摘要：近年来，我国对海洋资源的开采越来越深入，对海洋管道铺设的技术要求越来越高。相应的，对大型装备制作工程提出了新的挑战，需要对深海乃至超深海的工程作业装备以及工艺技术进行更深入的研究。越来越根据目前研究成果，本文重点讨论和研究了深水铺管船的铺管作业工艺特性。本文的研究成果对完善和规范我国深水铺管作业工艺具备借鉴意义。
关键词：海底管道；铺设技术；研究进展
引言
在管线焊接施工形式当中，最初是进行手工电弧焊，后来发展到了半自动焊以及全自动焊。在 20 世纪 70 年代后，自动焊接逐级得到了普及，而且是现在普遍所采用的管线铺设焊接方式，其能够很大程度的加强自动焊接技术的工作效率。
1.深水海底管道铺设法
1.1 S型铺管法
S型管道铺设，管道通过船尾的托管架放入水中，管道在进入海床的施工过程中形成 S形曲线，管线整体形态因呈 S形而得名，如图 1 所示。
图1 S 型铺管法及铺管船示意图
在铺设过程中，张紧器一端紧紧固定管道，并沿着托管架，将管道慢慢滑入水中。张紧器的张力越大对应的托管架的尺寸越长，铺管船的铺管能力就越强。通过调整铺管船的船尾以及托管架上安装的滚轮高度能够调节控制整个管道系统的受力情况。海水中管道在受自身重力和托管架支撑力的作用下自然弯曲呈现为上弯段和下弯段的 S型，中间称为中间段。在铺设时，为保证整个铺管过程的安全性，应将铺设中产生的应力载荷集中在管道的上弯段。S- lay有较高的铺设效率，但随着水深的增加，S- lay对铺管设备性能的要求也越来越严格。其中，托管架的尺寸越长对铺设过程越有利。目前最深的水深纪录己接近3000m，而托管架长度己达到 140m。相信随着铺管技术的不断成熟完善，在铺设深度继续增加的同时，托管架的长度也必然有新的发展。
1.2 J型铺管法
J型铺管方式是目前深水和超深水的管道铺设中应用最成熟的。J- lay在铺管船的船尾设有可以旋转调节角度的塔架。张紧器安装在塔架的顶端，铺设中通过调节张紧器的张力及塔架的倾斜角度，达到控制管道中的系统应力。
对管道焊接，J- lay的焊接效力较低，直接影响了J- lay的铺设效率。J- lay的铺设速度为每天 1~1.5 km，由于J- lay塔架的倾斜角度较小，所以 J- lay在铺设过程中所需要的张力并不大，这是一个很重要的优势。相对于传统的 S-lay，J- lay可以通过减小控制路线的水平半径，对于平整度较差的海床，很大程度上减少海床预处理程序。基于管道是被直接直接吊装到塔架上的，不存在卷曲，所以管道在铺设中塑性弯曲是不存在的。但是，由于塔架的铺设方式都是垂直完成，使得船舶的稳性上具有很大风险。J- lay主要用于水深大于 1000m较深海域的海底管道铺设。
2.海管铺设自动焊接工艺研究
2.1海管铺设方法及其焊机
海管铺设的方式非常多，其中卷筒铺设是最为常用的。而在海管铺设当中，通常主要包括 3 种铺设方式，它们都能够在深于 2000m 的海底对管线进行铺设和对立管进行安装。J型所铺设的通常一般都是采用直上直下的方式送入到水里，管道脱离角度几乎垂直，因此不会具有太大的张力。在对J型就行铺设期间，首先要把 4 根 12m 长的钢管先分成 4 个节点，在对海上铺管进行安设期间，要安排一个焊接站，并且要把管道进行稳固，焊接小车要顺着管道进行转动，这样就是2G位置焊接。深水铺设其中船中包括海洋石油201，它主要使用的是S-Lay 来采取海管铺设工作。此船双节点预定线，要把 12m长的钢管焊接做成“双节点”，那么这个时候，钢管旋转话，就属于IG 位置焊接。海管铺设焊接主作业线在布置焊接站的时候，管道要保持固定，这样就属于 5G 位置焊接。
2.2海管铺设自动焊接流程
“海洋石油201 ”海管铺设焊接主作业线包括焊接站以及SUT/ 返修站，其中焊接站一共具有 5 个，而 AUT/ 返修站则是1个。任何的焊接站在相同的圆导轨中，要安设自动焊接小车，而且小车还要进行焊接工作，接线站从第1个到第 5 个要进行打底工作，第 6 个站通常使用自动超声 AUT 来完成焊缝检测工作，如果发现焊缝具有问题，那么就要马上返修。
2.3海管优质高效自动焊接工艺
“海洋石油 201 ”在海管铺设中，主要使用的是自动焊接工艺，所运用的技术包括：1）双车双炬焊接。在双炬焊接中，要在所有的焊接小车中安设焊枪，而在焊接的过程中，要构成 2 个熔池。双炬焊接和单炬焊接进行比较能够发现，双炬焊接的效率不但能够提升 1 倍，同时还可以完善单炬焊接韧性差的弊端，而且还能够让接头硬度下降。双车焊接，主要是在相同的圆导轨中安设 2 个自动焊接小车，在两边一同进行焊接，焊接小车要以 12 点的方位为起始点，然后引弧往下进行焊接，而另外一个则要和前一个小车具有一定的时间差，并从同样的位置往下焊接。随后的几个站，也要使用同样的操作方式。不过，引弧方位要和前一站分开，这样就能够防止出现没有融合的情况。2）窄间隙坡口。坡口会对焊接生产效率造成决定性的作用。通过海管铺设的实践工作能够了解到，组合 V 形坡和标准 V 形坡口进行比较，焊接时间能够加快20%。而在“海洋石油201 ”的海管铺设当中，在使用窄间隙坡口，焊接速率取得了明显的提升。使用窄间坡口，因为 GMAW 电弧的张角并不大，电弧主要集中集中于坡口底部，在热输入很低的情况下，很有可能形成侧壁没有融合的情况，另外由于坡口比较窄，在导电器件极有可能在触碰侧壁的时候出现短路的情况。若想满足“海洋石油201 ”窄间西坡口焊接的需求，研发出了小型导电嘴，其外表面被装上了绝缘层，这样就能够避免坡口里出现短路的情况。3）背部铜衬垫对口器。研发气动内对口器。此对口器背部具有铜衬垫，也就是打底焊接使用背部强制成形的形式。若想确保打底期间能够具备一定的支撑力，铜衬垫材料通常会使用氧化铝铜，它的抗软化温度能够达到 800℃，而打底焊接期间的材料不会发生软化的情况。
结束语
综上所述，S型铺管技术是高效率、低成本海底管道铺设技术，同时对铺管船的张紧器、托管架有硬性要求；在超深水铺管工艺上，必须要综合考虑张紧器、托管架、管道屈曲压溃、管道弯曲、管道轴向力、管道残余应变、管道旋转等因素。本文深入研究国内外铺管作业案例中的海底管道铺设过程及相关铺设工艺技术和铺管作业工艺参数之间的变化规律，制定理论与经验相结合的超深水 S 型湿式铺管工艺，为超深水海底管道铺设提供强有力的工程理论依据，具有重要的意义。
参考文献：
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论文作者:牛宝
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/18
标签：管道论文; 深水论文; 海底论文; 作业论文; 管线论文; 小车论文; 打底论文; 《基层建设》2019年第6期论文;