滚筒驱动系统在海底软管铺设中的运用

曾德祥　杨进　韦正实　王焜　李一凡

摘 要：本文结合在马来西亚海上某油田作业区5.5寸海底软管铺设施工中350吨滚筒驱动系统的具体应用，对软管铺设中软管铺管支持船舶、滚筒驱动系统与滚筒间匹配性分析、滚筒驱动系统装船定位技术以及软管铺设中滚筒驱动系统与张紧器间速度匹配性分析等工作内容作了详细论述，并对软管铺设施工工艺也作了相应的描述，对于未来海底深水软管铺设施工的应用具有一定的参考意义。

关键词：滚筒驱动系统；软管铺设；滚筒；匹配性；装船定位

随着世界范围内海洋油气资源开发力度的不断加大，海底管道是目前海洋油气资源最主要的输送方式之一，尤其在深水油气田开发中的运用中则更加突出，海底管道是目前连续输送海洋油气资源最为快捷、安全和经济的方式之一，其中柔性海底管道因可承受较大变形、抗腐蚀、易于铺设及可回收等优势而得以广泛采用。柔性海底管道的铺设施工是管道系统建设的关键环节，除需要铺管船之外，还需依靠储管滚筒及滚筒驱动系统、张紧器以及其他辅助装备等，其中滚筒驱动系统是应用于海底柔性软管、脐带缆或电缆水下铺设作业的海洋工程主要装备之一。

本文分析了350吨滚筒驱动系统 （Reel Hub Drive System，简称：RHDS）在马来西亚海上某油田作业区5.5寸海底软管铺设施工中的具体应用，对未来我国深水油气田软管铺设施工作业具有借鉴意义。

1 装备简介

350吨滚筒驱动系统主要有驱动塔本体（两套）、液压动力站和控制室三部分组成，其核心驱动塔本体主要功能是在软管的铺设或回收工程中提供驱动滚动转动所需力矩，即提供正向驅动力矩或反向阻尼制动力矩，以使静止的滚筒旋转启动或平衡管道重力产生的负载力矩，从而实现储管滚筒的顺时针和逆时针旋转；另一个作用是在铺设前期与滚筒对接过程中，调整齿轮减速器的旋转角度与滚筒实现对准。

滚筒驱动系统核心驱动本体部分由三组液压马达驱动， 每个驱动塔均有三个液压马达组成，液压马达旋转通过联轴器、行星齿轮减速器和齿轮减速器将力矩传递给滚筒，其传动原理图所示。

2 滚筒匹配性

在动员滚筒驱动系统前均需检查齿轮减速器（简称：HUB）与滚筒法兰面匹配性，须保证滚筒的齿尖与HUB的凹槽间隙适当、均衡，同时滚筒的内圈与HUB的外径之间的间隙应尽可能相等（即HUB与滚筒同心），即滚筒内圈直径与HUB的外径之间的间隙应保证在10mm以内，并且滚筒齿尖与HUB的凹槽平均间隙保证在15mm以内，这样的匹配安装才能保证在转动工作中滚筒4个齿尖侧面都能与HUB凹槽面接触，从而实现在软管铺设和回收过程中滚筒转动连续、平稳。

3 陆地动员

为了避免在驱动塔本体HUB与滚筒法兰面在匹配性检测过程中，HUB与滚筒或铺管船舶结构物发生碰撞，滚筒驱动系统和储管滚筒在陆地动员之前，需对驱动塔轨道和滚筒相对位置进行精细化评估。

本次马来西亚项目采用两个滚筒驱动系统爬行轨道（单轨长10m）配合滚筒（直径为9.6m）定位安装，全长8.0kM的5.5寸软管采用两个直径为9.6m的滚筒单独存储，单个滚筒（含4.0公里软管）总重275吨。

3.1 轨道定位

软管铺设项目装船布置设计时，应首先考虑船舶甲板可用宽度是否满足驱动塔轨道及塔所需总宽度（即TW）所需，否则会出现塔身最外沿液压管、爬梯等与甲板臂架搁座、水槽或护管等结构物发生干涉而碰撞，下图则显示本项目滚筒驱动系统在匹配直径9.6m，宽5.9m滚筒后，铺管船舶甲板实际的装船布置状态：

鉴于RHD塔身横移行程为500mm，而HUB实际可插入滚筒深度360mm，滚筒被举起之前要有冗余的横移液压缸挤紧量，同时挤紧时塔身与轨道之间存在机械间隙互换，因此在实际装船布置时，轨道的开档尺寸及塔身总宽度规定如下：

其中为了滚筒驱动系统在未来项目中适应不同的滚筒直径、宽度等参数要求，从上图中可得出：

W=B+485*2+2△X=B+970+2△X

TW=W+（2290+1050）*2=W+6680

3.2 滚筒定位

在对储管滚筒吊装定位时，应根据轨道定位计算要求在船舶甲板T-bar上焊接限位压板，以便于滚筒吊装时能够按照设计位置就位。为了确保滚筒驱动系统在船舶航行运输和铺管作业期间的安全性、稳定性，滚筒的现场吊装就位时则应注意以下三点：①保证滚筒中心线和轨道中心线重合，确保驱动塔两个爬行限位液压缸都能插入轨道中，限制驱动塔本体沿轨道方向滑溜，从而增加HUB在负载工作的情况下整个设备的安全性。②保证滚筒处于与两轨道之间的中位，以防止驱动塔在爬行时HUB与滚筒法兰面发生碰撞；若滚筒安装位置与两轨道中位有侧偏，则滚筒被举升之后容易发生HUB转动时滚筒与其底座摩擦的情形，如下图所示：

③滚筒吊装就位前应先根据装船布置图和滚筒实际的重心偏移量安装限位压板，吊装就位过程中可以通过侧翼悬挂倒链的形式对滚筒进行细微的矫正，从而达到对滚筒吊装的精准定位。

3.3 软管铺设

本项目使用的5.5寸软管采用的Technip标准软管及接头，软管内径139.7mm，外径193 mm，最小存储半径1.49m，最小工作半径2.24m，全长8.0公里5.5寸软管采用两个直径为9.6米的滚筒单独存储。

软管铺设作业时，柔性软管自350吨滚筒驱动系统导出，经甲板导向装置，进入水平张紧器夹持并进行速度控制，最后通过下水桥入水。通过匹配动力定位船舶（简称：DP-2）和张紧器下放软管的速度，保证软管水下着泥点与下水桥距离处于合理范围，从而避免软管出现水下打扭的现象。

4 平臺抽拉

软管两端接头在平台抽拉阶段主要采用将平台绞车钢丝绳牵引至船舶主甲板，在与软管接头连接后，通过平台绞车、甲板绞车、滚筒驱动系统和船舶吊机之间配合将软管接头抽拉至平台甲板面。

其中平台绞车钢丝绳牵引至船舶主甲板主要利用护管原有牵引绳（Messager Wire），主要牵引方式有以下几种：①当平台绞车长度满足抽拉需求，可利用船舶吊机直接将牵引绳吊装至船舶入水桥并与软管接头连接；②当平台牵引绳末端掉入海床，可利用水下机器人（简称：ROV）将牵引绳和船舶甲板绞车钢丝绳水下挂钩，然后由甲板绞车将平台抽拉绞车钢丝绳牵引至船舶甲板连接至软管接头连接；③当平台绞车钢丝绳长度不够，可采用ROV将软管接头在海床直接与平台绞车钢丝绳挂钩的措施。

4.1 水平铺设

在软管在水平铺设过程中，张紧器、滚筒驱动系统以及铺管船舶运行之間沟通配合则是水平铺设过程中的关键，由于滚筒驱动系统是由三组液压马达转动后在带动HUB旋转，HUB速度从静止增速至转动状态至少需要10秒钟的延迟，因此实际铺管过程中滚筒驱动系统的操作者应注意预留滚筒驱动系统与张紧器之间足够的悬链线。

5 结语

通过对滚筒驱动系统在柔性软管铺设工程项目中的实际运用及注意事项进行详细介绍，我们可以看出，滚筒驱动系统具有实时、高效、灵活、可靠等工作特点，这对于深水柔性软管铺设在水下作业内容具有十分重要的装备支撑作用，充分体现了滚筒驱动系统对于海底柔性软管的顺利铺设、实际路由的精度控制具有重要的意义。为适应中国海洋石油走向深水发展的需求，为满足现有及未来市场生产作业的需求提供有力的人员及装备保障。

参考文献：

[1]佟玉军.对海底管线的铺设方法的探讨[J].硅谷，2011（4）：5.

[2]李志刚，王琮，何宁，等.深水海底管道铺设技术研究进展[C]中国造船工程学会2009年优秀学术论文集，2010.

[3]刘伟.深水软管滚筒驱动系统结构及液压系统的研究[D].哈尔滨工程大学，2011：3.

作者简介：

曾德祥（1985- ），男，本科，工程师，主要从事管缆铺设设备技术、研究等工作。

杨进（1986- ），男，本科，助理工程师，主要从事管缆铺设设备技术、研究等工作。

韦正实（1985- ），男，本科，助理工程师，主要从事管缆铺设设备技术、研究等工作。

王焜（1992- ），男，本科，助理工程师，主要从事管缆铺设设备技术、研究等工作。

李一凡（1992- ），男，本科，助理工程師，主要从事管缆铺设设备技术、研究等工作。