基于空气潜水的浅水立管安装新工艺

卢维强 叶海宾 李东生 郑申奎 谢锏辉

摘 要：立管是连接海底管道和海洋平台组块管线的重要管段，立管安装是海洋管道安装工程的关键环节。常规立管安装方案是通常利用浮吊船起吊立管，配合平台绞车扶正立管，潜水员下水完成立管固定。该文阐述了一种采用平台吊机和绞车将立管短节分段吊装、扶正，固定在导管架上；然后将立管短节焊接组对为一整根立管；最后将整根立管下放入水，由潜水员下水完成立管固定。该安装工艺无需使用浮吊船即可完成浅水立管安装，具有较高的经济效应。

关键词：立管；管卡；立管安装；空气潜水；风险控制

中图分类号：TE54 文献标志码：A

0 概述

立管是连接海底管道和海洋平台组块生产设施的重要管段，立管安装是海洋管道安装工程的关键环节。立管的种类很多，可分为导管架上立管、栈桥或独桩上立管。立管安装在海底管道铺设中，也是最为复杂、技术含量最高的一个工程分段之一，其中，导管架上的立管安装难度最大。在我国海洋石油开发中，大量使用导管架，每个导管架上都配有各种类型的立管。因此，对导管架立管安装工艺的研究，对于海洋油气开发和工程建设具有重要意义。

浅水立管安装在国内外都趋于成熟。基本方法是先在陆地进行立管卡子和立管的预制，再利用运输船将立管运抵安装现场。由浮吊船吊机起吊立管卡子入水，潜水员入水，将立管卡子安装在导管架上。然后，吊机吊装立管，将立管吊装入水，在平台绞车的配合下将立管扶正，调整立管角度位置。调整完毕后，潜水员闭合立管卡子，将立管固定在导管架上，完成的立管安装。

该文论述了一种采用空气潜水进行立管安装的新工艺。其创新点在于无需借助浮吊船作业，只需使用绞车、立管短节运输船、平台吊机和空气潜水即可完成安装。相对于同水深的常规安装方法，能够有效降低安装成本。此方法适用于50m以浅的立管安装（50以浅是指水深小于50 m，海洋工程中的通用描述）。

1 立管安装方法

立管安装主要分为几部分，立管预制、立管卡子安装、立管安装，其基本工艺流程如图1和图2所示。

1.1 安装准备

安装准备工作主要分为2个部分：平台改造和建立潜水工作站。主要准备工作如下：

绞车底座加固与绞车就位固定。绞车用于立管提拉扶正和就位，绞车需固定在导管架平台底层或中层甲板主梁上，根据施工要求及结构计算而定。

滑轮组连接。滑轮组主要用于吊装立管，钢丝绳通过滑轮组将绞车同立管/立管卡子连接，滑轮的安装点需要根据吊装位置进行确定。

立管临时固定卡子安装。立管临时固定卡子主要用于将吊装后的立管临时固定在平台上，便于立管短节间在平台上的对接。

建立潜水工作站。根据不同的潜水入水方式，将潜水工作站安装在蜘蛛甲板或者底层甲板上，并安装配套的A架或气动绞车，连接好相关设备。

1.2 立管卡子安装

卡子的海上安装可以根据平台的实际情况进行调整，此处叙述一种常规安装方法。

（1）海生物清理。由于导管架上常常附着有海生物，在安装卡子之前，安排潜水员入水，利用液压打磨机或铁鏟对管卡安装位置表面进行海生物清理。

（2）吊装立管卡子。平台甲板人员将平台预设的绞车钢丝绳一端与管卡吊索的吊环相连。平台吊机慢慢下放管卡，同时绞车缓慢收紧钢丝绳，当管卡移动到安装位置上方附近时，由潜水员解除管卡上的平台吊机钢丝绳。

（3）调整卡子位置，组对管卡法兰。潜水员使用手扳葫芦调整卡子水平位置，平台绞车钢丝绳调整卡子上下位置，逐步调整到安装位置，组对管卡法兰，找正后，插入并预紧螺栓，完成立管卡子安装，如图3所示。为了便于立管安装，潜水员还需将管卡的合页打开并用细绳进行固定。

（4）检查管卡同轴度。完成所有管卡安装后，在最高处管卡和最低处管卡之间，拉一条细钢丝绳作为基准线，检查所有管卡是否安装在同一轴线上。管卡安装完成后，由潜水员对所有管卡及立管安装路由进行检查并录像。

1.3 立管预制

该立管安装方法采用在平台上进行立管预制，是该方法的核心部分。立管按照以下步骤进行预制：

（1）第一段立管短节吊装、固定。平台吊机起吊立管短节，当下段立管吊运至绞车行程位置时，将立管上端传递给绞车。指挥吊机和绞车，将立管扶正，如图4所示。并利用控制索具或管卡等方式将立管临时固定在平台上。绞车解索，准备吊装扶正下一段立管短节。

（2）第二段立管短节吊装。按照步骤1的方法，将第二段立管短节吊装、扶正。将第二段立管短节吊装至第一段上方。

（3）立管短节对正、焊接。管工通过绞车调整立管位置，将第一、第二段立管短节对正。焊工焊接对正的第一、二段立管短节。在焊接过程中，由于受海风的影响，第二节立管可能会有所摆动。可以安装一些支架或者索具，固定第二节立管。

按照上述方法，完成第二段和第三段立管焊接和焊道防腐。至此预制工作完成，完成预制后的立管状态，如图5所示。为节省工期，立管预制和立管卡子安装可以同时进行。但须注意，2个工作不得在同一的甲板方位上进行，因为潜水和焊接不能存在交叉作业情况。

1.4 立管安装

完成立管卡子安装和立管预制后，即可进行立管的安装。安装过程如下：

1）下放立管。运行绞车，将立管移动至2台教程的工作行程之内。由潜水员将立管下端索具挂接到绞车2上。2台绞车协调工作，将立管向外偏移一定距离。防止立管在下方过程中伤及导管架。当立管下放距离海底约5m位置时，潜水员入水，观察立管位置情况。

（2）调节立管位置。潜水员根据实际情况，指挥平台施工人员进行对立管位置、角度立管艏向及离地高度进行调整，如图6所示。

（3）立管固定。位置及角度调整完毕之后，潜水员将立管固定在立管卡子上，拧紧螺栓，完成立管安装。在完成立管安装之后，潜水员从上至下对安装好的立管进行检查。

2 风险控制

在该安装工艺流程中，主要涉及2类作业：海洋平台上甲板内作业和空气潜水员水下作业。该类作业在海洋工程中属于常规作业内容，但在施工过程中，需要把握以下几点风险：

潜水交叉作业风险。在空气潜水作业中，需要严格避免与组块上方存在交叉作业。根据国际标准规定，潜水员作业半径在15m范围内，不能存在任何舷外作业，以避免任何可能的落物对潜水员造成伤害。

空气潜水员减压风险。在潜水作业中，减压风险是时刻存在的，减压不充分将会对潜水员身体造成较大伤害，这类事故在潜水作业中时常发生。为了尽可能减少该类事件的发生，在施工前，需要由专业的潜水监督考察作业地点，提前制定潜水员减压策略。同时，需制定详细的潜水减压事故应急预案，在潜水员减压后出现减压病的情况时，严格按照应急预案进行处理，避免对潜水员造成较大伤害。

立管短节吊装扶正风险。利用平台吊机吊装和扶正立管短节时，存在较大的吊装作业风险。常见的情況有：管段脱落、管段碰撞组块、管段伤人等事故。在作业前需由工程师和甲板监督对作业区域进行严格检查；检查吊装扶正设施是否存在损伤等情况；在作业区域设置隔离区域。吊装扶正作业时，需由专人利用绳索控制立管短节，在有效的控制之下完成管段的吊装和扶正工作。

3 结论

在海洋工程立管安装施工作业中，常规方案一般利用浮吊船起吊立管，配合平台绞车扶正立管，潜水员下水完成立管固定，但浮吊船舶的成本较高。同时，常规立管安装方案还需在陆地进行立管管段焊接预制，并且需进行大长度的立管整段运输。该文阐述的方法，可以直接用平台吊机和预先布置在平台上的绞车将立管短节进行分段吊装、扶正，并将短节分别固定在导管架上；然后，将立管短节焊接组对为整段立管；接着，将整根立管下放入水，最后，下放潜水员入水，由潜水员下水完成立管调整和管卡固定。同常规的安装方式相比，该方案与常规方案施工资源条件对比见表1。

根据对比可知，该文论述的方法可以有效避免使用浮吊船，采用平台吊机加绞车进行立管安装，避免寻租价格昂贵的工程船进行立管吊装；采用在平台上预制，避免寻求预制场地码头资源；采用短节运输，减小了对运输驳船的长度要求，降低了对运输船的要求。因此，该文论述的立管安装工艺具有较高的经济效应。

参考文献

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