海洋工程模块近海吊装技术研究

王继强 梁 超

海洋石油工程股份有限公司 天津 300461

引言

海洋工程模块近海吊装技术在行业内也被通俗地叫做浮吊,通过运用此项技术可以完成对近海范围之中工程模块的悬停和迁移等吊装操作,从而能够有效地保证海洋工程的顺利施工。随着近年来海洋工程的快速发展,海洋工程模块的结构变得越来越复杂,规模和数量变得越来越大,大型海洋工程模块和大型装配总段在近海吊装作业中的出现频率越来越高。基于上述因素,在海洋工程案例中发现现有的近海吊装技术在进行近海吊装作业时出现误差的概率较高,而且当近海吊装出现偏差后很容易导致严重的安全事故和经济损失,因此近海吊装在行业内也被划在“高危作业”的范围之内。综上可见近海吊装技术在海洋工程中起着举足轻重的作用,只有近海吊装技术设计合理,运用得当才能在保证海洋工程施工周期的同时为海洋工程节省建设成本。相反,如果近海吊装技术运用中参数设计和吊装操作出现失误或者瑕疵都会给海洋工程模块吊装作业埋下隐患。可见对其技术要点进行研究探讨有着十分积极的现实意义,为了确保海洋工程模块近海吊装作业经济、安全、可靠非常有必要对近海吊装技术进行深入研究。

1 近海吊装技术简述

近海吊装技术的核心部件是起重船,也叫做浮吊船,起重船是进行近海吊装的基础平台,通常在起重船上配备有不同类型的吊装设备。近海吊装技术是海洋工程模块吊装作业的基础性技术保障,相比陆地吊装作业而言,起重船船体在近海吊装作业中承担着陆地吊装作业中基地的角色,其发挥着支撑内部载荷和抵御外部冲击的作用。一般而言,近海吊装技术所使用的起重船的吊装性能要强于陆地吊装机械的性能,尤其随着近年来海洋工程模块架构的规模变得越来越大,目前在海洋工程中模块构架的重量通常在2000t左右,其中也不乏一些重量更大的特殊模块,要将这些重量庞大的模块顺利平稳地吊装到施工位置,起重船就必须要拥有非常强大的吊装性能。这也对近海吊装技术起重船的起重设备提出了更高要求,同时也导致近海吊装技术起重船的起重性能要明显优于陆地起重设备的起重性能,由此可见起重船在近海吊装技术中占据着至关重要的地位。

当前,按照起重船起重设备的工作方式不同可将近海吊装技术起重船的起重设备分为回转式起重机和固定式起重机2类。固定式起重机的起吊臂相对于起重船是固定的,起吊臂在工作时仅能进行前后位置的运动,无法进行旋转运动。固定式起重机的优点是吊装稳定性优良,尤其面对悬停安装操作之时其所具有的吊装稳定性优势尤为突出,但是当需要对起吊物进行左右侧位置的移动时其缺点就会表现出来,此时只能对起重船整体进行移动。回旋式起重机的起吊臂能够进行3600的任意旋转运动,也可以进行前后位置的运动,回旋式起重机吊装作业时不需要移动起重船便可以在起重臂范围内完成对吊物的随意移动和吊装,为海洋工程模块吊装提供了极大便利。回旋式起重机相比固定式起重机具有明显优势,但是回旋式起重机要求操作人员具有过硬的操作技术和丰富的操作经验,否则很容易出现吊装误差进而造成严重的安全事故和经济损失。

2 近海吊装技术应用要点

2.1 起重船起重机方式

上文指出目前在近海吊装技术中主要的两类起重船起重机方式,分别是回转式起重机和固定式起重机,这两种起重船起重机方式互有优缺点,在实际海洋工程模块施工中应当在充分分析海洋工程模块施工现场具体情况以及相关因素的基础上对两种起重船起重机方式做出慎重选择,进而制定出科学合理的近海吊装技术方案,并最终为海洋工程模块的顺利施工奠定基础。具体来说,固定式起重机的吊装稳定性优良,尤其在进行吊装悬停操作时其所具有的吊装稳定性优势尤为突出,能够有力保障海洋工程模块顺利平稳施工,但是固定式起重机的灵活性较差,除了对吊物进行前后位置移动以外无法实现对吊物的随意灵活移动。

相对于固定式起重机而言,回转式起重机可以在起重臂范围内实现对吊物的随意移动,因此回转式起重机的吊装灵活性较强,能够为海洋工程模块施工提供十分便捷的条件,但是回转式起重机的使用成本较高,且要求设备操作者必须具备扎实的专业操作能力和丰富的操作经验,否则很容易导致安全事故发生。在实际应用近海吊装技术实施海洋工程模块吊装作业时,当工程施工资金有限或者设备操作者的专业能力不高时,应当考虑选择固定式起重机。当工程施工资金允许同时设备操作者的专业能力较高且操作经验丰富时,可以考虑选择回旋式起重机。此外,在工程施工资金允许的情况下,为了达到提升施工进度的目的可以结合施工现场的实际情况将2种起重船起重机方式搭配起来进行使用。

2.2 起重船起重机有效载荷

起重船起重机的有效载荷在近海吊装技术中最为关键,若是近海吊装技术起重船起重机的有效载荷不够,会直接造成海洋工程模块不能进行施工,若是吊物的重量接近或者超出起重机有效载荷临界值时强行进行吊装,此时起重臂发生断裂的概率急剧升高,因此,当吊物的重量接近或者超出起重机有效载荷临界值时强行进行吊装存在很大的安全隐患,这也是必须要杜绝和引起高度重视的。起重船起重机的有效载荷主要由起重吊高、起重吨位和起重跨距三个要素决定,起重吨位指的是能够吊起的最大的海洋工程模块的重量,吊高指的是从水面算起到吊钩钩头之间的垂直距离,跨距指的是水平方向上从回转中心到浮吊船艏再到吊钩之间的距离之和,这三个要素相互影响、相互制约,并共同决定了起重船起重机的有效载荷,若是当中的某一个要素出现问题必然会降低起重机的有效载荷,因此在评价起重船起重机有效载荷时必须要对这三个要素进行综合计算后得出起重机的有效载荷值。目前在具体计算起重机有效载荷值时主要采用通过对起重重量和吊钩跨距二者之间关系进行评估,同时对起重高度和吊钩跨距二者之间关系进行评估后计算得出,总体而言,起重机的有效载荷遵循着随着跨距逐渐增大起重机有效载荷逐渐减小,随着跨距逐渐减小起重机有效载荷逐渐升高这一基本规律,这也是评估计算起重机有效载荷的科学方式。

2.3 吊钩钩头数量

目前在近海吊装技术中吊钩钩头分为辅钩和主钩两种,主钩的起吊性能要远高于辅钩,主钩主要用于对大型海洋工程模块的吊装作业,与此同时主钩的尺寸和自重也比较大,这就导致主钩比较笨重,移动灵活性不高,操作起来不够便捷。正因如此,在海洋工程模块吊装时若是辅钩能够完成的吊装作业通常使用辅钩来进行吊装。主钩根据钩头数量不同又可分为单钩头、双钩头和四钩头,通过过程施工证明这种钩头数量灵活多变的钩头形式在海洋工程模块吊装作业中展现出良好的吊装性能。比如:在海洋工程模块吊装作业时,需要对钩头高度单独进行调节以保证顺利完成吊装作业,同时要确保吊物的重心平稳和不会发生吊物脱钩现象。辅钩相比主钩除了在起吊有效载荷方面存在悬殊之外,辅助的形式和功能与主钩没有什么明显区别,而且辅钩操作起来比较灵活,能够为吊装作业提供良好的便捷性。在选择近海吊装技术时应当根据海洋工程模块的施工要求和现场状况对主钩和辅钩进行科学合理搭配使用,如此既能保证海洋工程模块顺利施工也能有效控制施工成本。

2.4 浮吊吃水深度

近海吊装技术是在海平面之上进行海洋工程模块吊装作业,这与地面吊装作业完全不同。起重船在进行海洋工程模块吊装作业时受到自身重量和起吊载荷的影响船体必然会吃水,而且随着海洋环境变化船体吃水也会随之发生变化,此时若是起重船吃水深度出现问题就会导致事故发生。如果起重船在深度较浅的海域施工时,由于水深较浅,船体吃水较深时船底便会触底,这种情况下起重船进行吊装作业时便会船底触底进而失去稳定性,此时是不允许起重船进行模块吊装的,否则会导致安全事故发生,在这种情况下为了避免触底事故发生,通常应选择在高潮位进行海洋工程模块吊装作业。综上所述,在海洋工程模块近海吊装施工过程中,应当结合施工海域的水深合理控制起重船浮吊吃水深度,一方面要确保起重船浮吊吃水深度要小于海域水深,另一方面,要将施工海域水底和起重船浮吊最大吃水深度之间的距离控制在安全距离范围之内。

2.5 带缆抛锚

近海吊装起重船在海面进行海洋工程模块吊装作业时,由于受到海浪对起重船船体的冲击影响会导致起重船发生上下颠簸、左右摇晃和位置移动,因此近海吊装起重船在海洋工程模块近海吊装作业时通常船体是无法保持稳定的,这就会影响到浮吊作业。针对这样的情况,在海洋工程模块近海吊装作业时为了抵御海浪冲击对起重船船体的影响从而降低海浪对浮吊作业造成的不利影响,目前采取的应对方式是采用带缆抛锚的办法达到保持起重船船体稳定的目的,通过合理采取带缆抛锚措施能够有效抵御海浪对起重船船体的冲击作用从而最大程度上保持起重船船体稳定,为开展浮吊作业创造条件。

带缆抛锚措施的设置参数与多方面因素有关,在采取带缆抛锚措施时,要根据不同的情况来确定具体的带缆抛锚设置参数。一方面,海洋环境是复杂多变的,不同的海域、不同的时间段、相同海域不同的时间段海洋环境都不相同,海浪产生的冲击力和对起重船船体的影响都不相同,所以需要采取的带缆抛锚措施也各不相同。在采取带缆抛锚措施稳定起重船船体的时候,必须要对具体的海洋环境和海浪冲击力进行准确监测和科学计算,最终综合考虑确定出带缆抛锚的相关设置参数。另一方面,带缆抛锚措施的设置参数还与起重船停靠位置和起重船位置调整有关,若是起重船停靠位置不合理或者浮吊钩头选择不合理也会对起重船船体造成影响从而影响浮吊作业,因此在采取带缆抛锚措施时要充分考虑这两方面因素。通常在固定起重船停靠位置时建议采用船舶带缆桩和码头带缆桩等方式,如果浮吊作业采用的钩头为是固定式,此时就需要使用绞缆绳来调整起重船船体的位置。

2.6 吊索的选择

目前在海洋工程模块近海吊装作业中采用的吊索主要包括:卸扣、吊杠和钢丝绳三种形式。这三种形式的吊索在海洋工程模块近海吊装作业中都发挥着承重的作用,如果吊索出现了问题就会导致吊索发生断裂从而造成吊物失衡甚至掉落,因此吊索是禁止出现问题的,对吊索的选择也是近海吊装技术应用中需要慎重考虑的一项技术要素。第一,卸扣的作用是将钢丝绳与吊杠,钢丝绳与吊耳连接起来,在卸扣的选择方面,若是吊装作业中卸扣实际承载的载荷超出了所选择卸扣的承重能力就会造成卸扣断裂从而导致吊物失衡甚至脱落。为了杜绝这样的吊装事故出现,在选择卸扣时就必须首要考虑卸扣的承载性能,通常要求卸扣的承载性能必须要超过吊装作业中卸扣实际需要承载的载荷值,而且还要将卸扣在吊装作业中卸扣实际需要承载的载荷值严格控制在卸扣承载性能的安全范围之内,与此同时,卸扣是与钢丝绳、吊耳、吊杠三者组合搭配起来使用,因此在选择卸扣时还要重视卸扣与其它吊具之间的匹配性问题,在此基础上选择合适型号的卸扣。第二,在海洋工程模块近海吊装中以单梁式吊杠和框架式吊杠最为常见,相比框架式吊杠而言,单梁式吊杠拥有更强的承载性能,但是存在无法进行复杂连接的弊端。框架式吊杠刚好相反,虽然承载性能相对较弱,但是可进行复杂连接,在海洋工程模块近海吊装时,要对吊杠慎重进行选择,充分发挥吊杠的作用为海洋工程模块吊装作业服务。第三,海洋工程模块近海吊装作业中使用的钢丝绳目前以高性能无接头绳圈为主,与普通的钢丝绳不同,同等粗细下的高性能无接头绳圈与普通钢丝绳相比,高性能无接头绳圈的承载能力要远高于普通钢丝绳。虽然如此,在选择近海吊装钢丝绳时仍然要高度重视钢丝绳规格的选择,确保钢丝绳实际承载在钢丝绳的安全承载范围之内。另一方面,在起重机钢丝绳根数控制方面,要对起重机设备上的钢丝绳根数严格进行计算,以确保钢丝绳的根数符合起重机设备起吊规范。

3 结语

海洋工程模块的顺利施工离不开近海吊装技术的支持,海洋工程的发展严重依赖于近海吊装技术的发展,只有近海吊装技术得以保障,海洋工程模块吊装作业才能安全顺利地开展。近海吊装技术由于其专业性和特殊性也被划到了“高危作业”之列,长期以来,怎样对近海吊装技术进行规范运用和改进优化也是海洋工程领域有关人员重点研究的一项课题。基于此,本文在对近海吊装技术进行简要阐述的同时提出了影响近海吊装技术的6项技术要点,并分别对该6项技术的应用要点进行了详细分析,确保在运用近海吊装技术开展海洋工程模块吊装作业时将相关参数控制在安全范围之内,最终保证海洋工程模块近海吊装作业安全顺利地实施。