CN105752861A - 利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法，属于海洋工程技术领域。本方法利用多个浮力块运载减轻水下重量，实现单索吊装重量远超其额定拉力的水下设施，同时大幅降低了对主装吊架起重能力和升沉补偿器补偿能力的要求，并利用吊装索搭建回收引导索即吊导两用索，渐次回收施工用浮力块，避免单体浮力块过大对释放操作力及回收引导索抗力的要求。本发明颠覆性突破目前深海组块安装重量的上限，对水下大型设施建设具有重要意义，解决深海水下重型设施安装难题。

Description

利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域，具体是一种利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法。

背景技术

受到浮吊起吊能力和容绳量的限制，目前深海海底安装单体的最大重量不超过数百吨，尚无单体自重千吨以上的结构在300m以上海域水下安装先例。海上大型浮吊尽管最大起吊能力达到上万吨，但通常有效升降变化范围与起重臂高度相近，也有作业者为了进行深海安装，对主装吊架进行临时改装增大绞车容绳量、减少穿绳滑轮，这同时也大大降低了可安装单体的最大重量。

目前深海主流水下设施安装主要采用绳索直接吊装法、钻杆吊装法、滑轮吊装法、摆式安装法等，深海安装重量均不超过1000吨。

国内公开了深海海底储罐安装装备及方法（申请号2012100274318）适合安装深海罐状结构，主要采用轻质液体辅助，通用性不足；一种浮力可调式水下设备辅助安装装置及安装方法（申请号2014100482517）利用了深海浮力材料，安装重量还难以大幅提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法，以突破现有技术安装重量的上限，解决深海水下重型设施安装难题。

本发明的技术解决方案：

利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法，提及的设备和组件包括：主装吊架1、收放绞车2、升沉补偿器3、吊导两用索4、深海浮力块5、浮力块释放座6、挡销7、缓冲垫8、被安装重型设施9，典型步骤如下：

第一步：根据工程条件进行安装设计，其中深海浮力块5、挡销7、缓冲垫8各有n件，吊导两用索4、深海浮力块5、浮力块释放座6、挡销7、缓冲垫8、被安装重型设施9的空气中单件重量依次为G4、G5、G6、G7、G8、G9，对应的全浸没浮力依次为F4、F5、F6、F7、F8、F9，吊导两用索4许用拉力T4，主装吊架1起重能力为T1。约束关系如下：

T4>G4+nG5+G6+nG7+nG8+G9-F4+nF5+F6+nF7+nF8+F9>0，

忽略小量，T4≈G9-F9-nF5-G5

可考虑适当安全系数m，即T4=mG9-F9-nF5-G5

可以实现T4<<G9，T1>G4+nG5+G6+nG7+nG8+G9。

第二步：将所述的深海浮力块5连接上缓冲垫8后穿过浮力块释放座6的立柱安装在浮力块释放座6上并用挡销7固定，重复此操作直至形成可提供设计要求的有效浮力的运载组合，然后将运载组合连接到被安装重型设施9之上形成下放组件；此后将浮力块释放座6的立柱顶端通过吊导两用索4连接到收放绞车2上；主装吊架1的主钩串接升沉补偿器3后吊起吊导两用索4。

第三步：用辅助起重船吊起下放组件放入水中，收放绞车2配合收放吊导两用索4，水中的下放组件由辅助起重船承力过渡到吊导两用索4承力。

第四步：操作收放绞车2，并根据定位测控等将下放组件下放到海底预定位置。

第五步：操作挡销7，释放一个深海浮力块5，深海浮力块5及与其相连的缓冲垫8沿吊导两用索4自浮上升至海面，继续操作挡销7依次释放，后释放的深海浮力块5将在海面附近水下撞上前一个到达的缓冲垫8，这样将所有深海浮力块5均释放至海面。

第六步：解除浮力块释放座6与被安装重型设施9之间的连接，操作收放绞车2回收浮力块释放座6至海面。

第七步：回收所有施工用组件，完成安装全过程。

本发明的有益效果：

1本发明利用多个浮力块运载减轻水下重量，实现单索吊装重量远超其额定拉力的水下设施，同时大幅降低了对主装吊架起重能力和升沉补偿器补偿能力的要求。

2利用吊装索搭建回收引导索即吊导两用索，渐次回收施工用浮力块，避免单体浮力块过大对释放操作力及回收引导索抗力的要求。

3本发明易于实现深海安装设施规格化、系列化，如深海浮力块数量可自由组合、小型浮吊可安装大型设施。

4本发明颠覆性突破目前深海组块安装重量的上限，安装重量可达千吨以上乃至数万吨，对水下大型设施建设具有重要意义，也为深海水下开发新模式的建立提供了可能。

附图说明

图1为本发明利用浮力块和吊导两用索吊放深海水下重型设施示意图；

图2为本发明利用吊导两用索回收浮力块示意图。

图中：1-主装吊架、2-收放绞车、3-升沉补偿器、4-吊导两用索、5-深海浮力块、6-浮力块释放座、7-挡销、8-缓冲垫、9-被安装重型设施。

具体实施方式

以下结合说明书附图1、附图2说明本发明所涉及的装备与组件、连接关系及安装施工流程：

附图1和附图2分别示意了利用浮力块和吊导两用索吊放深海水下重型设施、利用吊导两用索回收浮力块。共同构成利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法。提及的设备和组件包括：主装吊架1、收放绞车2、升沉补偿器3、吊导两用索4、深海浮力块5、浮力块释放座6、挡销7、缓冲垫8、被安装重型设施9，典型步骤如下：

第一步：根据工程条件进行安装设计，其中深海浮力块5、挡销7、缓冲垫8各有n件，吊导两用索4、深海浮力块5、浮力块释放座6、挡销7、缓冲垫8、被安装重型设施9的空气中单件重量依次为G4、G5、G6、G7、G8、G9，对应的全浸没浮力依次为F4、F5、F6、F7、F8、F9，吊导两用索4许用拉力T4，主装吊架1起重能力为T1。约束关系如下：

T4>G4+nG5+G6+nG7+nG8+G9-F4+nF5+F6+nF7+nF8+F9>0，

忽略小量，T4≈G9-F9-nF5-G5

可考虑适当安全系数m，即T4=mG9-F9-nF5-G5

可以实现T4<<G9，T1>G4+nG5+G6+nG7+nG8+G9。

第二步：将所述的深海浮力块5连接上缓冲垫8后穿过浮力块释放座6的立柱安装在浮力块释放座6上并用挡销7固定，重复此操作直至形成可提供设计要求的有效浮力的运载组合，然后将运载组合连接到被安装重型设施9之上形成下放组件；此后将浮力块释放座6的立柱顶端通过吊导两用索4连接到收放绞车2上；主装吊架1的主钩串接升沉补偿器3后吊起吊导两用索4。

第三步：用辅助起重船吊起下放组件放入水中，收放绞车2配合收放吊导两用索4，水中的下放组件由辅助起重船承力过渡到吊导两用索4承力。

第四步：操作收放绞车2，并根据定位测控等将下放组件下放到海底预定位置。

第五步：操作挡销7，释放一个深海浮力块5，深海浮力块5及与其相连的缓冲垫8沿吊导两用索4自浮上升至海面，继续操作挡销7依次释放，后释放的深海浮力块5将在海面附近水下撞上前一个到达的缓冲垫8，这样将所有深海浮力块5均释放至海面。

第六步：解除浮力块释放座6与被安装重型设施9之间的连接，操作收放绞车2回收浮力块释放座6至海面。

第七步：回收所有施工用组件，完成安装全过程。

其中深海浮力块5包括承压空心结构（如浮力箱）或由轻体材料制成的实心结构（如浮石块）。

操作挡销7释放深海浮力块5和解除浮力块释放座6与被安装重型设施9之间的连接，均可采用深海机器人完成。当然也可以采用其他方式。

以下2个实施例为两个深海大型设施具体安装设计方案。

实施例1：水下管汇与油气分离联合模块安装

目标区水深3000m。模块及附件自重1321t，水下自重1081t。采用的深海浮力块每块300m³，自重201.5t，在可提供剩余浮力106t，根据计算，选用10块深海浮力块。全浸没剩余重量为21t，随着入水加深，深海浮力块受压提供剩余浮力有所下降，剩余重量将增至53t。采用许用拉力980KN单索吊装。在大型驳船上将所有设备和组件连接好，总重量3436t，利用4500t起吊能力的辅助起重船将成套设备吊放入水，全入水后，收放绞车慢慢将吊导两用索收紧，接受21t负荷。摘除辅助起重船吊索，收放绞车将联合模块下放至海底，调整就位位置后，ROV水下旋出挡销，依次释放10个深海浮力块，使其自动沿吊导两用索浮回海面。ROV解除浮力块释放座与被装联合模块的连接，收放绞车将吊导两用索连同浮力块释放座收回至海面附近，作业人员先将浮力块释放座挂到浮吊吊钩上，将浮力块释放座掉到辅助驳船上并断开与吊导两用索的连接，吊车依次回收散落在海中的深海浮力块，完成作业。

实施例2:100000m³水下储罐安装

目标海区水深1500m。储罐主体为钢制，型式为双层壁、双层顶，无底。储罐最大容量100000m³，含固定配重自重18577t，水下重量14596t，加其他附属安装组件后水下重量15311t；采用的深海浮力块每块300m³，自重201.5t，在可提供剩余浮力106t，根据计算，选用144块深海浮力块。全浸没剩余重量为47t，随着入水加深，深海浮力块受压提供剩余浮力有所下降，剩余重量将增至194t，为此与前述方案略有不同：一是采用双套吊装系统，由两个单索许用拉力1960KN的系统共同作业；二是利用储罐充气可在水面漂浮的特性，直接将两套浮力块释放座固定在海底储罐顶盖上，取消了整体吊装下水作业。其他作业与标准作业方式一致。

本发明的方法，经简单调整连接次序或简单组合变化，如挡销7换为挡环或挡块或挡塞、起重船数量调整、浮力块释放座6型式变化等均可实现。

本发明可经过简单调整步骤次序和合并步骤，如各步骤内或各步间的部分工作交叉与合并进行优化。如特征步骤的第二步和第三步，合并在水面进行连接，可取消下放组件整体吊放下水步骤。

Claims (3)

1.利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法，包括主要由主装吊架（1）、收放绞车（2）、升沉补偿器（3）、吊索（4）组成的辅助起重船，以及主要由深海浮力块（5）、被安装重型设施（9）组成的下放组件，其特征是所述的下放组件还包括，与被安装重型设施（9）的上表面垂直连接的浮力块释放座（6），浮力块释放座（6）上沿垂直方向间隔分布有数个销孔，在浮力块释放座（6）外依次穿插的数个深海浮力块（5），每个深海浮力块（5）底部固定连接的缓冲垫（8），与浮力块释放座（6）的销孔锁定配合的挡销（7）；其安装步骤为：

第一步：根据下放组件计算吊索（4）许用拉力的方法是，设深海浮力块（5）、挡销（7）、缓冲垫（8）各有n件，吊索（4）、深海浮力块（5）、浮力块释放座（6）、挡销（7）、缓冲垫（8）、被安装重型设施（9）的空气中单件重量依次为G4、G5、G6、G7、G8、G9，对应的全浸没浮力依次为F4、F5、F6、F7、F8、F9，吊索（4）许用拉力T4，主装吊架（1）起重能力为T1，约束关系如下满足：

T4>（G4+nG5+G6+nG7+nG8+G9）-（F4+nF5+F6+nF7+nF8+F9）>0，

忽略小量，T4≈（G9-F9）-n（F5-G5）

考虑适当安全系数m，即T4=m（（G9-F9）-n（F5-G5））

实现T4<<G9-F9，T1>G4+nG5+G6+nG7+nG8+G9；

第二步：将所述的深海浮力块（5）连接上缓冲垫（8）后依次穿过浮力块释放座（6）的立柱，并用挡销（7）固定安装在浮力块释放座（6）上，重复此操作直至满足第一步设计要求的有效浮力的运载组合，然后将运载组合连接到被安装重型设施（9）之上形成下放组件；此后将浮力块释放座（6）的立柱顶端通过吊索（4）连接到收放绞车（2）上；主装吊架（1）的主钩串接升沉补偿器（3）后吊起吊索（4）；

第三步：用辅助起重船的主装吊架（1）吊起下放组件放入水中，收放绞车（2）配合收放吊索（4），水中的下放组件由辅助起重船的主装吊架（1）承力过渡到吊索（4）承力；

第四步：操作收放绞车（2），将下放组件下放到海底预定位置；

第五步：操作挡销（7），释放第一个深海浮力块（5），深海浮力块（5）及与其相连的缓冲垫（8）自浮上升至海面，继续操作挡销（7），依次将所有深海浮力块（5）均释放至海面；

第六步：解除浮力块释放座（6）与被安装重型设施（9）之间的连接，操作收放绞车（2）回收浮力块释放座（6）至海面。

2.根据权利要求1所述的利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法，其特征是所述深海浮力块（5）包括承压空心结构或由轻体材料制成的实心结构。

3.根据权利要求1或2所述的利用浮力块和吊导两用索安装深海水下重型设施的方法，其特征是：操作挡销（7）释放深海浮力块（5）以及解除浮力块释放座（6）与被安装重型设施（9）之间的连接采用深海机器人完成。