CN105333226A

CN105333226A - 深水j型铺管船的铺设装置

Info

Publication number: CN105333226A
Application number: CN201510828648.2A
Authority: CN
Inventors: 钟文军; 康庄; 何宁; 宋儒鑫; 杨伟
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; Harbin Engineering University; Offshore Oil Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; Harbin Engineering University; Offshore Oil Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2016-02-17

Abstract

一种深水J型铺管船的铺设装置，包括：一J型塔、设置在J型塔底部的J型塔角度调节装置、设置在J型塔、甲板上的J型铺设管道传送装置、设置在J型塔上的J型铺设设备，其中，J型塔角度调节装置包括：对称设置在J型塔底部周围的A字架、枢接在A字架上的液压缸、安装在液压缸上的角度调节器；J型铺设管道传送装置包括：固定在船体甲板上的水平传送装置、固定在船体甲板上的装载臂、安装在J型塔上的管线电梯、安装在J型塔上的转动臂、垂向滚轮；J型铺设设备包括：安装在J型塔下部的张紧器、外部对中器、焊接站。本发明实现焊接与涂层作业同时进行，不仅大大提高了深水海底管道的铺设效率，降低了深水海底管道的铺设成本；还优化J型铺管船的设置，简化了J型铺管船的铺管工艺。

Description

深水J型铺管船的铺设装置

技术领域

本发明涉海底管道铺设，尤其涉及一种深水J型铺管船的铺设装置。属于海洋石油工程领域。

背景技术

近年来，随着海洋油气开发不断向深海迈进，作为深水及超深水海底管道铺设的主要方式的J型铺管方法，得到越来越广泛的应用。但随着J型铺管方法的逐年增加，其暴露出的问题也越来越多。

如何提高J型铺管速度、降低J型铺管成本，主要取决于预制管道的长度、焊接、无损检测和涂层的速度。与此同时，如何使海底管道终端(PLET)、海底管道管汇(PLEM)等水下生产设施的下放变得更加简单易行，也是目前一个亟待解决的难题。

目前，J型铺管船大体分为轻型和重型两类，其中，轻型J型铺管船一般采用两种铺设方式：一种是：将两段二节点管同时处于J型塔上进行铺设作业；另一种是：将单根四节点管道处于J型塔上进行铺设作业。由于受铺设相关设备的限制，浅水J型铺管船大部分都是针对小管径柔性管道进行铺设。

而重型J型铺管船无论是铺设管径范围和铺设水深、还是起重吊运能力和铺设能力上，都比轻型J型铺管船有明显增加。其中，意大利的Saipem7000号铺管船采用的铺设方式是：将两段四节点管同时处于J型塔上进行铺设作业，此种铺管方式选用的是：由张紧器提供管道张力，其有着较强的铺管能力。但是，由于此种铺管方式的角度只能向单侧旋转20度，范围相对较小，而且，不具有安装管道终端海底管道终端(PLET)、海底管道管汇(PLEM)的能力；且由于其无损检测站位于塔架的下端，距离焊接站较远，当无损检测结果不满足要求时，需要浪费较多的时间进行修复处理。而美国的DVCBalde号铺管船的铺设方式是：由管领提供管道张力，虽然，具有安装海底管道终端(PLET)、海底管道管汇(PLEM)的能力，但是，其一般是：将单根四节点管道处于J型塔上进行铺设作业或是将：单根六节点管道处于J型塔上进行铺设作业。由于此两种铺设方式对管领的材料及制造工艺要求极高，价格昂贵，因此，不仅铺设费用较高，而且，受管段的长度的限制，铺设速度较低。

综上所述，现有的重型J型铺管船铺设方式，其所存在的问题是深水海底管道铺设中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种深水J型铺管船的铺设装置，其不仅实现焊接与涂层作业同时进行，大大提高了深水海底管道的铺设效率，降低了深水海底管道的铺设成本；而且，还优化J型铺管船的设置，简化了J型铺管船的铺管工艺，使深水海底管道铺管过程中的海底管道终端(PLET)、海底管道管汇(PLEM)等一些关键设备的安装变得简单易行，大大提高了J型铺管船对深水海底管道的铺设能力；同时，实现J型铺管船J型塔角度在70°到110°之间平稳的调节，能够满足不同水深和管径的铺设要求，减小了管段顶端的受力，保证了J型铺管船铺管作业的顺利进行。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：包括：一J型塔、设置在J型塔底部的J型塔角度调节装置、设置在J型塔、甲板上的J型铺设管道传送装置、设置在J型塔上的J型铺设设备，其中，J型塔角度调节装置包括：对称设置在J型塔底部周围的A字架、枢接在A字架上的液压缸、安装在液压缸上的角度调节器；J型铺设管道传送装置包括：固定在船体甲板上的水平传送装置、固定在船体甲板上的装载臂、安装在J型塔上的管线电梯、安装在J型塔上的转动臂、垂向滚轮；J型铺设设备包括：安装在J型塔下部的张紧器、外部对中器、焊接站。

所述J型塔为：稳定的桁架结构，在桁架结构下部四周设置为封闭的箱体结构；J型塔的下端设有悬挂平台，在海底管道与海底管道终端连接时，能够用来夹持海底管道；J型塔的中部两端设有角度调节器的连接轴，J型塔的底端和铺管船甲板铰接，便于J型塔的旋转。

所述A字架的主体是A形框架结构，内壁布置有加强材，用来支撑固定角度调节器和液压缸。

所述角度调节器的上部为桁架结构，角度调节器的顶端与设在J型塔上的连接轴连接，角度调节器能够绕连接轴旋转；角度调节器的下部为箱形结构，两侧留有数个卡孔，用来与设在液压缸上的卡夹连接。

所述液压缸是角度调节器与A字架之间的连接构件，液压缸的底座与A字架相连；液压缸上设有数个卡夹，且卡夹位于液压缸的中部，用来控制角度调节器与A字架之间的相对位置和角度。

所述装载臂上设有液压夹具，用于夹紧待铺设的管段，装载臂的两侧设有吊耳，吊耳与绞车的钢索连接，通过绞车钢索的收放，实现装载臂平稳的旋转；装载臂的下端铰接在船体的甲板上，用以将管段从水平旋转至竖直位置。

所述管线电梯上设有液压夹具，用于夹持待铺设的管段，管线电梯的上、下两端设有的吊耳，将吊耳与绞车钢索连接，钢索上端用于提供张力，钢索下端用于控制管线电梯的稳定，通过两端钢索的共同作用，实现管线电梯沿着轨道稳定的上、下滑动。

所述转动臂是在液压马达的作用下，绕着两个链接转轴旋转，用以实现管段从J型塔的上部传送至J型塔内的垂向滚轮和外部对中器的夹具内。所述张紧器布置有数个，其中，一个张紧能力较小的布置在焊接站上方，外部对中器工作平台下方，张紧能力较大的数个张紧器的安装在焊接站下方，用来固定已经铺设入水的海底管道，以便完成上、下两段海底管道的焊接以及无损检测；在焊接和无损检测完成之后，数个张紧器共同作用，将海底管道下放至J型塔底端的涂层站；海底管道入水后，张紧能力较大的张紧器提供顶部张力。

本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其能够使两段4节点管同时处于J型塔上进行铺设作业，不仅实现焊接与涂层作业同时进行，大大提高了深水海底管道的铺设效率，降低了深水海底管道的铺设成本；而且，其优化J型铺管船的设置，简化了J型铺管船的铺管工艺，使深水海底管道铺管过程中的海底管道终端(PLET)、海底管道管汇(PLEM)等一些关键设备的安装变得简单易行，大大提高了J型铺管船对深水海底管道的铺设能力；同时，实现J型铺管船J型塔角度在70°到110°之间平稳的调节，能够满足不同水深和管径的铺设要求，减小了管段顶端的受力，保证了J型铺管船铺管作业的顺利进行。

附图说明

图1为本发明结构主视示意图。

图2为本发明结构侧视示意图。

图中主要标号说明：

1.J型塔、2.A字架、3.角度调节器、4.液压缸、5.平传送装置、6.装载臂、7.管线电梯、8.转动臂、9.垂向滚轮、10.张紧器、11.外部对中器、12.焊接站、13.连接轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方案进行详细说明：

如图1所示，本发明包括：一J型塔1、采用螺栓连接方式设置在J型塔1底部的J型塔角度调节装置、采用螺栓连接方式分别设置在J型塔1、甲板上的上的J型铺设管道传送装置、J型铺设设备，其中，J型塔角度调节装置包括：采用螺栓连接方式对称设置在J型塔1底部周围的A字架2、采用铰接连接方式枢接在A字架2上的液压缸4、采用卡夹连接方式安装在液压缸4上的角度调节器3；J型铺设管道传送装置包括：采用螺栓连接方式固定在船体甲板上的水平传送装置5、采用螺栓连接方式固定在船体甲板上的装载臂6、安装在J型塔1上的管线电梯7、安装在J型塔1上的转动臂8、垂向滚轮9；J型铺设设备包括：安装在J型塔1下部的张紧器10、外部对中器11、焊接站12。

上述J型塔1为：稳定的桁架结构，既可以满足强度要求，又能减轻结构的重量，其主要作用是支撑和固定J型铺设的相关设备；在桁架结构下部四周使用钢板焊接成封闭的箱体结构，既可以降低J型塔1的重心，又增加稳定性，同时，还可以作为设备间，用于存放电力设备、液压设备等。

J型塔1的下端设有悬挂平台，在海底管道与海底管道终端(PLET)连接时，可以用来夹持海底管道；J型塔1的中部两端设有角度调节器3的连接轴13，J型塔1的底端和铺管船甲板采用铰接的连接方式，便于J型塔1的旋转。J型塔1的高度为：120米，可以满足两段四节点管同时位于其上。

上述的A字架2的主体是由钢板焊接而成的A形框架结构，内壁布置足够的加强材，用来支撑固定角度调节器3和液压缸4。

上述的角度调节器3的上部设计为桁架结构，角度调节器3的顶端与设在J型塔1上的连接轴13连接，可以绕其旋转；角度调节器的下部设计为箱形结构，两侧留有数个等间距等尺寸的长方形卡孔，用来与设在液压缸4上的卡夹连接。

上述的液压缸4是角度调节器3与A字架2之间的连接构件，液压缸4的底座与A字架2相连；液压缸4上设有两对卡夹，且该卡夹位于液压缸4的中部，用来控制角度调节器3与A字架2之间的相对位置和角度。

上述的装载臂6主体结构是由钢板焊接而成，内部布置足够的加强材；其上设有液压夹具，用于夹紧待铺设的管段，装载臂6的两侧设有吊耳，吊耳与绞车的钢索连接，通过绞车钢索的收放，实现装载臂6平稳的旋转；装载臂6的下端铰接在船体的甲板上，其作用是：将管段从水平旋转至竖直位置。

上述的管线电梯7的作用是：将管段从J型塔1的下部传送到J型塔1的上部指定的位置。管线电梯7的主体结构由钢板焊接而成，内部布置足够的加强材，其上设有液压夹具，用于夹持待铺设的管段，管线电梯7的上、下两端设有的吊耳，将吊耳与绞车钢索连接，钢索上端主要用于提供张力，钢索下端的主要作用是：控制管线电梯7的稳定，通过两端钢索的共同作用，实现管线电梯7沿着轨道稳定的上、下滑动。

在液压马达的作用下，转动臂8绕着两个链接转轴旋转，实现管段从J型塔1的上部传送至J型塔内的垂向滚轮9和外部对中器11的夹具内。

上述的垂向滚轮9主要起到辅助管段下放和侧向控制的作用，以防止管段上端在下放过程中弯曲变形。

上述的外部对中器11的作用是：辅助管段下放和待焊接管段的初步对中。上述张紧器10共布置四个，其中，一个张紧能力较小的布置在焊接站12上方，外部对中器11工作平台下方，其余三个张紧能力的较大张紧器10安装在焊接站12下方，用来固定已经铺设入水的海底管道，以便完成上、下两段海底管道的焊接以及无损检测；在焊接和无损检测完成之后，几个张紧器10共同作用，将海底管道下放至J型塔1底端的涂层站。海底管道入水后，张紧能力较大的的张紧器10起到提供顶部张力的作用。

上述的焊接站12内包含焊接和无损检测设备，完成两端管线焊接后，可以立刻对接口进行无损检测。

本发明的工作原理：

在管道开始铺设之前，可以根据不同的海况，通过调节J型塔1的角度满足铺设管道曲率的要求，进而减小铺设管道顶端的受力，以保证铺管作业的顺利进行。角度调节时，在A字架2的支撑下，通过改变液压卡夹夹持的卡孔，实现对角度调节器3的前、后移动。在角度调节器3移动的同时，位于J型塔1顶端与连接轴13的连接处，以及液压缸4与A字架2连接处发生相对转动，进而改变J型塔1的相对角度。

J型铺设所需要的管段，首先在陆地上加工好，然后，通过运输船运送到铺管船附近，由铺管船上的起重机将加工好的管段吊至管段储存区。管道铺设过程中，通过铺管船上的吊机将待铺设管道吊运至水平传送系统5，此时装载臂6处于水平状态，且位于其上的液压夹具与水平传送装置5的水平滚轮处于同一水平线上，由水平滚轮将待铺设的管段送至装载臂6的夹具内夹紧夹具，再通过装载臂6上的连接绞车钢索的收放，完成装载臂6由水平至竖直方向的转动。

当转载臂6处于竖直状态后，管线电梯7沿着轨道下放，到达合适位置后(待铺设管段的中间位置)，位于其上的夹具夹紧由装载臂6夹持的管道，松开装载臂6上的夹具，管线电梯7顶端的绞车钢索的逐渐收缩，管线电梯7沿着轨道慢慢上升，到达指定位置后，绞车停止收缩，管段完成了由J型塔底端到上端的传送。

管线电梯7停止运动后，转动臂8在液压马达驱动下，绕着两个转轴使夹具旋转到管段处，夹紧管段，释放管线电梯7的夹具，再通过旋转将管段运送至J型塔1中间内部的垂向滚轮9和外部对中器11的夹具内，夹紧垂向滚轮9和外部对中器11的夹具，松开转动臂8的夹具，并将转动臂8旋转至J型塔1的外侧。

调节外部对中器11的位置，对管段进行初步对中，初步对中完成后，管段在外部对中器11的夹具的夹持下，借助垂向滚轮9的协助，将管段下放至外部对中器11的工作平台下方的张紧器10处，铺设的第一段管段时，通过设置在焊接站12上方的一个张紧器10直接将管段运送至设置在焊接站12下方的三个张紧器10内，并由焊接站12下方的三个张紧器10继续下放，直到管段的顶端处于焊接站12内。此时，管段的下方刚好处于J型塔1的底端，借助临时焊接装置，将已经连接一段管的终端(PLET)与管段底端焊接，并进行检测和涂层。此时，第二根管段已经被运送至J型塔1的顶端，通过外部对中器11和设置在焊接站12上方的一个张紧器10逐渐将管段运送到焊接站12内。随后，放下内部对中器，通过内外对中器以及张紧器10的协同作用，完成精确对中，最后，夹紧上端张紧器10，固定管段的位置。

对完成对中的管段进行焊接，随后进行无损检测，若检测结果满足要求，则通过张紧器10将管道下放，当管段顶端到达焊接站12内，停止下放，此时，刚刚完成焊接的接口刚好到达位于J型塔1底部的涂层站处，对接口进行涂层处理，同时，焊接站12处对上端的管段进行焊接和无损检测，待工作都完成后，继续下放焊接好的管道。通过管段不停的传送和连接，实现了管道的连续铺设。

待管道铺设完成后，位于J型塔1底端的悬挂平台将管道夹住，随后，将终端(PLET)与管道的末端连接，并通过绞车将其下放到海底。

上述张紧器、焊接站、管线电梯、吊耳、绞车钢索、液压马达、液压缸、液压夹具为现有技术，未作说明的技术为现有技术，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：包括：一J型塔、设置在J型塔底部的J型塔角度调节装置、设置在J型塔、甲板上的J型铺设管道传送装置、设置在J型塔上的J型铺设设备，其中，J型塔角度调节装置包括：对称设置在J型塔底部周围的A字架、枢接在A字架上的液压缸、安装在液压缸上的角度调节器；J型铺设管道传送装置包括：固定在船体甲板上的水平传送装置、固定在船体甲板上的装载臂、安装在J型塔上的管线电梯、安装在J型塔上的转动臂、垂向滚轮；J型铺设设备包括：安装在J型塔下部的张紧器、外部对中器、焊接站。

2.根据权利要求1所述的深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：所述J型塔为：稳定的桁架结构，在桁架结构下部四周设置为封闭的箱体结构；J型塔的下端设有悬挂平台，在海底管道与海底管道终端连接时，能够用来夹持海底管道；J型塔的中部两端设有角度调节器的连接轴，J型塔的底端和铺管船甲板铰接，便于J型塔的旋转。

3.根据权利要求1所述的深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：所述A字架的主体是A形框架结构，内壁布置有加强材，用来支撑固定角度调节器和液压缸。

4.根据权利要求1所述的深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：所述角度调节器的上部为桁架结构，角度调节器的顶端与设在J型塔上的连接轴连接，角度调节器能够绕连接轴旋转；角度调节器的下部为箱形结构，两侧留有数个卡孔，用来与设在液压缸上的卡夹连接。

5.根据权利要求1所述的深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：所述液压缸是角度调节器与A字架之间的连接构件，液压缸的底座与A字架相连；液压缸上设有数个卡夹，且卡夹位于液压缸的中部，用来控制角度调节器与A字架之间的相对位置和角度。

6.根据权利要求1所述的深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：所述装载臂上设有液压夹具，用于夹紧待铺设的管段，装载臂的两侧设有吊耳，吊耳与绞车的钢索连接，通过绞车钢索的收放，实现装载臂平稳的旋转；装载臂的下端铰接在船体的甲板上，用以将管段从水平旋转至竖直位置。

7.根据权利要求1所述的深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：所述管线电梯上设有液压夹具，用于夹持待铺设的管段，管线电梯的上、下两端设有的吊耳，将吊耳与绞车钢索连接，钢索上端用于提供张力，钢索下端用于控制管线电梯的稳定，通过两端钢索的共同作用，实现管线电梯沿着轨道稳定的上、下滑动。

8.根据权利要求1所述的深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：所述转动臂是在液压马达的作用下，绕着两个链接转轴旋转，用以实现管段从J型塔的上部传送至J型塔内的垂向滚轮和外部对中器的夹具内。

9.根据权利要求1所述的深水J型铺管船的铺设装置，其特征在于：所述张紧器布置有数个，其中，一个张紧能力较小的布置在焊接站上方，外部对中器工作平台下方，张紧能力较大的数个张紧器的安装在焊接站下方，用来固定已经铺设入水的海底管道，以便完成上、下两段海底管道的焊接以及无损检测；在焊接和无损检测完成之后，数个张紧器共同作用，将海底管道下放至J型塔底端的涂层站；海底管道入水后，张紧能力较大的张紧器提供顶部张力。