CN105775074B - 渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法，属于海洋工程技术领域，解决深海水下重型设施安装难题。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，渐次自由回收施工用浮力块，避免单体浮力块过大对释放操作力的要求，并可使浮力块、缓升伞等实现规格化制造与储备。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。

Description

渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域，涉及海底重型设施的深海安装技术。

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(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(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不足，提供一种渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法，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：

渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法，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7、被安装重型设施9组成的下放组件。所述的下放组件包括，与被安装重型设施9的上表面垂直连接的浮力块释放座5，浮力块释放座5上沿垂直方向间隔分布有数个销孔，在浮力块释放座5外依次穿插的数个深海浮力块7，每个深海浮力块7底部固定连接的缓升伞8，与浮力块释放座5的销孔锁定配合的挡销6；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7、挡销6、缓升伞8各有n件，吊索4、深海浮力块7、浮力块释放座5、挡销6、缓升伞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-nF5-G5

考虑适当安全系数m，即T4＝mG9-F9-nF5-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7连接上缓升伞8后依次穿过浮力块释放座5的立柱，并用挡销6固定安装在浮力块释放座5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5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：解除吊索4与浮力块释放座5间的连接，操作收放绞车2收回吊索4；

第六步：操作挡销6，释放第一个深海浮力块7，深海浮力块7及与其相连的缓升伞8自浮上升至海面，期间缓升伞8张开减缓深海浮力块7升速，继续操作挡销6，依次将所有深海浮力块7均释放至海面；回收所有漂浮在海面上的深海浮力块7，完成安装全过程。

上述安装步骤还包括：

第七步：将吊索4回接至浮力块释放座5，解除浮力块释放座5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5至海面。

上述方案进一步包括：所述深海浮力块7包括承压空心结构或由轻体材料制成的实心结构。

操作挡销6释放深海浮力块7采用深海机器人完成。

将吊索4回接至浮力块释放座5，解除浮力块释放座5与被安装重型设施9之间的连接，是通过深海机器人完成。

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，如深海浮力块和缓升伞数量可自由组合、小型浮吊可安装大型设施。

3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为本发明方法的利用浮力块减重吊放深海水下重型设施示意图。

图2为本发明方法的自由释放回收浮力块示意图。

图3为图1和图2中I部局部放大图。

图中：1-主装吊架、2-收放绞车、3-升沉补偿器、4-吊索、5-浮力块释放座、6-挡销、7-深海浮力块、8-缓升伞、8a-打开并承力的缓升伞、8b-打开待回收的缓升伞、9-被安装重型设施。

具体实施方式

以下结合图1、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减重吊放深海水下重型设施、自由释放回收浮力块，共同构成渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法。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、吊索4、深海浮力块7、浮力块释放座5、挡销6、缓升伞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7、挡销6、缓升伞8各有n件，吊索4、深海浮力块7、浮力块释放座5、挡销6、缓升伞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：

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-F9，T1>G4+nG5+G6+nG7+nG8+G9。

第二步：将所述的深海浮力块7连接上缓升伞8后穿过浮力块释放座5的立柱安装在浮力块释放座5上并用挡销6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5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承力过渡到吊索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：解除吊索4与浮力块释放座5间的连接，操作收放绞车2收回吊索4，所有海面船舶移至上流区域。

第六步：操作挡销6，释放一个深海浮力块7，深海浮力块7及与其相连的缓升伞8自浮上升至海面，期间缓升伞8张开减缓深海浮力块7升速。继续操作挡销6，依次将所有深海浮力块7均释放至海面。

第七步：将吊索4回接至浮力块释放座5，解除浮力块释放座5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5至海面。本步骤可省。

第八步：回收所有漂浮在海面上的深海浮力块7，完成安装全过程。

深海浮力块7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6释放深海浮力块7和将吊索4回接至浮力块释放座5，解除浮力块释放座5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，使其自动浮回海面。不回收浮力块释放座。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6换为挡环或挡块或挡塞、起重船数量调整、浮力块释放座5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 (5)

1.渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法，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(7)、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(5)，浮力块释放座(5) 上沿垂直方向间隔分布有数个销孔，在浮力块释放座(5) 外依次穿插的数个深海浮力块(7)，每个深海浮力块(7) 底部固定连接的缓升伞(8)，与浮力块释放座(5) 的销孔锁定配合的挡销(6) ；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(7)、挡销(6)、缓升伞(8) 各有n 件，吊索(4)、深海浮力块(7)、浮力块释放座(5)、挡销(6)、缓升伞(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(7) 连接上缓升伞(8) 后依次穿过浮力块释放座(5) 的立柱，并用挡销(6) 固定安装在浮力块释放座(5) 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(5) 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：解除吊索(4) 与浮力块释放座(5) 间的连接，操作收放绞车(2) 收回吊索(4)；

第六步：操作挡销(6)，释放第一个深海浮力块(7)，深海浮力块(7) 及与其相连的缓升伞(8) 自浮上升至海面，期间缓升伞(8) 张开减缓深海浮力块(7) 升速，继续操作挡销(6)，依次将所有深海浮力块(7) 均释放至海面；回收所有漂浮在海面上的深海浮力块(7)，完成安装全过程。

2.根据权利要求1 所述的渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法，其特征是安装步骤还包括：

第七步：将吊索(4) 回接至浮力块释放座(5)，解除浮力块释放座(5) 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(5) 至海面。

3.根据权利要求1 或2 所述的渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法，其特征是：所述深海浮力块(7) 包括承压空心结构或由轻体材料制成的实心结构。

4.根据权利要求1 或2 所述的渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法，其特征是：操作挡销(6) 释放深海浮力块(7) 采用深海机器人完成。

5.根据权利要求1 或2 所述的渐次自由释放浮力块的深海重型设施安装方法，其特征是：将吊索(4) 回接至浮力块释放座(5)，解除浮力块释放座(5) 与被安装重型设施(9) 之间的连接，是通过深海机器人完成。