用于大型制品的支承件从可倾斜机架输送至塔架中的一个或多个装置上，以及

将大型制品连接到从船上悬挂的管道上。

当可倾斜机架接收大型制品时优选地大致水平地延伸。

优选地在布置在塔架的下部部分区域中的焊接装配站工作间内执行将所述一节管道到管道的端部的焊接。在这种情况下，可倾斜机架优选地从上覆工作间的顶部的位置向大致平行于塔架延伸的位置倾斜。

该方法优选地还包括使工作间朝向塔架运动的步骤。工作间和支承组件优选一致地向塔架运动。更优选地，支承组件在第一步骤中朝向塔架和工作间运动，在后续步骤中与工作间一致地朝向塔架运动。

根据本发明的第二方面，提供了一种由管道铺设船铺设管道的方法，该方法包括以下步骤：

提供具有向上延伸塔架的船，

将管道装载臂上的一节管道从船的甲板提升到与塔架对准的位置，

将所述一节管道焊接到从船上悬挂的管道的端部上，在布置在塔架的下部部分区域中的焊接装配站工作间内执行焊接，

将具有焊接到其上的所述一节管道的管道下放，

将待增加到管道上的大型制品放置到布置在工作间的顶部上的可动支承组件上，

使可动支承组件朝向塔架运动，

将大型制品从可动支承组件输送到塔架内，以及

将大型制品连接到从船上悬挂的管道上。

根据本发明的第四方面，提供了一种管道铺设船，其包括：从船向上延伸的塔架；用于将一节管道从甲板提升到与塔架对准的位置的管道装载臂；安装用于沿塔架运动的前进夹持组件；位于塔架的下部部分区域内的固定夹持组件，其中，前进夹持组件和/或固定夹持组件包括摩擦夹钳和套管夹钳，摩擦夹钳和套管夹钳中的每一个都可以在操作位置与非操作位置之间运动，在操作位置中，摩擦夹钳和套管夹钳中的每一个都可以在夹紧和释放位置之间调整。

通过提供摩擦夹钳和套管夹钳，能够提供一种特别的多用途夹紧装置，其中摩擦夹钳和套管夹钳中的每一个均可以在操作位置与非操作位置之间运动。

优选地，摩擦夹钳和套管夹钳中的每一个都可以独立地在操作位置与非操作位置之间运动。这增加了夹紧装置的通用性。摩擦夹钳和套管夹钳优选地安装成在操作位置与非操作位置之间枢轴运动。

对于前进夹持组件由例如张紧装置取代的方案也在本发明的第四方面的范围内。在没有前进夹持组件的情况中，固定夹持组件包括摩擦夹钳和套管夹钳。

根据本发明的第五方面，提供了一种管道铺设船，其包括：从船向上延伸的塔架；用于将一节管道从甲板提升到与塔架对准的位置的管道装载臂；安装用于沿塔架运动的前进夹持组件，其中，前进夹持组件包括对整夹钳和管道张力承受夹钳。

使用中，前进夹持组件能够沿塔架降下以将管道下放到海里。

管道张力承受夹钳优选为摩擦夹钳，但可以采用其它形式，诸如，例如套管夹钳。类似地，对整夹钳优选为摩擦夹钳，但可以采用其它形式，诸如，例如套管夹钳。

对整夹钳可以安装在前进夹持组件上，用于在操作位置与非操作位置之间运动。该运动优选为枢转运动。

根据本发明的第六方面，提供了一种管道铺设船，其包括：从船向上延伸的塔架；用于将一节管道从甲板提升到与塔架对准的位置的管道装载臂；以及沿塔架间隔开的用于接收来自装载臂的所述管道节的三个或多个对整夹钳。

通过沿塔架提供三个对整夹钳，可以特别适当地对准要连接到管道上的管道节。

优选地，对整夹钳中的一个安装在前进夹持组件上，该前进夹持组件安装用于沿塔架运动。在这种情况下，一个对整夹钳的位置改变，但是在当一节管道在连接到管道上之前对准时的阶段，其在另一个对整夹钳之上位于塔架上的高位置中。该夹钳的高位置有助于对整用于内部对整夹钳的所述一节管道的顶部，该内部对整夹钳可以下降到管道内。优选地，对整夹钳在组件的顶部区域内和/或管道张力承受夹钳上方安装在前进夹持组件上。

优选地，安装在前进夹持组件上的对整夹钳在其被夹紧到管道上时能够支承管道节的张力负荷。

对整夹钳中的至少一个(优选地在安装在前进夹持组件上的对整夹钳下面的每个对整夹钳)包括围绕对整夹钳间隔开的辊子，用于允许管道节在夹钳被夹紧到管道上时相对于夹钳纵向地运动。

对整夹钳中的至少两个优选地能够在基本上垂直于塔架的平面内沿两个正交方向调整。这确保能够实现所要求的管道节在塔架内的横向定位。

以上限定的任意种类的船均可以设计成在相当大的深度处以相应高的拉伸负荷操作。例如，船上的设备优选地能够处理1,000吨以上的管道拉伸负荷，更优选地1,500吨以上，以及优选地2,000吨的负荷。

虽然以上已说明铺设管道的某些方法，但本发明还提供了一种由管道铺设船铺设管道的方法，其中，该船是本发明的以上任意方面限定的任意形式。

可以理解，本发明的每个方面都可以与本发明的其它方面的一个或多个的选定特征或全部特征相结合。实际上，在如下所述的本发明的实施例中，本发明的全部方面结合在一个船内。类似地，可以理解，仅在船的背景中说明的特征可以结合在本发明的方法的相应的特征中，反之亦然。

附图说明

现在将参照附图以举例方式说明本发明的实施例，在附图中：

图1是从左舷看的包括塔架的管道铺设船的艉部的侧视图；

图2是从左舷和艏端看的图1所示船的艉部的透视图；

图3是从右舷和艉端看的图1所示船的透视图，其中，未示出起重机和船的某些其它部件；

图4是从右舷和艏端看的其一部分在图1中示出的船的透视图，其中，未示出起重机和船的某些其它部件，装载臂示出在完全提升位置；

图5是从右舷和艏端看的塔架的装载臂和部件的透视图，其中装载臂示出在部分提升位置；

图6是从右舷和艏端看的用于提升和降下装载臂的绞车和滑轮系统的透视图；

图7是从左舷和艏端看的包括第一摩擦夹钳和第一对整夹钳两者的动滑车的透视图；

图8是从左舷和艏端看的第二对整夹钳和用于该夹钳的支架系统的透视图；

图9是从右舷和艏端看的比图8大的比例的第二对整夹钳的透视图；

图10是从右舷和艏端看的第三对整夹钳的透视图；

图11是从右舷和艉端看的安装在塔架上的包括第二摩擦夹钳和套管夹钳的下部夹持组件的透视图，其中，套管夹钳以缩回示出；

图12是从右舷和艉端看的下部夹持组件的透视图，其中，套管夹钳位于其操作位置；

图13是从右舷看的下部夹持组件的侧视图，其中，第二摩擦夹钳和套管夹钳两者均缩回；

图14是从左舷看的设置在船上的装配站的侧剖视图；

图15是装配站的局部俯视图；

图16是从艉部看的装配站的局部端视图；

图17是从左舷和艏端看的装配站的局部透视图；

图18是从右舷和艉端看的用于处理大型制品的装配站和搬运系统的透视图；

图19是示出用于将大型制品连接到管道上的方法的第一步骤的图解侧视图；

图20是示出该方法的第二步骤的图解侧视图；

图21是示出该方法的第三步骤的图解侧视图；

图22是示出该方法的再一步骤的图解侧视图；以及

图23是示出该方法的第五步骤的图解侧视图。

具体实施方式

首先参考图1，通常由参考数字1指示的管道铺设船是单体船，在单体船在其艉部处承载通常由参考数字2指示的管道铺设塔架。还如图1所示，在船的右舷上是通常由参考数字3指示的起重机。该船装备有推进系统，该推进系统可以包括动力定位系统。该船还包括适于管道铺设船的操作的许多其他设备，但是，以下说明中将主要限于对管道铺设装置，特别是该装置的特定特征进行说明。

还参考图2，管道铺设塔架2在中心位置枢转地安装在两个支架臂4P和4S上，用于围绕垂直于船的纵向轴线的水平轴线枢转运动，支架臂4P和4S在船1的艉部从主甲板向上并向后突出。在本发明的所示例子中，当塔架2以与水平面成大约45度角枢转时，如图2所示，以及当以更陡的角度枢转时，塔架2能够铺设管道，所述更陡的角度包括垂直和延伸到角度超过90度(例如96度)的位置，从而塔架的顶部向外突出到船的艉部以外。可以理解，塔架2用于管道的J-铺设。

船1能够铺设刚性管道，该刚性管道能够以直的管道节供给到船上。这种管道节可以由两节、三节或四节在船的甲板6上焊接在一起，以形成更长的管道节，该更长的管道节然后可以装载到塔架中以连接到要铺设的管道的端部。本身已知的该过程更详细地描述在例如US6524030中，通过参引的方式将US6524030的描述结合到此处。在那个特定实施例中，两节管道焊接在一起形成双接缝管柱，两个双接缝管柱随后焊接在一起形成四接缝管柱。在该说明书的附图中，示出为四接缝管柱，但其当然仅为几种可能布置中的一种。

塔架2一般包括由横梁7以一定间隔互连的一对箱形主梁5P、5S，如图3所示。塔架的倾度由一对梁8P和8S控制，梁8P和8S枢转地安装在甲板6上并从甲板6向上延伸分别穿过主梁5P和5S。主梁5P、5S由梁8P和8S通过齿轮齿条传动装置(未示出)上下驱动以使塔架2倾转。尽管塔架可以用于仅以与水平面成大约45度或更大的角度操作，但其能够通过梁8P和8S向下枢转至基本上的水平位置，以例如允许其与船分离或附连到船上。

塔架2包括装载臂9，装载臂9靠近主梁与支架臂4P的枢轴连接部枢转地连接到塔架2的主梁5P上。装载臂可以通过以下更详细地说明的绞索系统在例如图1所示的位置与图4所示的位置之间枢转，在图1所示的位置中，装载臂水平地位于甲板6上方，在图4所示的位置，装载臂横靠并定位在主梁5P的内部。在管道铺设期间，当装载臂位于其水平位置时，管柱10装载到装载臂上。在图5中能够看出，装载臂沿其长度设置有一系列液压操作夹钳11。所述夹钳安装成使它们能够围绕装载臂一致地旋转，以使管柱10能够被传送到安装用于沿塔架运动的夹钳上，以下将作更完整的说明。在装载臂9的下端设置有止动器12；止动器12提供用于管柱10的端部的支座并支承管柱10的大部分重量，从而夹钳11不必接受该负载。参照图5中的11A，在装载臂9的顶部处的夹钳能够沿臂的长度移动，从而装载臂9接合管柱10的顶部部分，以用于不同长度的管柱。装载臂可以接受单、双、三或四接缝管柱。

装载臂9通过绞车和绞索系统升起和降下，现在将参照图5和6对绞车和绞索系统作以说明。该系统实际上为双绞索系统，但为了清晰示出的目的，附图中仅示出一个绞索。该系统一般包括具有一对鼓轮15A、15B的绞车14，相应的绞索16围绕每个鼓轮15A、15B卷绕。每个绞索16穿过绞车15、越过主梁5P上的滑轮18、绕过装载臂9上的滑轮19、绕过主梁5P上的滑轮20、绕过装载臂9上的滑轮21、越过主梁5P上的滑轮22、绕过支承件17上的滑轮23、并回到塔架2上的固定装置，其中绞车15安装在支承件17(还用作横梁7之一)上，支承17固定到塔架2上，绞索固定到该固定装置上。沿绞索16的最后部分，在滑轮23之后设置有平衡器系统24。如上所述，实际上设有两个绞索16，该两个绞索沿着刚刚描述的路径围绕它们自身相应的滑轮穿过，平衡器系统24与该两个绞索连接。平衡器系统24的存在确保了每个绞索中的张力以本来已知的方式大致相同。

双绞索系统布置成即使其中一个绞索被切断，另一个绞索也能够继续升起和降下装载臂9，但是操作速度降低。

当装载臂9位于完全升起位置时，其通过一个或多个夹钳(未示出)保持在主梁5P上的位置内以使装载臂牢固地紧固到塔架2上。

沿塔架2升起到就位的管柱10由现在将要说明的塔架2上的对整夹钳系统接收。该系统一般包括动滑车30、第二对整夹钳35(图8和9)和第三对整夹钳36(图10)，动滑车30包括第一对整夹钳33和第一摩擦夹钳34(图7)。动滑车30具有横向延伸臂37，该横向延伸臂37可滑动地接合主梁5P、5S上的轨道，以安装用于沿塔架滑动的动滑车。动滑车30通过塔架中的绞索系统(未示出)沿塔架运动，该绞索系统以本来已知的方式连接到船的甲板6上的绞车38(图3)上。

当第一对整夹钳33安装用于沿塔架运动时，第二和第三对整夹钳沿塔架的位置固定：第二对整夹钳35在绞车14的区域内安装到支承件7上(图3)，第三对整夹钳36安装到塔架下部的支承件39(图4)上。

当管柱10容纳在塔架内时，动滑车30朝向例如图4所示的位置中的塔架的顶部定位。第一对整夹钳33枢转地安装到动滑车上，其能够在图7所示的缩回位置与操作位置之间围绕水平轴线枢转通过90度，在缩回位置中，夹钳布置在垂直平面内，在操作位置中，夹钳布置在水平面内。如图7所示，夹钳自身也具有图7所示的开启位置和关闭位置，在开启位置中，夹钳的卡爪40缩回到开启位置，在关闭位置中，卡爪40枢转通过大约90度角以通过夹钳关闭中心开口。

第一摩擦夹钳34(可以是本身已知的设计)安装在对整夹钳33下面的动滑车30上，并可以在图7所示的开启位置与关闭位置之间运动，在关闭位置中，夹钳中的垫片被向内按压以夹持保持在夹钳中的管柱。第一摩擦夹钳34在枢轴41处枢转地安装到动滑车上，并可以通过操作液压缸42从图7所示的操作位置缩回至缩回位置，液压缸42使得第一摩擦夹钳34枢转地安装在其上的支承件向后枢转，从而使第一摩擦夹钳34向后运动。第一摩擦夹钳34在内部还设置有一种本来已知类型的旋转机构，该旋转机构使得由其保持的管柱能够以±190度围绕其纵向轴线旋转。附图中未示出该旋转机构。

图8和9中所示的第二对整夹钳35承载在伸缩式支臂43上，伸缩式支臂43枢转安装在枢轴44上，用于围绕平行于塔架2的纵向轴线的轴线枢转运动。夹钳35的枢转运动由液压缸47控制。象对整夹钳33一样，夹钳35具有枢转地安装的卡爪45，卡爪45通过液压缸46可以在图8和9所示的关闭位置与开启位置之间运动。夹钳35与夹钳33的不同在于，夹钳35允许管柱10通过夹钳的纵向运动，出于这一目的，设置有多个成角度间隔开的辊子48，辊子48弹性地压靠管柱10但能够允许管柱10通过，管柱10包括，例如具有四个管道节的管柱(四管柱)的焊接接头。辊子48还可以远离管道铺设路径液压地缩回。

图10所示的第三对整夹钳36与第二对整夹钳35的结构类似，并且以相似方式操作。夹钳36承载在伸缩式支臂50上，该伸缩式支臂50以与第二对整夹钳35类似的方式枢转地安装在塔架上。夹钳36允许管柱10通过夹钳的纵向运动，出于这一目的，设置有多个成角度间隔开的辊子51，辊子51弹性地压靠管柱10但能够允许管柱10通过，管柱包括例如焊接接头。辊子51还可以远离管道铺设路径缩回。

除如上所述夹钳系统之外，塔架2在其下端处还设置有下部夹持组件60，该下部夹持组件60能够接合管道的上端，管柱10连接到该管道上。下部夹持组件60在支架臂4P和4S上的塔架2的枢转轴线以下在塔架的底部处安装到框架61上，如例如图1、3和11中所示。下部夹持组件包括套管夹钳62和第二摩擦夹钳63，每个夹钳可以离开管道铺设路径独立地缩回。这些夹钳中的每一个通常称为“固定夹钳”或“坐定夹钳”。

套管夹钳62支承在两个后腿64和两个前腿65上。后腿64枢转地安装在框架61的水平梁61A上，前腿65可拆卸地固定到框架61上。因此，随着前腿65的分离，套管夹钳能够缩回到图11和13所示的位置。设置有一对液压缸67以执行所述腿的枢转运动。套管夹钳62本身可以为本来已知的设计，并可以设置有在图11至13中示出处于开启位置的液压致动卡爪66。

第二摩擦夹钳63包括平台部68和从其上立起的夹钳部69。平台部68和夹钳部69两者均分为两个半部68P、68S和69P、69S，该拆分平面为包含船的纵向轴线的垂直面。夹钳63的拆分能力使得管道在即使夹钳63不缩回时也能够自由穿过第二摩擦夹钳，甚至允许大型制品穿过第二摩擦夹钳。第二摩擦夹钳63的夹钳部69可以为本来已知的设计，并可以包括例如通过液压压靠在管道上的摩擦垫。

第二摩擦夹钳63的平台部68在其后端处枢转地连接到水平梁61A上，并通过该梁和管道铺设路径的相对侧上的另一个梁61B被垂直地支承。一对液压缸70设置用于使平台部68并由此使整个第二摩擦夹钳63在图11和12所示的操作位置与图13所示的缩回位置之间枢转。在正常操作中，第二摩擦夹钳63位于其操作位置，套管夹钳62缩回，如图11所示。

安全夹钳(未示出)可以设置在平台部68内。这种夹钳可以用于在检测到管道通过下部夹持组件的任意滑移时夹持管道。因此，安全夹钳能够提供应急系统。

船设置有焊接装配站100，在焊接装配站100处执行管道组装操作。装配站100一般包括工作间101，工作间101通过轮子102滑动地安装到设置在甲板6上的轨道103上，例如，如图14和16所示。由此，工作间101能够在图14所示的操作位置与例如图2所示的缩回位置之间被驱动，在操作位置中，管道路径穿过工作间，在缩回位置中，工作间101离开管道路径。如附图中所示，工作间支承在机架104上，机架104用于将工作间的地板提升到一定水平，以使工作间内的用于管柱的底部与管道的顶部的接头(安装接头)的高度处于塔架2的在支架臂4P和4S上的枢转轴线的水平上。通过将该枢转轴线布置为穿过新管柱与现有管道的接头的位置，使得在塔架2的一定倾斜范围内操作变得更加容易。例如，虽然图14示出了塔架2垂直时管柱10连接到悬垂的管道P的顶部上，但是图17示出了塔架2以与水平面成45度角形成的连接点，并且能够看出该接头的位置仍在工作间内。

如图14至17所示，切除工作间的尾部端壁、箱顶的部分和工作间的地板以形成中央端槽105，在工作间从其缩回位置运动至其操作位置时，管道能够容纳在中央端槽105中。在工作间的箱顶内部安装有转盘106，转盘106承载用于将管柱10焊接到管道P上的设备。转盘可以为马蹄形以便于其围绕管道铺设路径的引入，并可以为如US6,313,426中所述的，通过参式的方式将US6,313,426的描述结合到此处。示意性地示出在图15和16中的桥式起重机108设置在工作间101的顶部内，并且在沿工作间的长度延伸的轨道107上运行。未示出的其它轨道也可以设置在工作间的地板上，从可以打开的工作间的尾部延伸至安装接头的位置的每一侧。

工作间的尾部端壁中的端槽105的部分和在工作间的箱顶和地板中的槽105的部分具有相关的闭合部件(未示出)，以使槽105能够在装配站在其缩回位置与操作位置之间运动之后关闭。因此，工作间除在使用时是防风雨的。

船还装备有搬运系统，用于在需要时使大型制品能够沿管道被容纳。有时需要铺设大型制品，例如阀组箱和PLEMs，所希望的是大型制品的铺设不会过度地破坏或延误管道铺设。用于搬运大型制品的搬运系统一般包括延伸机架110和倾斜机架111，例如，如图18所示。延伸机架110包括一对在它们的底端承载轮子的腿112，轮子接合轨道103，在轨道103上还安装有工作间101。延伸机架还包括一对朝向船的艉部水平地延伸的纵梁113，所述纵梁113在它们的艏端由腿112支承，并且在它们的艉端处承载接合在工作间101的箱顶上的轨道114的轮子。这样，延伸机架110能够沿船的甲板6运动，并可以与工作间101一致地运动，但是也可以独立于工作间101运动。

倾斜机架111安装在延伸机架110的上方，并在其艉端处在由参考数字116指示的位置处枢转地连接到延伸机架上。在优选的布置中，可以调整位置116以便于在不同的塔架角度上操作和/或用于不同形状的大型制品。设置一个或多个用于使倾斜机架111相对于延伸机架倾斜的液压缸(未示出)。如在图18中可以看出，倾斜机架的艉端结合上覆延伸机架110的开口端部的槽117。在图18中，延伸机架110和倾斜机架111显示为处于它们的相对于工作间101的最向前(朝向管道铺设路径前进)的位置，但在正常操作期间，当没有大型制品增加到管道上时，延伸机架110和倾斜机架111位于例如图14所示的位置。即使当塔架倾斜到45度角时，倾斜机架111中的槽117和延伸机架110的开口端也允许管柱10自由通过。

现在将说明在将一个管柱10增加到管道P上的周期内涉及的操作顺序，首先考虑一般操作周期的情况。此后将说明操作的特定周期，包括将大型制品增加到管道上的一个周期。

从装载臂9刚被升起到塔架2内并锁定在其上、管道P与添加到其上的新的管柱一起刚被降下、以及动滑车30位于下部夹持组件60上方的塔架2的底部处的位置开始说明一般操作周期。第二摩擦夹钳63关闭，从而保持管道P中的张力，套管夹钳62位于其缩回位置。在该阶段，工作间101已经远离塔架向前运动。

动滑车30首先升起到塔架2的顶部，夹钳11和装载臂9旋转以将新的管柱10装入到塔架2中的管道铺设路径(施工线)内。在塔架2的顶部是内部对整系统75，该内部对整系统75包括绞车和内部对整夹钳，内部对整夹钳以本来已知的方式下放到新管柱内部。

当动滑车沿塔架向上运动时，对整夹钳35和36位于远离施工线的缩回位置。动滑车一旦通过每个夹钳35、36，它们即配置在其操作位置中。当装载臂9上的夹钳11在装载臂9旋转时作圆形运动，新的管柱被引入到夹钳33、35和36内，然后夹钳33、35和36围绕新的管柱10关闭，此时夹钳33也位于其操作位置。对整夹钳33承受新管柱10的重量。然后夹钳11打开，从装载臂9释放新管柱。

然后工作间101朝塔架向后运动，管道P的顶部和新管柱10的底部容纳在工作间101内，通过槽105进入工作间，在工作间101达到其最终位置之后关闭槽。然后能够调整新管柱10的精确位置以使其准确地运动到焊接到管道P上所需的位置。管柱10沿塔架2的纵向位置能够通过动滑车的运动调整，管道相对于施工线的侧向位置能够由对整夹钳和内部对整夹钳在两个正交方向上调整。可以理解，对整夹钳35、36允许管柱10通过它们自由地纵向运动，但必要时能够施加适当的横向载荷以使管柱10变形并使其对齐。

一旦管柱10正确地定位，就将管柱10焊接到管道P上，并且还在接头上执行NDT和涂层步骤。然后升起内部对整夹钳，对整夹钳33打开然后缩回，在动滑车30上的第一摩擦夹钳34关闭以夹持管柱10的顶部。

管道路径(施工线)穿过支架臂4P、4S上的塔架2的枢转轴线，新管柱10与管道P之间的安装接头的位置位于上述轴线上。因此，安装接头的位置不随塔架的枢转而改变。

当第一摩擦夹钳34与管柱10的顶部完全接合时，第二摩擦夹钳63打开，因此管道然后从第一摩擦夹钳34上悬挂。然后，动滑车30下降，同时工作间101远离塔架向前运动，从而动滑车30能够通过主绞车38下降到安装接头的高度。当动滑车30下降时，每个对整夹钳35、36缩回以允许动滑车30通过。一旦动滑车到达管柱10的顶部在周期开始时位于管道P的顶部位置处的位置，动滑车30停止，第二摩擦夹钳63在管道P上关闭并承担管道的拉伸负荷。当第二摩擦夹钳63与管道P完全接合时，第一摩擦夹钳34打开，从而从动滑车释放负载。

装载臂9上的夹钳11打开之后(从而从装载臂9释放管柱10)，装载臂在主梁5P上的紧固被释放，并且绞车14被操作以将装载臂向下下放至其在甲板6上的水平位置。然后，新管柱10装载到装载臂上，由在循环开始时已旋转回到它们的位置的夹钳11保持，然后由绞车14升起装载臂，使其回到与主梁5P相邻的位置并紧固到其上。装载臂9的降下和升起与管柱与管道的焊接和管道的下降同时进行，从而一旦动滑车30已被降下新管柱就沿施工线旋转到位。

在如上所述的操作顺序中，采用第二摩擦夹钳63而非套管夹钳62。在可选择的方法中，第二摩擦夹钳63缩回，套管夹钳62枢转到其操作位置内。然后，套管夹钳62与上述操作顺序中的第二摩擦夹钳63同时地打开和关闭。可以理解，套管夹钳62通过接合形成在管道P上的套环的下侧保持管道P，当采用套管夹钳62时，每个新管柱10在适当的位置设置有用于与套管夹钳62接合的套环。

如上所述类型的船能够设计成接受非常高的管道拉伸载荷，从而使其能够在非常深的水下操作。例如，船可以能够在接受1,000吨以上的塔架中的拉伸负荷时铺设管道。第二摩擦夹钳63和/或套管夹钳62也可以能够接受1,500吨以上的拉伸负荷(在优选实施例中为2,000吨)，动滑车和第一摩擦夹钳34在操作期间也可以能够接受1,000吨以上的拉伸负荷(在优选实施例中为1,500吨)。

如果在塔架2相对于水平面处于大于90度角的情况下操作船，那么可能有必要提供辅助设施以控制装载臂9的运动超过90度角。这种设施例如可以由辅助绞车提供，仅需该辅助绞车处理在垂直位置的区域内控制装载臂9的运动所需的低负载。

对于管道铺设船已知的是，该船还装备有适当的设备以使管道P能够从船上抛弃以及收回到船上。

如果要把大型制品添加到管道P上，则不采用装载臂9来装载大型制品，相代替的是，以参照图19至23将要说明的方式使用包括延伸机架110和倾斜机架111的搬运系统。

在工作间101位于其离开塔架2的前进位置以及延伸机架110位于其如图19所示的前进位置时，在该例子中包括结合有所示为盒状的大型制品122的四管柱121的大型制品组件120由起重机(例如起重机3)装载到延伸机架110上，将各部件保持在图20所示的位置。

然后，随着腿112上的轮子沿轨道103前进以及延伸机架110的梁113的艉端上的轮子沿工作间101的箱顶上的轨道114前进，延伸机架110(以及因此倾斜机架111和大型制品组件120)向尾部运动至图21所示的位置。这使得各部件进入图21所示的位置内。然后延伸机架110固定在工作间101上。

然后，工作间与延伸机架110、倾斜机架111和大型制品组件120一起向尾部运动至图22所示的位置。此外，大型制品组件120沿延伸机架110滑动以放置在倾斜机架111上并固定在其上。能够从图22中看出，工作间101足够远地向尾部运动，以使枢轴位置116靠近塔架2中的管道铺设路径。

然后，倾斜机架111利用液压缸在枢轴位置116处围绕延伸机架110倾斜，直到倾斜机架111平行于塔架2延伸。在该位置中，管柱121沿塔架2中的正常管柱路径布置，管柱121可以由对整夹钳33、35和36以与管柱10基本上相同的方式接合。此外，大型制品122可以接合塔架2的主梁5P、5S上的轨道。

一旦管柱121牢固地保持在塔架2内，就释放了对倾斜机架111的固定，倾斜机架返回其在延伸机架110上的水平位置。然后，必要时工作间101可以进一步向尾部运动，大型制品沿塔架下降一短距离以使大型制品组件120与管道之间的安装接头达到在工作间101内的通常位置。一旦完成与形成安装接头有关的各种操作，工作间能够向船艏缩回，管柱121可以由动滑车30上的第一摩擦夹钳34接合，对整夹钳33、35和36可以打开并缩回，第二摩擦夹钳63可以被释放并分成两个半部，管道与现在限定其上端的大型制品组件120通过动滑车30下降至形成安装接头的高度处的动滑车30的正常下部位置。然后，第二摩擦夹钳63可以返回其正常的整体位置，并操作以夹持管柱121的上端，大型制品122现在离开夹钳63配置在水中。

大型制品搬运系统的操作的以上说明已经描述为用于塔架2相对于水平面以大约45度角倾斜的情况，但可以理解，该操作能够以相同的方式执行用于塔架2的更陡角度，包括塔架垂直的情况。

在以上直接说明的过程中，大型制品组件120首先朝向延伸机架110的艏端设置，然后滑动到倾斜机架111上。一种可选择的可能性是开始就将组件120放置在其在倾斜机架111上的最终位置内。

虽然以上已参照附图说明了船的一种特定形式，应该理解到，可以对其做出许多变化，以下描述这些变化中的一些。

在所述实施例中，动滑车30设置用于将管道P下放到水中，但可以理解，也可以采用其它系统，例如利用张紧装置。还在所述实施例中，装载臂9枢转地安装在塔架底部的区域内，但是可选择的布置是使装载臂9为定位板的形式，并且当臂水平地沿塔架向上升起时装载臂的端部更靠近塔架。此外，在所述实施例中，塔架能够在一定角度范围内操作，但是塔架还可能被例如固定在垂直位置。在图3和4中，塔架2显示为在其底部处具有艉托架80，这是一种选择(通常为优选的)。艉托架80的结构可以为本来已知的类型。

在上述说明中，描述了已知的、明显的或可以预见的等同物的整体或元件，然后，这些等同物在此结合，如同单独地限定。应当参考权利要求书以确定本发明的真实范围，权利要求书应当解释为包括任意这些等同物。读者还可以理解，作为优选的、有利的、方便的或类似说明的本发明的整体或特征是可选择的，并不限制独立权利要求的保护范围。

Claims (32)

1.一种管道铺设船，包括：从所述船向上延伸的塔架；用于将一节管道从甲板上提升到与所述塔架对准的位置的管道装载臂；用于支承沿所述管道待被容纳的大型制品的支承组件，所述支承组件包括能够在第一负载接收位置与第二倾斜位置之间枢转的可倾斜机架，在所述第二倾斜位置，所述机架近似平行于所述塔架延伸；以及驱动装置，所述驱动装置用于使所述可倾斜机架在其第一和第二位置之间枢转，其中，所述船还包括在所述塔架的下部部分区域中的焊接装配站工作间，所述支承组件布置在所述工作间的顶部上。

2.根据权利要求1所述的船，其中，当所述可倾斜机架位于所述第一负载接收位置时近似水平地延伸。

3.根据权利要求1或2所述的船，其中，所述支承组件是可动支承组件，所述可倾斜机架枢转地安装在该可动支承组件上。

4.根据权利要求3所述的船，其中，所述可动支承组件能够朝向和远离所述塔架运动。

5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的船，其中，所述支承组件的至少一部分放置在所述工作间上并由所述工作间支承。

6.根据权利要求3所述的船，其中，所述工作间能够朝向和远离所述塔架运动。

7.根据权利要求1或2所述的船，其中，所述工作间能够朝向和远离所述塔架运动。

8.根据权利要求6所述的船，其中，所述可动支承组件能够与所述工作间一致地运动。

9.根据权利要求6所述的船，其中，所述可动支承组件能够独立于所述工作间运动。

10.根据权利要求6所述的船，其中，所述工作间和所述可动支承组件至少部分地安装在共用轨道组上。

11.根据权利要求6所述的船，其中，所述可动支承组件至少部分地安装在位于所述工作间的箱顶上的一组轨道上。

12.根据权利要求6所述的船，其中，所述可动支承组件包括第一机架，所述可倾斜机架限定第二机架，所述第二机架枢转地安装在所述第一机架上并能够在所述第一负载接收位置与所述第二倾斜位置之间枢转。

13.根据权利要求1所述的船，其中，所述塔架枢转地安装并且能够在相对于水平面的一定范围角度内操作。

14.根据权利要求1所述的船，其中，前进夹持组件安装用于沿所述塔架运动，固定夹持组件位于所述塔架的下部部分的区域内。

15.根据权利要求14所述的船，其中，所述前进夹持组件和/或所述固定夹持组件包括摩擦夹钳和套管夹钳，所述摩擦夹钳和所述套管夹钳中的每一个能够在操作位置与非操作位置之间运动，在所述操作位置中，所述摩擦夹钳和套管夹钳中的每一个能够在夹紧和释放位置之间调整。

16.根据权利要求14或15所述的船，其中，所述前进夹持组件包括对整夹钳和管道张力承受夹钳。

17.根据权利要求1所述的船，包括沿所述塔架间隔开的用于接收来自所述装载臂的所述一节管道的三个或更多个对整夹钳。

18.根据权利要求1所述的船，其中，绞索和绞车系统设置用于使所述管道装载臂运动以升起所述一节管道，所述绞索和绞车系统包括两个平行操作的绞索，由此在所述两个绞索中的一个不工作的情况下所述装载臂的运动仍能够由所述绞索和绞车系统执行。

19.根据权利要求1所述的船，其中，所述可倾斜机架的枢转轴线位于所述塔架的区域内。

20.一种管道铺设船，包括：从所述船向上延伸的塔架；用于将一节管道从甲板上提升到与所述塔架对准的位置的管道装载臂；位于所述塔架的下部部分的区域中的焊接装配站工作间；用于支承沿所述管道待被容纳的大型制品的可动支承组件，所述可动支承组件布置在所述工作间的顶部上。

21.一种管道铺设船，包括：从所述船向上延伸的塔架；用于将一节管道从甲板上提升到与所述塔架对准的位置的管道装载臂，其中，绞索和绞车系统设置用于使所述管道装载臂运动以升起所述一节管道，所述绞索和绞车系统包括两个平行操作的绞索，由此在所述两个绞索中的一个不工作的情况下所述装载臂的运动仍能够由所述绞索和绞车系统执行。

22.根据权利要求21所述的船，其中，所述管道装载臂在所述塔架的底部区域内围绕枢轴枢转地安装，用于允许所述装载臂在基本上水平的下部位置与所述装载臂基本上平行于所述塔架的纵向轴线的提升位置之间枢转。

23.根据权利要求21或22所述的船，其中，所述两个绞索沿着相邻的路径。

24.根据权利要求21或22所述的船，其中，所述两个绞索卷绕在相同的绞车鼓轮上或由相同的驱动装置驱动的相邻的绞车鼓轮上。

25.一种由管道铺设船铺设管道的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有向上延伸塔架的船，

将管道装载臂上的一节管道从所述船的甲板上提升到与所述塔架对准的位置，

将所述一节管道焊接到从所述船上悬挂的管道的端部上，

将具有焊接到其上的所述一节管道的所述管道下放，

将待添加到所述管道上的大型制品放置到可倾斜机架上，

将所述机架倾斜到近似平行于所述塔架延伸的位置，

将用于所述大型制品的支承件从可倾斜机架输送至所述塔架中的一个或多个装置上，以及

将所述大型制品连接到从所述船上悬挂的所述管道上，以及

其中，在布置在所述塔架的下部部分的区域中的焊接装配站工作间内执行所述一节管道到所述管道的端部的所述焊接。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，当所述可倾斜机架接收所述大型制品时，所述可倾斜机架近似水平地延伸。

27.根据权利要求25或26所述的方法，其中，所述可倾斜机架从上覆所述工作间的顶部的位置向近似平行于所述塔架延伸的位置倾斜。

28.根据权利要求25或26所述的方法，还包括使所述工作间朝向所述塔架运动的步骤。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述工作间和所述可倾斜机架一致地朝向所述塔架运动。

30.根据权利要求25或26所述的方法，其中，所述大型制品放置在包括所述可倾斜机架的可动支承组件上，所述可动支承组件在第一步骤中朝向所述塔架和所述工作间运动，并且在后续步骤中与所述工作间一致地朝向所述塔架运动。

31.一种由管道铺设船铺设管道的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有向上延伸塔架的船，

将管道装载臂上的一节管道从所述船的甲板提升到与所述塔架对准的位置，

将所述一节管道焊接到从所述船上悬挂的管道的端部上，在布置在所述塔架的下部部分的区域中的焊接装配站工作间内执行所述焊接，

将具有焊接到其上的所述一节管道的所述管道下放，

将待添加到所述管道上的大型制品放置到布置在所述工作间的顶部上的可动支承组件上，

使所述可动支承组件朝向所述塔架运动，

将所述大型制品从所述可动支承组件输送到所述塔架内，以及

将所述大型制品连接到从所述船上悬挂的所述管道上。

32.一种由管道铺设船铺设管道的方法，其中，所述船是权利要求1至24中任一项所述的船。

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