深水海底管道铺管设备技术现状与国产化设想

包括上位机系统、恒张力电动机伺服系统、履带液 压传动控制系统和液 压站控制系统 ( 控制 策略见 图 2)。上位机控制系统以 PXI为核心, 通过 P rof-i bus总线对其他 3个子系统进行远程监控, 并实现 各系统之间整体协调工作。 3个现场子系统除受上 位机系统控制外, 还可实现现场对电动机、液压夹 紧缸、液压站的手动控制实现恒张力电动机伺服控 制、履带液压传动控制和液压站控制。
统。系统最大承载能力每管 节 300 kN, 传送速度 南亚、中东、西非、巴西、墨西哥湾等世界主要海
为 24~ 30 m /m in, 适应管径为 10116 mm ( 4英寸 ) 区的作业要求, 总体作业能力在国际同类船舶中处
~ 1 524 mm ( 60 英寸 ) 。主要生产商 有意大利的 于领先地位。新建深水铺管 起重船主要参 数见表
新建深水铺管起重船上的铺管关键设备将在采
可以为用户提供部分集成所需的部件设备, 包括纵 购、引进、消化的基础上, 进行关键技术装备的研
向传送设备、横向链传送设备、排管设备、滚子支 究, 从研制原理样机、试验样机入手, 逐步掌握核
架、驱动滚子支架、管道提升设备等。
心技术, 实现自主创新。
国产化设想
( 1) 张紧器 张 紧器国产 化研究分 2步 走, 首先研制能够反映深水铺管关键技术的原理样机,
从铺管方式上, 以从铺管船到 海底的管 道形 状, 可以分为 S 形、 J形铺管船, 以及作为连续管 的卷筒式铺管船。多数铺管船都属于 S形铺管船, 此类铺管船多用于较浅海域, 也可用于深海。 J形
* 基金项目: 国家 / 十一五0 863 计划课题 / 深水海底管道铺设技术 0 ( 2006AA 09A 105) 。
在深水 铺管 船中, 挪 威 Sto lt o ffshore 公 司的 LB200半潜式铺管船和意大利 Saipem 公司的 C astoro Sei大型半潜式铺管船具有代表性。 LB200是世界上 最大的半潜式铺管船之一, 完成了许多恶劣工况下 难度很高的铺管作业, 至今还保留着最长管道的铺 设记录。 LB200半潜式铺管船的主要参数见表 1。
41 管道输送系统 国外铺管船管道输送系统已十分成熟, 其产品 涵盖铺管过程管道输送的所有设备和部件, 设计及 制造工艺完善, 可靠性高, 产品操作简单, 维修方 便, 寿命长。国外公司可提供管道输送系统集成所 需全套部件, 包括滚管机、滚轮、支管架、横向输 送带、输管支架、驱动滚子、管道调整装置、纵向 运输设备、横向运输设备、排管设备、滚子支架、 提升滚子、自 适应驱动滚子 支架、调整型 滚子支
15~ 3 000
152~ 1 524
2 @ 4 000
6 @ 5 440
40 000
9 000
制造自主完成, 一些配套装置采用集成方法解决。 并建造相应的铺管试验模拟装置, 以充分检验张紧 器的性能, 确保原理样机能够达到设计指标。
张紧器在 铺管作业过程中要求实现恒张力控 制, 在弃管和收管的过程中还需要与 A& R 绞车进 行张力转换。综合考虑张紧器液压夹紧系统与电动 机驱动系统的特点, 铺管过程控制采用整体远程控 制和现场灵活控制相协调的方式。张紧器控制系统
通过理论研究、样机研制和全面测试等步骤, 掌握
11 深 水铺 管船 的设 计制造
深水铺管船用张紧器的关键技术, 通过试验测试并
深水铺管起重船的建造是我国海洋石油走向深 改进, 然后在此基础上研制可用于 3 000 m 水深铺
水, 尽快形成深水铺管能力的核心内容。目前中海 管作业的张紧器工程样机并进行海试。
油对比国际同类工程船舶的性能, 确定建造 1艘铺
张紧器原理样机主体结构及其关键部件的设计
表 5 新建深水铺管起重船主要参数
船体尺寸 /m
吃水深度 /m
作业水深 /m
管径 /mm
张紧器 张力 / kN
主机功 率 / kW
主起重机 能力 /kN
存管 量 /t
204 @ 391 2 @ 14
7~ 101 8
定位锚 机 /套
1571 5 481 8 1215
8
8 ~ 150 31 8 @ 104
2 @ 725 114 ~ 1 219 10 < 761 2 @ 2 200
12
21 铺 管船 用张 紧器 张紧器是夹持已焊接管段并控制其下放入水的 专用设备, 要求能实现恒张力控制。国外已经可以 生产张紧力最大为 5 000 kN 的张紧器。受管壁所 能承受的夹持径向载荷的限制, 深海铺管船常采用 几个张紧器串联使用的技术方案。国外具有代表性 的铺管船用张紧器的研发机构有意大利 Rem acut公 司、美国 W estech公 司、荷兰 SAS Gouda 公司等。 以上公司的铺管控制系统采取远程与现场控制相结 合的方式。夹紧形式上有两履带式、三履带式和四 履带式几种, 并形成了一批专利 [ 2- 9] 。 荷兰 SAS Gouda公司生产的张紧器主要有水平 或 垂直的两履 带式张紧器系 列, 其张紧力为 50 ~ 35 00kN; 四履 带式 张紧 器系 列 , 张 紧力 为 5 00 ~ 5 000 kN。意大利 Rem acut公司率先开发出了电驱 张紧器以及适用于所有管道的双开闭结构, 张紧器 的张紧力范围为 250~ 1 750 kN, 且具备 4 000 kN 张紧器的技术储备。其主要参数见表 3。
铺管设备技术现状
11 深 水铺 管船 铺管船形式较为多样, 既有纯粹的铺管船, 也 有起重能力非常强的起重铺管船。从船体上, 大致 可以划分为驳船式、普通船型式和半潜式铺管船。 一般来说, 驳船式铺管船排水量大, 比较适合较浅 水域施工; 普通船型式铺管船吃水深度相对较深, 承载力比较大, 大多数的卷管式铺管船都采用普通 船型式; 半潜式铺管船船体巨大, 吃水深度大, 稳 定性强, 多用于深海和环境较为恶劣的海域, 作业 线多设置在船的中央 [ 1] 。图 1为铺管船的总体布局
2008年 第 36卷 第 9期 ! 宏观探讨 #
石油 机械 CH INA PETROLEUM M ACH INERY
) 201 )
深水海底管道铺管设备技术现状与国产化设想*
张 宏1 李志刚2 赵宏林 1 耿 焘 2 王晓波 2 曾 鸣 1
( 11 中国石油大学 ( 北京 ) 21 海洋石油工程股份有限公司 )
) 202 )
石油机械
2008年 第 36卷 第 9期
铺管船较适合用于深海海域铺管。卷管式铺管船既 过大, 一般不超过 40614 mm[ 1] 。
可以用于深海, 也可用于浅海, 但是管道直径不宜
从管道焊接作业线在铺管船上的位置, 可以分
表 1 LB200半潜式铺管船主 要参数
总长 /m 1671 5
关键词 海底管道 铺管船 张紧器 A& R绞车 管道输送系统
海底管道是深水油气田开发工程建设的一个重 要组成部分, 须采用深水铺管作业船及船载铺管设 备进行安装。目前国内还不具有该类工程船舶的设 计能力, 深水海底管 道铺设技术的 研究也刚刚起 步, 现有工程设计能力、设备状况和作业能力等都 不能满足我国开发深海油气资源的战略发展要求。 因此, 研究和开发深水海底管道铺设技术是非常必 要也是十分迫切的。为此, 中国海洋石油总公司在 / 十一五 0 期间将建造深水铺管起重船, 并正在开 展深水海底管道铺设技术和装备研究, 逐步形成我 国深水海底管道铺设能力。笔者就铺管起重船及配 套的铺管关键设备的国内外技术现状进行分析, 并 提出其国产化设想。
适合深海恶劣环境下施工。但由于甲板被焊接作业 109 起重铺管船、蓝疆号起重铺管船 ( 主要参数见
线分为 2部分, 吊装设备以及甲板的利用率不是很 表 2)。这些铺管船总体性能与 LB200等相距甚远,
高。侧边式铺管船稳定性稍差, 但甲板的利用率较 基本都属于侧边式铺管船, 其焊接作业线设置在铺
高, 多用于浅近海等工作环境不是很恶劣的场合。
Goriziane公司和 Rem acut公司、荷兰的 SAS Gouda 5。采用 S / J铺管方式, 作业线布置为中心式, 托
公司、新加坡 PH 等。
管架为固定式, 采用 DP) 3动力定位系统。
国内还没有完全形成铺管船管道输送系统成套
21 铺管主要设备的国产化
设备的能力, 只有天津精研工程机械传动有限公司
型宽 /m 5815
型深 /m 331 2
最小吃水 深度 /m
111 5
最大铺管 管径 /mm
1 524
张紧器 张力 / kN
3 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00
储管量 / t 2 000
托管架 /m 120 @ 6
最大起重 载荷 /kN
600
为中央式和侧边式铺管船。中央式铺管船稳定性高, 行部分改造。主 要有滨海 106 起重 铺管船、滨海
表 4 R em acut公司 1 800 kN 收放绞车主要参数
高度 / 长度 / 宽度 /
mm
mm
mm
最大速度 / ( m # m in- 1 )
最大工作 载荷 / kN
3 030 4 119 5 649
25
1 800
国内也有多家企业生产各种绞车, 如宁波大港 意宁液压有限公司生产有 多种液压绞车和 电动绞 车, 大连造船厂工具实业公司生产各种起货绞车、 拖曳绞车、系泊绞车和组合起锚绞车等, 但这些绞 车尚不满足深水铺管要求, 在深水领域的该类设备 研究刚刚开始。
表 3 R em acut公司 1 750 kN 张紧器主要参数
最大张 最大铺管速度 / 张紧器 张紧器 张紧器
力 / kN
( m# m in- 1 )
长度 /m 高度 /m 宽度 /m
1 750
40
101 65
71 5
516
国 内在 1996 年开始 进行 国产滩 海铺管 船用 300 kN 张紧器 的研究, 采用双 履带 式恒压 控制, 液压驱动 [ 10- 11] , 1998年进行了样机试验。目前国 产滩海铺管船主要厂家有天津精研、胜利油建等。
示意图。
图 1 铺管船总体布局示意 图 1) 中间管架; 2) 控制单元; 3) 管输动力单元; 4 ) 固定式管 架; 5) 张紧器; 6) 高度可 调管架 ; 7) 水下支撑 滚轮 ; 8) 控 制 室; 9) 张紧 器动 力单 元; 1 0) 管 道轴 向传 送器 ; 1 1) 传 动阀; 1 2) 排 管站; 1 3) 储管区; 14) 收放 绞车; 15) 管道横 向传送器
国内大吨位深海铺管船用张紧器还没有成熟技术。
31A& R绞车 收放绞车主要用于铺管过程中弃管以及后续重
新铺管时的收管, 也可用于其它拖曳和起重等辅助 工作。国外研制的收放绞车 有多种规格的 系列产 品, 既可实现自动工作也可手动操作, 驱动方式有 电动机驱动和液压驱动 2种, 能满足 2 000 m 以上 的深水 作业要求。意 大利 Rem acut公 司 1 800 kN 的收放绞车 ( 主要参数见表 4) 主要由液压驱动装 置、传动装置、滚筒卷缆装置、排缆装置和控制系 统等组成。新加 坡 PH 公司也研 制各种 类型 的绞 车, 如系泊绞车、拖曳绞车、 FPSO 转台绞 车、卷 扬绞车和 A& R收放绞车等。
摘要 深水海底管道铺设技术是我国进行深海油气资源开发的关键技术。综述了国外深海海 底管道铺设技术, 着重介绍了深水铺管船及铺管主要设备 ( 张紧器、 A& R 绞车、管道输送系统 等 ) 的技术现状, 并在分析各主要设备技术特点和国内技术条件的基础上, 提出了通过引进、消 化、技术集成、技术创新的方式进行深水铺管关键设备国产化的设想。
图 2 张紧器控制策略图
2008年 第 36卷 第 9期
张 宏等: 深水海底管道铺管设备技术现状与国产化设想
) 203 )
架、管道驱动轮箱、液压或电力驱动单元、控制系 管能力可达到 3 000 m、起重能力 40 000 kN 的深
统、模块化生产线等, 也可提供成 套管道输送系 水铺管起重船。该船的性能可以满足我国深海和东
管船的一侧, 仅适用于浅水铺管。目前, 我国还不
我国目前所拥有的铺管船多从国外引进, 再进 具备深水铺管船的设计和制造能力。
表 2 蓝疆号铺管船主要参数
总长 / 型宽 / 型深 / 满载吃 作业水
m
m
m 水 /m 深 /m
最大起重 载荷 /kN
张紧器 张力 / kN
管径范 围 /mm
工作 站 /个
锚缆尺 寸 /mm