本站原创[摘 要 ]本文主要论述了海底管道在铺设过程中与张紧器履带之间的滑动情况,并举典型项目为例对海管铺设时海底管道是否会与张紧器履带之间产生相对滑动进行了简要的计算分析.
[关 键 词 ]海底管道 张紧器 滑动
1前言
海底管道铺设在当今已经是一套相对成熟的施工流程,在每条海底管道铺设之前都需要对海管及相应的铺管船进行海底管道铺设分析,得到适合的铺设张力及海管支撑滚轮高度用以指导海上施工,以保证海管在铺设过程中的合理性及安全性.而在铺设过程中在既设的张力下海管是否会与张紧器履带之间产生相对滑动往往会被忽略.如果张紧器提供的夹持力无法夹住管子,海管会在铺设过程产生滑动,无法保持恒定的张力,情况严重时海管会滑脱张紧器,直接导致海管铺设失败,同时很有可能造成设备损坏及人员伤亡.给海管铺设工作带来了很大安全隐患.因此需要我们在铺设之前对张紧器履带与海管之间的滑动情况加以研究和分析,确保海管在铺设过程中不会产生滑脱张紧器的情况,以保证海上施工的安全性.
2概述
海底管道是海洋工程事业中尤为重要的一部分.随着当今海洋事业逐渐向深水发展,小管径小张力的海底管道铺设情况越发常见.张紧器是海管铺设过程中最为关键的设备之一,其通过上下履带提供海管以夹持力,从而通过摩擦提供海管以轴向力（即张力）以保证海管的正常铺设.当铺设张力相对较小时,张紧器只需提供较小的夹持力,当夹持力产生的摩擦力小于海管张力时海管就会发生滑动,因此需要我们在海管铺设前对海管是否会在张紧器中发生滑动进行校核,以保证海上施工的安全性.
3海底管道与张紧器履带之间滑动计算方法
张紧器是用以提供海管轴向张力的关键铺管设备,其结构主要通过上下履带夹持海管产生摩擦力以提供铺设所需的张力.
张紧器设备自身都会有一张能反映张力与夹持力关系的对照表,我们可以通过表中查出的数据以及相应计算得到的数据对海管是否会在张紧器履带中产生滑动进行校核.具体的计算方法如下：
当张紧器履带所提供的摩擦力ft大于海管在铺设张力下所需的摩擦力fp时,我们认为海管不会发生滑动.
张紧器履带所提供的摩擦力ft的计算
我们可以在张紧器张力一夹持力关系对照表中查得相关数据并进行计算,
如图2所示,我们可以在表中查得对应铺设张力T的张紧器履带夹持力Fc,而夹持力以通过分解后求得作用在海管上的正压力F,在这里F等于c/2/sinθ,ft等于F×μ.
其中,
T——张紧器铺设张力,ton；
Fc——张紧器履带夹持力,ton：
F——正压力,ton；
θ——张紧器履带夹角/2；
ft——张紧器履带所提供的摩擦力,ton；
μ——海管与张紧器履带之间的摩擦系数；
海管在铺设张力下所需的摩擦力fp的计算通过海管铺设张力计算所需的摩擦力,一般的张紧器上下共四条履带夹持海管以提供摩擦力,当知道海管铺设张力T时,可以计算出海管在铺设张力下所需的摩擦力fp,fp等于T/4.
其中,
fp——海管在铺设张力下所需的摩擦力,ton
4算例
以荔湾3—1深水海管项目为例,此项目启动中海油新建的海洋石油201深水铺管船铺设一条6寸海管,水深200-1400m,其中最小的铺设张力为12.2t,我们采用以上计算方法来校核海管是否会在张紧器中产生滑动.
4.1张紧器履带所提供的摩擦力R的计算
查得对应12.2t张力时的夹持力Fc等于7.625t/m,张紧器长7.5m,因此夹持力Fc等于7.625×7.5等于57.2t,正压力F等于Fc/2/sinθ等于57.2/2/sin70°等于30.4t,张紧器履带所提供的摩擦力ft等于F×μ等于30.4X 0.25等于7.6t
4.2海管在铺设张力下所需的摩擦力fp的计算
海管在铺设张力下所需的摩擦力fp等于T/4等于12.2/4等于3.05t
通过计算得知ft>fp,因此海管在铺设时不会在张紧器中发生滑动.
5结论
通过上述论证及相关算例计算得知,需要在海管铺设之前对海管在张紧器之中的滑动情况进行分析,一旦存在海管滑动的可能性,就需要采取增加涂层摩擦系数等方法来规避此种风险.
6结束语
海底管道铺设是海洋工程事业中的重要环节之一,如何在施工之前进行全面的分析并提前做好预案是我们所需研究的内容,尽可能的将问题暴露在出海施工之前,将风险降到最低,以保证在项目施工时的安全性.希望此文能对海管铺设情况研究有所帮助.当然,文中提到的某些方法也有待进一步思索和改进,这也是今后不断努力实践的方向.