S-Lay浅水铺管船托管架技术分析

S-Lay浅水铺管船托管架技术分析

T-蒋晓波

U-上海崇和实业集团有限公司 200126

摘要：本文以我国S-Lay浅水铺管船托管架技术作为主要研究对象，在对托管架总体结构进行了解和分析的基础上，对其监控系统以及滚轮机构进行详细阐述。目的是为相关人员的工作提供一定的借鉴与参考，促进我国海洋铺管船托管架技术的提高，推动我国海洋石油开采行业的持续健康发展。

关键词：浅水铺管船；托管架；结构分析；技术要点

引言：随着我国科学技术的发展与人们对海洋石油资源认识的不断提高，海洋石油开采已经成为了资源开采发展的重要途径。因此相应的海洋铺管船托管架技术的重要作用也越来越被专业人士所重视。如何更好的利用该技术进行海管铺设与石油开采已成为了相关人士所关心的主要问题之一。

1 S-Lay浅水铺管船托管架的总体结构

1.1主体结构

主体结构是浅水铺管船托管架的重要主要组成部分。一般主体结构设计成两段，分别适用于不同水深的海域，在深水区域，可两段一起使用，浅水区域，可单独使用靠近船体尾部的一段。托管架的制作材料多选用低合金高强度钢管及高强度淬火回火钢，例如E550、E460等。作为托管架的主要承载体，主体结构需与斜拉架、A字架、滚轮机构、变幅机构配合使用。其中，变幅机构与主体结构的联系最为紧密，它可以安装在船上，也可安装于主体结构之上。

1.2托辊单元

托辊单元可根据形状的不同分为U型滚轮与V型滚轮两种，托辊单元由托辊、托辊支座（含载荷传感器）、挡柱横梁及托辊两侧挡柱框架、垂直载荷传感器和侧向载荷传感器组成。托辊单元左右各配有一组导向立柱，用以实现托辊单元在一定范围内可以上下滑动以调整BOP高度。托管架第一段末端增设侧向滚轮组件，第二段增设侧向滚轮组件和水平滚轮组件。托管架上的托辊单元，用于在海管铺设过程中的支撑和引导海管入海，托辊单元的高度应根据实际铺管需求来决定。安装在船体尾部的托辊单元采用液压控制，其动力来源是其内部存在的液压缸，由传输滚轮液压泵站站提供动力。在液压缸的作用下，托辊单元能够轻松实现上升或下降移动，为铺管工作带来极大的便利[1]。除此之外，在铺管船进行海管铺设作业时，操作人员若发现滚轮并未全面接触海管，还可以对其进行微调，从而确保托辊单元功能与作用的完全发挥，提高海管铺设的工作效率与质量。

1.3变幅机构

变幅机构的任务与目的就是通过内部各装置的相互协调作用来实现变幅，变幅机构主要由托管架起升绞车、测力计、定滑轮组、钢丝绳构成。其中，托管架起升绞车一般配置两台提供拉力，通过A字架、定滑轮组完成托管架的起升及下放，从而改变托管架的幅度。为了确保铺管工作的可靠性与准确性，需要保证两台托管架起升绞车的同步，还应根据托管架铺管工作的实际要求来确定变幅机构变幅的幅度大小。

1.4电控机构

滚轮承载力闭环控制与水深测量系统是海洋铺管船托管架电控机构的两种主要构成装置。

对于滚轮承载力闭环控制系统来说，它的功能就是利用滚轮上的压力传感器对其受力情况进行实时监控，再利用液压比例阀来实现对滚轮液压缸的控制和调节，从而使液压缸能够一直在正常轨道上运行。若滚轮上的压力传感器超过预设数值，则PLC就会对目标滚轮液压缸进行自动分析与控制，使其受力能力回落到规定范围内；相反，若滚轮上的压力传感器低于预设数值，此时的PLC同样也会对目标滚轮液压缸进行自动分析与控制，并根据分析结果对其进行调整，使其受力能力提升到标准范围内，从而实现对滚轮承载力的闭环控制。滚轮承载力闭环控制系统的有效利用能极大程度上降低海上恶劣环境或其他不确定因素对托管架的危害，从而尽可能减少或避免滚轮受力不均情况的发生。

水深测量系统主要安装在海洋铺管船托管架的中部和尾部，该系统能对托管架的运行情况进行实时监控，在对其入水深度与倾斜角度进行详细记录的基础上，将相关数据信息及时反馈给操作和技术人员，为相关人员的管线铺设工作提供强有力的数据支撑。

2 S-Lay浅水铺管船托管架的监控系统

2.1 S-Lay浅水铺管船托管架监控系统的设计与安装

由于S-Lay浅水铺管船托管架需要长时间在水下进行作业，因此要想确保其主要部位的安全性和稳定性，尽可能减少或避免局部节点失效或整体结构失衡情况的发生，必须要对其安装相应的监控系统，实时掌握其运行状态。托管架的工作环境特殊性对监控系统的安装和使用提出了更高层次的要求，所使用的传感器数量也会随着监控点位的增多而增多，因此应使用分布式应力监控系统对S-Lay浅水铺管船托管架进行监控[2]。

具体来说，该监控主要由三个部分组成。内置传感器系统是第一部分，它能将托管架内部的防海水电缆与监控系统中的数据采集装置紧密联系起来；而数据采集与分析装置就是该监控系统的第二部分，它能在保证系统与托管架密闭性的基础上，实现铺管船计算机与光纤网线的有效连接；计算机主体则是第三部分，它能利用自身强大功能实现对相关数据信息的采集、存储、整合与分析，从而对目标托管架的实时状态进行监控。

2.2托管架压力监控系统

托管架压力监控系统能够将托管架作用在铺管船上的力与其具体方向展示出来，但该系统并不是独立完成这一操作的，而是要在托管架与船体的辅助下完成的。具体来说，技术人员首先应制作连接铺管船船体与托管架的轴销，然后掏空轴销内部，根据前期判断出的测力位置来安装压应片，最后再将适量的惰性气体打入轴销内，并在此基础上进行密封操作。

压应片在日常运转中，能够将对托管架的监测数据直接传输到压力监控系统，然后对托管架在大轴横向和纵向的剪切力进行核对和计算，并根据这一结果明确目标托管架的负载能力大小，对其进行相应调整。而对于销轴来说，它的主要作用就是实现铺管船船体、托管架以及绞车支持架的紧密连接。这样一来，绞车在运转过程中能够有效带动托管架的升降，从而使铺管位置得到有效调整[3]。在这一过程中，为了确保两组相对静止状态，压力监控系统应对销轴的受力情况进行实时监控。由于铺管船在运行过程中会与销轴产生相对运动，且剪切力也会在销轴与绞车支持架中间产生，因此当销轴的受力情况超出了预先设定的安全警戒值后，托管架压力监控系统就会及时向操作人员提出警告。

2.3滚轮压力监测系统

与托管架压力监控系统一致，托管架滚轮压力监测系统的主要功能也是对S-Lay浅水铺管船托管架的运行进行监控，并根据目标海管与托管架的实际情况分析出滚轮组的受力大小与受力方向，再将监控到的实时信息传输到托管架监控系统的总控制台中进行显示。

除此之外，由于S-Lay浅水铺管船托管架还配备了测深传感器，因此还能对托管架所处的工作环境与其在水下的深度进行测量和监控。具体来说，安装在S-Lay浅水铺管船托管架末端的传感器是用来测量托管架入水深度的，而安装在托管架控制室外部的测深传感器主要用来测量托管架所处环境的大气压情况，并将测量数据反馈给海洋铺管船托管架监控系统中。系统在接收这两组测深传感器发来的数据信息后，能够马上开始计算工作，通过压力传感器收集到的压强差来对托管架所处的工作环境进行精确判断，并根据判断结果来对托管架的入水深度进行微调。

2.4声呐系统

声呐系统通常会被安装在S-Lay浅水铺管船托管架的最末端，它能通过实时扫描来判断海管是否已经脱离了中心位置，并将扫描与监控结果反馈到计算机中。海管已超出了偏离中心位置的最大范围，则系统就会及时向操作人员发出警报提醒，操作人员在收到提醒后应及时了解现实状况，并通过调整参数等方式来使海管回到中心位置上。

不仅如此，声呐系统还可以对海底的管线道路进行实时监控。通过对海管铺设的海底区域进行扫描，操作人员能及时明确海管的铺设情况，并及时调整铺管船的艏向，确保该海管线路能一直按照预设轨迹铺设下去。为了提高海管铺设的安全性，若遇到水文条件不好无法使用监控设备对海底情况进行监测时，操作人员还能利用声呐系统对水文情况较为恶劣的海底区域进行扫描。从而为铺管船的工作带来便捷。

结束语：综上所述，目前我国铺管船的托管架技术仍处于发展时期。为了进一步提高该项技术在海管铺设工作中的融入程度，确保托管架能在复杂的海洋环境下正常运转，相关人员必须从实际情况出发，在对托管架的运行原理、功能等方面进行分析的基础上，安装相应的监控系统，不断加强托管架的安全性与稳定性。

参考文献：

[1]张伟,宁飞.某起重铺管船航行中的托管架绑扎校核与结构分析[J].造船技术,2021,49(05):34-38+80.

[2]于文太,周延东,周楠,李斌,樊鹤,闫宏生.铺管船托管架结构实时监测系统的研究与应用[J].船舶工程,2020,42(10):126-132.

[3]李书霖.浅析深水铺管船托管架监控系统[J].珠江水运,2020(10):47-48.