青島永泰長榮
標題: 軟性氣囊在導(dǎo)管架安裝中的優(yōu)勢分析與應(yīng)用探討 [打印本頁]
作者: 永泰長榮 時間: 2023-12-30 17:39
標題: 軟性氣囊在導(dǎo)管架安裝中的優(yōu)勢分析與應(yīng)用探討
優(yōu)化海洋平臺導(dǎo)管架安裝技術(shù)，提供一種新型可靠可行的安裝方式，降低工程成本，已成為迫切需要解決的問 題。本文通過對軟性氣囊和鋼制浮簡的對比分析，展示軟性氣囊在儲備浮力性價比、工程成本和優(yōu)化設(shè)計等方面的優(yōu)越性 和軟性氣囊在導(dǎo)管架下水安裝中的優(yōu)勢。軟性氣囊在海洋工程領(lǐng)域尚缺乏充足的工程應(yīng)用經(jīng)驗。本文提出軟性氣囊工程應(yīng) 用的幾點建議可供參考。全面掌握軟性氣囊助浮技術(shù)，可帶來良好的經(jīng)濟效益。
[關(guān)鍵詞] 導(dǎo)管架；軟性氣囊；鋼制浮簡；充放氣控制系統(tǒng)
近幾年來，隨著對海洋工程領(lǐng)域不斷的深入 探索與研究，優(yōu)化海洋工程平臺導(dǎo)管架安裝技術(shù) 方案，減輕對大型浮吊資源的依賴程度凹，提供 一種新型可靠、可行且可回收重復(fù)利用的安裝方 式，降低工程成本，已成為今后海洋工程平臺導(dǎo) 管架安裝設(shè)計研究和工程應(yīng)用趨勢。鑒于此，已 有引入軟性氣囊助浮導(dǎo)管架海上安裝的相關(guān)研究 p-1和專利。相關(guān)研究表明，與鋼制浮筒相比， 軟性氣囊能使滑移下水導(dǎo)管架擺脫增加鋼結(jié)構(gòu)尺 寸來獲取更高的儲備浮力(即剩余浮力比)的干 擾，提高導(dǎo)管架海上安裝的經(jīng)濟性。
然而，軟性氣囊的工程應(yīng)用還處于科研階 段，工程應(yīng)用案例僅在渤海海域個別工程項目上 得到相關(guān)設(shè)計功能的驗證，如綁扎、耐壓、回收 設(shè)計等，而軟性氣囊助浮替代大型浮吊資源或?qū)?管架注水放空系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計等關(guān)鍵功能還未能在 工程中實踐。本文通過軟性氣囊和鋼制浮筒的特 點進行描述，對軟性氣囊的優(yōu)勢進行詳盡分析和 應(yīng)用建議，為后續(xù)研究設(shè)計工作提供參考。
1傳統(tǒng)助浮—鋼制浮筒特點
一種海洋平臺下水結(jié)構(gòu)物即導(dǎo)管架，借助鋼制浮筒來實現(xiàn)一定的儲備浮力，滿足導(dǎo)管架下水 安裝的需要。在導(dǎo)管架陸地建造階段，將鋼制浮 筒安裝于導(dǎo)管架前端部導(dǎo)管腿上，并進行充氣打 壓作業(yè)。鋼制浮筒見圖1。鋼制浮筒結(jié)構(gòu)通過外加浮筒于導(dǎo)管架頂端為導(dǎo)管架下水安裝提供了足夠的儲備浮力，滿足了導(dǎo)管架下水安裝的需求，尤其在深水海域?qū)Ч芗芟滤惭b中被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)相當成熟。但鋼制浮筒的制作、安裝和拆除工作難度大和費用較高，高空安裝和海上拆除工作具有一定風險，且海上拆除回收的鋼制浮筒很難重復(fù)利用。
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圖1 鋼制浮筒
2新型助浮一軟性氣囊特點
與海洋工程傳統(tǒng)鋼制浮筒相比，軟性氣囊具有充氣方便、重量輕、便于運輸、耐磨、便于安裝和拆除、可重復(fù)使用、儲存空間 小等優(yōu)點，尤其軟性氣囊所具備的 儲備浮力性價比高、工程成本低、 安全靈活、可重復(fù)利用、優(yōu)化結(jié)構(gòu) 設(shè)計等特點，深受海洋工程領(lǐng)域的 歡迎。目前國內(nèi)外的軟性氣囊可選 尺寸一般為直徑0.5～2.0m, 長度 8～30m, 其本體材質(zhì)為橡膠，外表面由尼龍繩網(wǎng)套包裹，現(xiàn)場實物結(jié)構(gòu)見圖2。
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圖2 軟性氣囊
軟性氣囊因其柔性特點，對其材質(zhì)耐壓性、 安裝固定和拆除回收等技術(shù)有嚴格的設(shè)計、建造 和安裝標準，滿足導(dǎo)管架下水安裝工況需求，其 中軟性氣囊的耐壓性主要由其安全系數(shù)選擇來決 定， 一般不小于設(shè)計工作壓力的3倍。目前已 在渤海區(qū)域渤中某導(dǎo)管架和錦州某導(dǎo)管架海上安 裝得到應(yīng)用，成功驗證了軟性氣囊在導(dǎo)管架下水 安裝過程中的綁扎設(shè)計、耐壓和充放氣系統(tǒng)、助 浮、水下拆除回收設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)的可靠性，工 程應(yīng)用案例見圖3。
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圖3 渤中和錦州項目軟性氣囊工程應(yīng)用案例
3軟性氣囊優(yōu)勢分析
在儲備浮力與性價比、工程成本、重復(fù)利用、優(yōu)化設(shè)計等方面，與傳統(tǒng)的鋼制浮筒結(jié)構(gòu)相比，軟性氣囊有著絕對優(yōu)勢。(1)儲備浮力與性價比方面。以直徑2m, 長度20m的單體進行分析。軟性氣囊重約1t, 能提供約60t凈浮力，費用約10萬元人民幣。30t鋼制浮筒能提供約60t 凈浮力，費用約200萬元人民幣。據(jù)此可見，軟性氣囊提供的儲備浮力優(yōu)勢明顯，其與鋼制浮筒的性價比為20:1,軟性氣囊替代鋼制浮筒可以很好地解決深水導(dǎo)管架儲備浮力不足這一問題。
(2)工程成本方面。工程成本主要包括軟性氣囊或鋼制浮筒的采辦、預(yù)制、安裝、調(diào)試、拆除回收等工序成本和各環(huán)節(jié)所需的人力、浮吊、船舶等費用等。同樣以直徑2m、 長度20m 的單體進行分析。軟性氣囊與提供同樣浮力的鋼制浮筒重量之比為1:30,則軟性氣囊單體在安裝和拆除過程中所需的吊機(或海上浮吊)噸位工況及設(shè)備投入工時都有很大幅度的降低，大大節(jié)約了設(shè)備成本投入。根據(jù)以往海洋工程領(lǐng)域慣例，因鋼制浮筒安裝和拆除回收工期長且所占船甲板面積大，與軟性氣囊相比，其海上運輸復(fù)員和清駁費用會很高。
(3)重復(fù)使用方面。因軟性氣囊放氣后，洗凈晾干，內(nèi)外涂抹滑石粉，便可折疊，儲存空間小且耐磨，可在多個海洋工程導(dǎo)管架項目中重復(fù)使用。
(4)優(yōu)化設(shè)計方面。對于深水導(dǎo)管架而言，軟性氣囊有助于減輕導(dǎo)管架頂部重量，降低環(huán)境載荷，優(yōu)化導(dǎo)管架設(shè)計重量，可減少約10%的導(dǎo)管架設(shè)計重量。另外通過使用軟性氣囊，能優(yōu)化導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少傳統(tǒng)導(dǎo)管架自身的壓載艙室，進一步優(yōu)化導(dǎo)管架注水放空系統(tǒng)，實現(xiàn)導(dǎo)管架自扶正功能。
另外，軟性氣囊除了可替代鋼制浮筒外，還 能起到導(dǎo)管架安裝座底調(diào)平和降低防塵板面積的 作用。
4工程應(yīng)用建議
目前國內(nèi)對海洋工程導(dǎo)管架安裝軟性氣囊-助 浮情況，已編制了導(dǎo)管架助浮安裝用軟性氣囊設(shè) 計、制作與生產(chǎn)、試驗與驗收、綁扎、調(diào)試、拆 除與回收、維護與保養(yǎng)等方面的規(guī)格書。
在海洋工程導(dǎo)管架下水安裝過程中，軟性氣 囊的綁扎設(shè)計、耐壓和充放氣系統(tǒng)、助浮、水下 拆除回收設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)的可靠性得到了成功驗 證，因軟性氣囊優(yōu)勢明顯，隨著對軟性氣囊在導(dǎo) 管架下水安裝過程中的深入研究，將取代鋼制浮 筒，在今后越來越多的海洋工程導(dǎo)管架下水安裝 過程中得到廣泛應(yīng)用，有以下幾點建議：
(1)軟性氣囊因其柔性，受外在邊界條件的影 響，對囊體內(nèi)氣體壓力分布極易造成影響，與鋼 制浮筒比，其結(jié)構(gòu)內(nèi)受力穩(wěn)定性較差。如導(dǎo)管架 下水安裝海域環(huán)境條件復(fù)雜，應(yīng)充分考慮風波流 等橫向荷載對導(dǎo)管架水中狀態(tài)的影響。
(2)對大型導(dǎo)管架的座底重量選取值不宜過 小，與導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)形式和空氣重量有關(guān)， 一般可 選取其空氣中結(jié)構(gòu)噸位的不小于三分之一重量， 若條件允許可選擇海況平潮階段進行導(dǎo)管架下水 安裝就位，以降低施工風險。
(3)在導(dǎo)管架下水安裝過程中應(yīng)對軟性氣囊囊 體充放氣控制系統(tǒng)設(shè)計一套合理的方案，如在導(dǎo) 管架帶纜走道上設(shè)計充放氣系統(tǒng)控制盤，通過管 線與囊體囊嘴相連實現(xiàn)功能控制，便于導(dǎo)管架下 水扶正就位后的軟性氣囊放氣卸壓回收。另外， 借鑒導(dǎo)管架注水放空系統(tǒng)，將軟性氣囊充放氣系 統(tǒng)的備用控制盤設(shè)計在主作業(yè)船舶上，以備導(dǎo)管 架下水過程中對軟性氣囊囊體浮力進行調(diào)節(jié)，有 助于導(dǎo)管架下水扶正就位順利實施。
(4)從項目管理的角度考慮，課題組或設(shè)計 人員需加大軟性氣囊研究力度，如導(dǎo)管架底部配 置軟性氣囊后，需考慮結(jié)構(gòu)重心和浮心的相對位 置，需通過數(shù)值模擬分析，并通過水池試驗進行 論證。全面識別風險，開展風險應(yīng)對分析，優(yōu)化 設(shè)計方案，規(guī)避風險或?qū)L險降到最低，使工程 功能和經(jīng)濟價值最大化。
(5)對供貨商提供的軟性氣囊單體進行現(xiàn)場檢 驗，或聘請第三方檢驗機構(gòu)全程參與軟性氣囊的 相關(guān)試驗過程，確保軟性氣囊提供的浮力值的準 確性。
5結(jié)語
軟性氣囊的綁扎設(shè)計、耐壓和充放氣系統(tǒng)、 助浮、水下拆除回收設(shè)計已在海洋平臺導(dǎo)管架下 水安裝中得到初步驗證，設(shè)計方案安全可靠。軟 性氣囊較鋼制浮筒相比，具有可提供廉價的儲備 浮力、工程成本低、可重復(fù)利用等優(yōu)勢，可優(yōu)化 導(dǎo)管架注水放空系統(tǒng)設(shè)計、導(dǎo)管架座底調(diào)平和 降低防塵板用鋼量等作用，應(yīng)用前景廣泛。本文 提出了軟性氣囊今后工程應(yīng)用需重點關(guān)注的幾項 建議，可供海洋工程領(lǐng)域?qū)浶詺饽以趯?dǎo)管架安 裝中研究參考。掌握了軟性氣囊助浮安裝技術(shù)， 將給海洋平臺導(dǎo)管架海上安裝帶來良好的經(jīng)濟效
益。
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