李書霖 交通運(yùn)輸部煙臺打撈局
托管架作為深水鋪管船的一個非常關(guān)鍵的設(shè)備,在船舶進(jìn)行鋪管作業(yè)的時候懸掛在船舶艉部,起到海管在下水的過程中控制海管在托管架上的曲率的作用,防止海管因?yàn)樵谏蠌澏螐澗剡^大而導(dǎo)致的屈服或破裂,確保海管沿著托管架順利入水。海管在上彎段時由安裝在托管架上的輥輪組支撐,其高度可以調(diào)節(jié),以適應(yīng)不同管徑及不同鋪設(shè)深度的要求如圖1所示。
為了確保鋪設(shè)的海管處于正確位置,海管脫離托管架入水前要對海管的姿態(tài)、輥輪的受力情況以及托管架的工作角度(托管架與船體的相對角度)等狀態(tài)通過安裝在其上面的負(fù)載監(jiān)測、CCTV(視頻監(jiān)控系統(tǒng))、聲吶、角度監(jiān)測和深度監(jiān)測等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測,確保鋪管作業(yè)處于良好的狀態(tài)。
托管架監(jiān)測系統(tǒng)主要包含以下5個方面:聲吶系統(tǒng)、水下CCTV系統(tǒng)、角度監(jiān)測系統(tǒng)、托管架壓力測量系統(tǒng)和輥輪壓力測量系統(tǒng)、深度測量系統(tǒng)。托管架監(jiān)測系統(tǒng)的主要目的是實(shí)現(xiàn)對各輥輪組上的管線的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的跟蹤和監(jiān)視,確保海管鋪設(shè)工作的順利進(jìn)行。
托管架監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該具體如下的功能:
(1)管線經(jīng)過托管架的全過程監(jiān)控,主要是管線離開托管架最后一組輥輪時的姿態(tài);
(2)顯示托管架相對于船體的角度;
(3)顯示管線在移動過程中相對于托管架的位置和角度;
(4)顯示船體和托管架的相對位置;
(5)顯示托管架的入水深度;
(6)顯示管線在托管架運(yùn)行過程中各輥輪所受的力的大小和方向;
(7)顯示托管架作用于船體的力和方向;
(8)顯示各個分系統(tǒng)的報警值;
(9)記錄鋪管過程中各個分系統(tǒng)的參數(shù)及報警值。
2.2.1 托管架壓力監(jiān)測系統(tǒng)和輥輪壓力監(jiān)測系統(tǒng)
托管架壓力監(jiān)測系統(tǒng)和輥輪壓力監(jiān)測系統(tǒng)用于顯示托管架作用于船體的力和方向及管線在托管架運(yùn)行過程中各個輥輪所受的力的大小和方向。
(1)托管架壓力監(jiān)測系統(tǒng)
托管架壓力負(fù)載監(jiān)測設(shè)備并不是單獨(dú)存在的,而是集成于連接托管和船體的兩個軸銷的內(nèi)部,在制作測力軸銷時先車出軸銷的大致輪廓,再將軸銷的內(nèi)部掏空,在其內(nèi)部按照測力位置布置相應(yīng)的壓應(yīng)片,然后充入惰性氣體,將其密封。其壓應(yīng)片的監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出至托管架監(jiān)測系統(tǒng),在鋪管工作中,通過測量大軸橫向和縱向的剪切力來計(jì)算托管架負(fù)載,進(jìn)而對托管架進(jìn)行調(diào)整。銷軸用于連接托管架、絞車支持架和船體,并且當(dāng)絞車運(yùn)轉(zhuǎn)、帶動托管架升降來調(diào)整鋪管位置時,銷軸和托管架保持相對靜止,絞車支持架和船體相對靜止,銷軸和船體則產(chǎn)生相對運(yùn)動。因此,在銷軸和絞車支持架的連接部分將產(chǎn)生剪切力,當(dāng)銷軸上受力大于設(shè)定警戒點(diǎn)后,控制室內(nèi)將會產(chǎn)生報警,提醒操作人員改變作業(yè)工況。
圖1 托管架系統(tǒng)
圖2 托管架聲納系統(tǒng)示意圖
通過對該剪切力的監(jiān)測可以直觀的反映出托管架的位置是否需要調(diào)整,托管架升降作業(yè)是否正常以及是否有意外情況發(fā)生,同時每一個剪切力在數(shù)據(jù)處理的過程中均應(yīng)當(dāng)拆分成X軸和Y軸兩個方向來顯示,從而更加直觀的顯示出軸銷在每個方向所承受的力的大小。
(2)托管架輥輪壓力監(jiān)測系統(tǒng)
托管架輥輪壓力的監(jiān)測通過安裝在托管架測力輥輪上的測力軸(附有測力傳感器)來實(shí)現(xiàn),用于監(jiān)測管線在托管架上運(yùn)行過程中輥輪組實(shí)時受力的大小和方向,并輸出至托管架監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時的顯示,同時設(shè)置報警值,當(dāng)測量值大于報警預(yù)設(shè)值系統(tǒng)發(fā)出報警。
2.2.2 聲吶系統(tǒng)
在托管架的最末端各裝有一臺掃描聲吶,其主要作用有如下幾點(diǎn):
(1)監(jiān)測托管架離開最后一組輥輪時是否脫離中心位置,其工作原理如圖2所示。
托管架最末端的兩臺聲吶同時掃描,從而確定托管架離開輥輪時是否偏離中心位置并將掃描結(jié)果輸出至托管架監(jiān)測系統(tǒng),同時設(shè)置報警范圍,當(dāng)托管架偏離中心位置超過報警范圍時托管架監(jiān)測系統(tǒng)將發(fā)出報警,提醒作業(yè)人員及時調(diào)整相關(guān)設(shè)備的參數(shù)確保管線離開輥輪時處于中心位置。
(2)實(shí)時監(jiān)測鋪管區(qū)域海底的實(shí)時地貌及管線在海底的狀態(tài)
采用掃描式聲吶可以將海底的地貌實(shí)時的顯示出來,對海管在海底的著床情況實(shí)時的監(jiān)測,從而及時的調(diào)整船舶的艏向,確保海管沿著預(yù)定的規(guī)劃鋪設(shè)。
(3)實(shí)時的監(jiān)測鋪管區(qū)域的水深
托管架末端的掃描聲吶同時起到測量鋪管區(qū)域作業(yè)水深的作用,并將測量數(shù)據(jù)輸出至托管監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測鋪管作業(yè)區(qū)域大洋水深。
(4)實(shí)時監(jiān)測海管離開托管架一段距離內(nèi)的狀態(tài)信息
在水文條件較好的情況下,海管離開托管架一定距離內(nèi)的狀態(tài)信息的監(jiān)測主要有托管架末端的水下攝像頭來實(shí)現(xiàn),當(dāng)水文條件惡劣水下攝像頭無法清晰的采集水下畫面時,該功能主要由聲吶的掃描成像功能來實(shí)現(xiàn),并將實(shí)時監(jiān)測的數(shù)據(jù)輸出至托管架監(jiān)測系統(tǒng)。
2.2.3 CCTV系統(tǒng)
CCTV系統(tǒng)包含水下和水上兩部分,水下攝像頭布置于每一組輥輪組的立柱上,用于實(shí)時監(jiān)測記錄海管通過輥輪組的實(shí)時畫面及監(jiān)測輥輪的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,在托管架的最末端設(shè)置有兩個朝向托管架后方的水下攝像頭,用于監(jiān)測海管離開托管架后一段距離內(nèi)的狀態(tài)。
在托管架的A字架上布置水上云臺式攝像頭,用于實(shí)時監(jiān)測托管架絞車鋼絲繩的纏繞情況及托管架周邊的海況,確保作業(yè)安全。
CCTV系統(tǒng)有獨(dú)立的監(jiān)視器顯示采集的畫面,實(shí)時的調(diào)取任意攝像頭的畫面,并具備有錄像功能,能夠保存一段時間內(nèi)攝像頭的畫面。同時將攝像頭所采集的實(shí)時畫面集中輸出至托管架監(jiān)測系統(tǒng),托管架監(jiān)測系統(tǒng)配置有鍵盤和操作手柄,可以進(jìn)行信號切換,使監(jiān)測系統(tǒng)顯示器也可顯示CCTV的圖像。
2.2.4 角度監(jiān)測系統(tǒng)
托管架角度監(jiān)測系統(tǒng)共配備有3個傾斜測量儀,其中兩個裝在第一節(jié)托管架的最末端,用于測量托管架相對水平面的角度,第三個傾斜測量儀作為參考測量儀裝在船體上,用于測量船體的傾斜角度,三個傾斜測量儀的數(shù)據(jù)同時輸出至托管架監(jiān)測系統(tǒng),當(dāng)進(jìn)行鋪管作業(yè)時,系統(tǒng)會將兩組數(shù)據(jù)相比較,從而計(jì)算出托管架與船體的相對張角。
2.2.5 深度測量系統(tǒng)
深度測量系統(tǒng)包含有兩個測深傳感器,其中一個作為托管架入水深度測量傳感器安裝于托管架的最末端,另外一個作為參照傳感器安裝于托管架控制室的外部,用于測量鋪管作業(yè)處的大氣壓,兩組測量數(shù)據(jù)同時輸出至托管架監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)通過兩個壓力傳感器的壓強(qiáng)差來計(jì)算托管架最末端精確的入水深度。
托管架監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)?個分系統(tǒng)所監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的顯示與記錄,當(dāng)數(shù)據(jù)超過報警值時發(fā)出報警,提醒作業(yè)人員注意,但是出于安全方面的考慮,托管件監(jiān)測系統(tǒng)不允許參與托管架的控制,僅僅是對各個參數(shù)的顯示和報警。
深海油氣的開發(fā)是未來油氣產(chǎn)量的主要增長點(diǎn),我局投入重金建造的5000噸起重鋪管船,其具備有3000米水深的S型鋪管能力,其托管架系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)該鋪管功能的關(guān)鍵設(shè)備。
通過對托管架監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成和功能設(shè)置分析和研究,對其功能有了詳細(xì)的了解,為將來煙臺5000噸起重鋪管船托管架監(jiān)測系統(tǒng)的招標(biāo)、定貨技術(shù)的簽訂有了可靠的技術(shù)依據(jù),并為以后的使用與管理打下基礎(chǔ),為其安全運(yùn)營營造良好的前提條件。