專利名稱：適用于管道鋪設(shè)船的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種適用于管道鋪設(shè)船的系統(tǒng)，包括 -支承框架，如，船的甲板框架，
-裝載機(jī)臂，其可在裝載位置和鋪設(shè)位置之間樞轉(zhuǎn)，該裝載機(jī)臂設(shè)有 管道段操作系統(tǒng)，
_第一夾緊元件，其具有相對于支承框架的實(shí)質(zhì)上固定的位置，該第 一夾緊元件可在夾緊位置和釋放位置之間操作，該夾緊位置用于支承延伸 到海里的管線的重量，該釋放位置用于允許相對于第一夾緊元件降下管線，
_第二夾緊元件，其可在上部位置和下部位置之間活動，該第二夾緊 元件可在夾緊位置和釋放位置之間操作，該夾緊位置用于在從上部位置移 動到下部位置期間支承管線的重量，該釋放位置用于將第二夾緊元件從下 部位置移動到上部位置。
背景技術(shù)：
已知了J-鋪設(shè)管鋪設(shè)船。所述船具有J-鋪設(shè)塔和裝載機(jī)臂，該裝載機(jī) 臂可相對于所述J-鋪設(shè)塔在裝載位置和直立位置之間樞轉(zhuǎn)。在其裝載位置 中，從管材庫中將管道段裝載到裝載機(jī)臂上，在這之后，裝載機(jī)臂樞轉(zhuǎn)到 靠近J-鋪設(shè)塔的直立位置。J-鋪設(shè)塔包括用于操作管道段的定向的系統(tǒng)。 因此，使所述管道段實(shí)現(xiàn)與延伸到海里的管線對準(zhǔn)。J-鋪設(shè)塔還具有固定 夾鉗和活動夾鉗，可以分別通過所述固定夾鉗和活動夾鉗間歇地保持管道 來按照倒手的原理操作。已知的J-鋪設(shè)塔通常是相對重的并且不適合于輕 易地利用J-鋪設(shè)設(shè)備來改裝現(xiàn)有的船。
US6910848和US6213686公開了一種用于從浮動船舶上將管道鋪設(shè)到 海底的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有管線的J-鋪設(shè)塔，該管線在所述J-鋪設(shè)塔下 面圍繞一彎曲部延伸并且延伸到海底。J-鋪設(shè)塔具有桅桿、工作臺和移動 工作臺?？梢越o所述工作臺和連接到該工作臺上的所有部件(包括桅桿)
6裝萬向節(jié)。移動工作臺具有用于夾持管線的夾持部分并且可以在上部和下 部位置之間移動。架設(shè)器通過鉸鏈連接到工作臺上。新的管道段被裝載在 該架設(shè)器上，所述架設(shè)器裝備有用于將管道段固定到架設(shè)器上的夾鉗。然 后，通過纜繩將架設(shè)器拉拽到J-鋪設(shè)塔的桅桿上。J-鋪設(shè)塔的桅桿裝備有 定中心器和矯直器。定中心器被用來使新管道段的下端與管線的頂端對準(zhǔn) 以用于焊接。當(dāng)分別由移動工作臺和定中心器來約束上端和下端時，矯直 器可以推動新管道段的中心。因此，該系統(tǒng)包括J-鋪設(shè)塔和用于將管道段 裝載到所述J-鋪設(shè)塔的桅桿上的可樞轉(zhuǎn)的架設(shè)器。將管道段從架設(shè)器傳送 到J-鋪設(shè)塔上是相對復(fù)雜的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)過的管道鋪設(shè)系統(tǒng)。 通過一種適用于管道鋪設(shè)船的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的該目的，包括 _支承框架，如，船的甲板框架，
-裝載機(jī)臂，其可在裝載位置和鋪設(shè)位置之間樞轉(zhuǎn)，該裝載機(jī)臂設(shè)有 管道段操作系統(tǒng)，
-第一夾緊元件，其具有相對于支承框架的實(shí)質(zhì)上固定的位置，該第 一夾緊元件可在夾緊位置和釋放位置之間操作，該夾緊位置用于支承延伸 到海里的管線的重量，該釋放位置用于允許相對于第一夾緊元件降下管線，
-第二夾緊元件，其可在上部位置和下部位置之間活動，該第二夾緊 元件可在夾緊位置和釋放位置之間操作，該夾緊位置用于在從上部位置移 動到下部位置期間支承管線的重量，該釋放位置用于將第二夾緊元件從下 部位置移動到上部位置，
并且裝載機(jī)臂的管道操作系統(tǒng)適用于在裝載機(jī)臂的鋪設(shè)位置中操作管 道段的下端與延伸到海里的管線的上端對準(zhǔn)，該管道段被裝載在裝載機(jī)臂 上。
結(jié)果，裝載機(jī)臂能夠同時起管道裝載機(jī)和塔的作用。管道段在其裝填 位置被從管儲存庫裝載到裝載機(jī)臂上。然后，將裝載機(jī)臂豎立到其鋪設(shè)位 置(即，直立位置)，而裝載機(jī)臂的管道操作系統(tǒng)將管道段保持在適當(dāng)?shù)奈?置。例如，管道操作系統(tǒng)包括用于接合管道段的抓斗。在裝載機(jī)臂的該豎立、鋪設(shè)位置中，裝載機(jī)臂的管道操作系統(tǒng)能夠?qū)⒐艿蓝蔚南露伺c延伸到 海里的管線的上端對準(zhǔn)，例如，管道段被精確地匹配并降下到管線上。在 現(xiàn)有技術(shù)中，裝載機(jī)臂不適用于所述操作，并且通過單獨(dú)的J-鋪設(shè)塔的管 道操作系統(tǒng)來對準(zhǔn)管道段與管線。
當(dāng)管道段的下端擱在延伸到海里的管線的上端上時，這些端部可以被 相互連接在一起，例如，通過焊接。因此，本發(fā)明的裝載機(jī)臂在其豎立鋪 設(shè)位置中構(gòu)成了 J-鋪設(shè)塔。不需要將管道段傳送到單獨(dú)的J-鋪設(shè)塔，并且 根據(jù)本發(fā)明可以省略與裝載機(jī)臂分離的傳統(tǒng)的J-鋪設(shè)塔。
隨后可以按照倒手(hand-over-hand)的原理來操作夾緊元件當(dāng)由 具有實(shí)質(zhì)上固定位置的第一夾緊元件來支承管線時，由在上部位置中的活 動的第二夾緊元件來夾緊以前投放的管線。釋放第一夾緊元件并且將活動 的夾緊元件和管線下降到下部位置。在下部位置中，操作第一夾緊元件進(jìn) 入夾緊位置以用于支承延伸到海里的管線。然后，活動的第二夾緊元件被 釋放并且移回到其上部位置中。然后，操作第一夾緊元件來再將管線保持 在剛好連接到管線上的管道段的上端附近。結(jié)果，相對于豎立的裝載機(jī)臂 降下延長了的管線，即，具有連接的管道段。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，上部和下部位置中的活動的第二夾緊元件位于 具有實(shí)質(zhì)上固定位置的第一夾緊元件的下面。因此，不必將活動的第二夾 緊元件集成到裝載機(jī)臂內(nèi)，但是可以將其安裝在單獨(dú)的結(jié)構(gòu)中，該單獨(dú)的 結(jié)構(gòu)在支承框架和裝載機(jī)臂下面可替換。因此，可以將構(gòu)成樞轉(zhuǎn)J-鋪設(shè)塔 的裝載機(jī)臂的重量保持得相對低。此外，裝載機(jī)臂的設(shè)計(jì)保持相對簡單一 不需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來用于將活動的第二夾緊元件包括到裝載機(jī)臂內(nèi)。 這產(chǎn)生了裝載機(jī)臂的簡單和輕型的結(jié)構(gòu)。
然而，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明還可以是，將活動的第二夾緊元件安裝在裝 載機(jī)臂上，即，裝載機(jī)臂包括第二夾緊元件和用于在其上部和下部位置之 間移動它的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。在該情況下，活動的第二夾緊元件被安裝在具有實(shí) 質(zhì)上固定位置的第一夾緊元件的上面。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，在操作期間，活動的第二夾緊元件(至少在其 下部位置中)位于海平面以下。結(jié)果，在水下在其下部位置中操作活動的 第二夾緊元件?；顒拥牡诙A緊元件也可以在水下在其上部位置中。
8在本發(fā)明的實(shí)施例中，系統(tǒng)包括海底升降機(jī)單元，其設(shè)有第二夾緊元 件，其中海底升降機(jī)單元可在上部位置和下部位置之間移動，海底升降機(jī) 單元的所述上部和下部位置位于具有實(shí)質(zhì)上固定位置的第一夾緊元件的下 面。在該實(shí)施例中，將第二夾緊元件安裝到海底升降機(jī)內(nèi)，該海底升降機(jī) 作為在裝載機(jī)臂的第一夾緊元件下面的單獨(dú)單元可以被上下移動。海底升 降機(jī)單元的上部和下部位置對應(yīng)于活動的第二夾緊元件的上部和下部位 置。
有可能是，海底升降機(jī)單元被連接到支承框架上，例如，通過纜繩。 可以提供提升系統(tǒng)，用于在其上部和下部位置之間移動海底升降機(jī)單元， 例如，安裝在支承框架上。所述提升系統(tǒng)可以包括液壓缸和可能的多滑車 組。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，僅當(dāng)?shù)诙A緊元件處于夾緊位置中時，可以操 作第一夾緊元件進(jìn)入釋放位置，并且其中僅當(dāng)?shù)谝粖A緊元件處于夾緊位置 中時，可以操作第二夾緊元件進(jìn)入釋放位置。結(jié)果，不會意外地釋放管線。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，裝載機(jī)臂被可樞轉(zhuǎn)地連接到支承框架上，從而 實(shí)質(zhì)上與海洋狀況誘發(fā)的船舶運(yùn)動無關(guān)，特別是左右搖擺和前后顛簸。例 如，支承框架包括萬向節(jié)設(shè)備，該萬向節(jié)設(shè)備具有外萬向節(jié)元件和內(nèi)萬向 節(jié)元件，該外萬向節(jié)元件可以相對于支承框架關(guān)于第一樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，并 且該內(nèi)萬向節(jié)元件可以相對于外萬向節(jié)元件關(guān)于第二樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，第二 樞轉(zhuǎn)軸線垂直于第一樞轉(zhuǎn)軸線，并且其中裝載機(jī)臂被可樞轉(zhuǎn)地連接到內(nèi)萬 向節(jié)元件上。
有可能是，裝載機(jī)臂可關(guān)于第二樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)。在該實(shí)施例中，內(nèi)萬 向節(jié)元件和裝載機(jī)臂可關(guān)于共同的樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致了簡單的結(jié)構(gòu)。
此外，該系統(tǒng)可以包括致動裝置，該致動裝置被可樞轉(zhuǎn)地連接在內(nèi)萬 向節(jié)元件和裝載機(jī)臂之間，該致動裝置適用于調(diào)整裝載機(jī)臂相對于垂直方 向的定向。該裝載機(jī)臂在其直立位置中經(jīng)由致動裝置緊靠著內(nèi)萬向節(jié)元件。 可以操作致動裝置來精確地控制裝載機(jī)臂的定向。因此，致動裝置適用于 使裝載機(jī)臂與管線對準(zhǔn)，該裝載機(jī)臂攜帶要被連接到管線上的管道段。例 如，致動裝置包括一個或多個液壓致動器。
本發(fā)明還涉及一種包括如上所述系統(tǒng)的船。此外，本發(fā)明涉及一種用于將管線裝設(shè)在海床上的方法，包括 -提供支承框架，如，船的甲板框架，-提供延伸到海里的管線，該管線具有上端，該上端被第一夾緊元件 夾緊用于支承管線的重量，_在裝載位置中將管道段裝載到裝載機(jī)臂上，并且將所述管道段保持 在裝載機(jī)臂上，-將裝載機(jī)臂從裝載位置樞轉(zhuǎn)到鋪設(shè)位置，_在鋪設(shè)位置中操作位于裝載機(jī)臂上的管道段，從而將管道段的下端 下降到與延伸到海里的管線的上端對準(zhǔn)和/或下降到其上面，-將管道段的下端連接到管線的上端，以便通過管道段將管線延伸到 海里，-由在上部位置中的第二夾緊元件來夾緊延伸到海里的延長的管線 (即，具有連接的管道段)以用于支承延長的管線的重量， -釋放第一夾緊元件，~將第二夾緊元件從上部位置移動到下部位置。應(yīng)該注意到，可以以不同方式來實(shí)現(xiàn)管道段到管線上的連接。例如， 所述連接可以包括焊接、螺紋連接、壓力裝配和任何其它適當(dāng)?shù)倪B接操作。按照本發(fā)明有可能是，在已經(jīng)將第二夾緊元件移動到其下部位置之后， 操作第一夾緊元件來夾緊延長的管線，并且在用第一夾緊元件夾緊延長的 管線之后釋放第二夾緊元件，并且隨后將第二夾緊元件從其下部位置移回 到其上部位置。第一夾緊元件具有相對于支承框架實(shí)質(zhì)上固定的位置。最 初，其夾緊延伸到海里的管線。在連接管道段之后，例如通過焊接，第二 夾緊元件在其上部位置中也接合管線。當(dāng)隨后釋放第一夾緊元件時，通過 將第二夾緊元件從其上部位置移動到其下部位置來降下管線。然后，操作 第一夾緊元件來再次夾緊管線的上端，從而可以釋放第二夾緊元件并且向 上移回而不接合管線。該操作被稱為"倒手"。根據(jù)本發(fā)明有利的是，將第二夾緊元件從其上部位置移動到在第一夾 緊元件下面的其下部位置。可能的是，至少在其下部位置中，將第二夾緊 元件移動到海平面以下，即，水下。當(dāng)活動的第二夾緊元件的行程位于第 一夾緊元件下面時，不必將活動的第二夾緊元件結(jié)合到裝載機(jī)臂內(nèi)，該裝載機(jī)臂還起塔架的作用。因此，裝載機(jī)臂的設(shè)計(jì)保持相對簡單。


僅舉例來說，現(xiàn)在相對于附圖來解釋本發(fā)明。 圖1顯示了設(shè)有用于鋪設(shè)海底管線的系統(tǒng)的船。 圖2、 3顯示了圖1中所示系統(tǒng)的萬向節(jié)設(shè)備。圖4顯示了圖1中所示系統(tǒng)的海底升降機(jī)單元。圖5-7顯示了用于將管道段連接到圖1所示系統(tǒng)中的海底管線上的裝 載機(jī)臂的操作。
具體實(shí)施方式
用1來表示圖1所示的用于鋪設(shè)海底管線的船的整體。船1包括用于 垂直或接近垂直地鋪設(shè)海底管線10的系統(tǒng)2。管線10從船1以單個轉(zhuǎn)彎向 下延伸到海底上。系統(tǒng)2是J-鋪設(shè)系統(tǒng)，其尤其有利于用于深水管道鋪設(shè)。 在該示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)2能夠鋪設(shè)剛性管，例如，具有在8-24英寸范 圍內(nèi)的直徑。J-鋪設(shè)系統(tǒng)2裝備有裝載機(jī)臂5，例如，具有60噸的重量。裝載機(jī)臂 5可在實(shí)質(zhì)上水平的裝載位置和直立的鋪設(shè)位置之間樞轉(zhuǎn)?？梢允褂媒g車塔 4來豎立裝載機(jī)臂5。系統(tǒng)2還具有海底升降機(jī)(SSE)單元7 (例如，重 50噸)，可以使用海底升降機(jī)提升系統(tǒng)6來相對于船1上下移動該海底升降 機(jī)單元。此外，根據(jù)該示例性實(shí)施例的系統(tǒng)2包括甲板管道處理設(shè)備8和 放棄及回收系統(tǒng)9 (A&R系統(tǒng))。J-鋪設(shè)系統(tǒng)2允許將裝載在船后甲板上的管道段60提升到鋪設(shè)、直立 位置并且連接到延伸到海里的管線10上。在該示例性實(shí)施例中，通過月形 開口 (moo叩ool)來鋪設(shè)管線10，但是用于投放管線10的其它位置也是可 以的，如，船尾或船首、或者沿船l的惻面。J-鋪設(shè)系統(tǒng)2可以使用標(biāo)準(zhǔn)類型的管道段。例如，管道可以是按技術(shù) 規(guī)范絕緣的，其允許在鋪設(shè)操作期間將管道段和管線摩擦夾緊在外涂層上。 管道還可以是不絕緣的，如注水或卸油管線。在不絕緣管的情況中，可以 通過夾緊在管道上的擴(kuò)大部上來倒手展開管線，如J-鋪設(shè)套圈或連接器套圈。管道段可以設(shè)有FRPC' s (耐疲勞管聯(lián)結(jié)器)，以從可利用J-鋪設(shè)系統(tǒng) 2的快速循環(huán)鋪設(shè)時間獲得最大效益。可以在船1的主工作甲板處或者在萬 向架下面以指定管線長度的大約85%的覆蓋率來容納列板(strake)設(shè)施， 留下暴露的管用于摩擦或套圈夾緊元件。管道段還可以是鋼筋束管道，例 如，用在張力腿平臺(TLP， s)上的那些。如圖2和3所示，J-鋪設(shè)系統(tǒng)2包括萬向架設(shè)備3，該萬向架設(shè)備3用 于主動地使J-鋪設(shè)系統(tǒng)2的裝載機(jī)臂5平衡。萬向架設(shè)備3形成了主動萬 向架，例如，其可以是放置在主船甲板上圍繞月形開口的大型鋼制品。萬 向架3可以具有143噸的重量。萬向架3包括支承框架(如甲板框架14)、外萬向節(jié)元件或架15和內(nèi) 萬向節(jié)元件或架16。樞軸61、 62在內(nèi)萬向架16和甲板框架14之間的布置 允許內(nèi)架16關(guān)于兩個實(shí)質(zhì)上水平的軸旋轉(zhuǎn)。裝載機(jī)臂5被可樞轉(zhuǎn)地連接到 內(nèi)萬向節(jié)元件16上。裝載機(jī)臂5的樞轉(zhuǎn)軸線對應(yīng)于由樞軸61所限定的樞 轉(zhuǎn)軸線，該樞軸61在內(nèi)萬向節(jié)元件16和外萬向節(jié)元件15之間。由四個液 壓缸18 (參見圖3)來控制內(nèi)萬向節(jié)元件16的運(yùn)動，從而當(dāng)船1左右搖擺 和前后顛簸時，可以將內(nèi)萬向架16保持成對于總原點(diǎn)穩(wěn)定。通過內(nèi)萬向架16的中心處的開口來鋪設(shè)管線10。所述開口設(shè)有用于支 承來自萬向架3的管線10的懸垂重量的第一夾緊元件20。第一夾緊元件 20適用于可釋放地保持延伸到海里的管線10的上端。第一夾緊元件20適 用于支承管線10的重量。在該示例性實(shí)施例中，第一夾緊元件20包括一 系列摩擦夾鉗。當(dāng)將各新管道段60連接到管線10上時，可以接近萬向架3 以允許裝配FRPC聯(lián)接器和連接列板。豎立新的管道段并且將其運(yùn)動方式從船上傳遞到內(nèi)萬向架16上的過渡 階段通常是復(fù)雜的問題。該示例性實(shí)施例允許使萬向架的軸線對準(zhǔn)甲板上 的下一個管道段60的軸線。裝載機(jī)臂5在該階段聯(lián)系到船1的左右搖擺和 前后顛簸運(yùn)動。因此，在起吊點(diǎn)，兩個設(shè)備件之間的唯一相對運(yùn)動是關(guān)于 縱向軸線的轉(zhuǎn)動，這可以很容易地計(jì)算以用于裝載臂5的抓斗的設(shè)計(jì)。主 動的萬向架3相對于船1的左右搖擺和前后顛簸保持穩(wěn)定。第一夾緊元件20的摩擦夾鉗被安裝在內(nèi)萬向架16內(nèi)，即，第一夾緊12"實(shí)質(zhì)上固定的位置" 必須被理解為第一夾緊元件能夠相對于管線在左右搖擺和前后顛簸中旋轉(zhuǎn) 以避免彎曲管線(當(dāng)夾緊和支承管線時)的意思。海底升降機(jī)單元7包括第二夾緊元件22，可以通過上下移動海底升降 機(jī)單元7來在上部位置和下部位置之間移動該第二夾緊元件。在該示例性 實(shí)施例中，活動的夾緊元件22還具有摩擦夾鉗?；顒拥牡诙A緊元件22 適用于可釋放地保持延伸到海里的管線10。當(dāng)將管線10從第一夾緊元件 20釋放時，活動的第二夾緊元件22適用于支承管線10的重量。如圖4所示，SSE系統(tǒng)7包括框架39，該框架具有用于接收管線10的 口部40。在該示例性實(shí)施例中，第二夾緊元件22包括兩個夾緊塊41、 42， 夾緊塊41、 42相對于導(dǎo)軌80可滑動?？梢杂蓨A緊致動器(未顯示)來驅(qū) 動夾緊塊41、 42以用于接合和脫開管線10。夾緊塊41、 42包括摩擦夾鉗。當(dāng)需要的時候，第一和第二夾緊元件20、 22的摩擦夾鉗能夠通過夾緊 管道的涂層來保持管線的懸垂載荷。在有海底升降機(jī)7的基于邏輯的系統(tǒng) 中從中央控制艙來控制摩擦夾鉗21、 23。使用系統(tǒng)聯(lián)鎖裝置，以確保僅一 旦其它組設(shè)備被接合時才可以釋放管道摩擦夾鉗21、 23。例如，整個摩擦 夾鉗的長度大約為2米并且取決于管道的承載能力。在不絕緣管的情況中，可以通過將第一和第二夾緊元件20、 22夾緊在 管道的擴(kuò)大部(如，J-鋪設(shè)套圈或連接器套圈(未顯示))上來倒手展開管 線。應(yīng)注意，在本專利申請中，夾緊不局限于基于摩擦來保持管線。夾緊 還可以意味著其它管線支承。第一和第二夾緊元件20、 22的摩擦夾鉗被安裝成它們可以被移除。這 允許撓性接合部或其它大型終端的通道沿著工作線(firing line)的中心。 通過內(nèi)萬向架降下大型終端的操作順序在鋪設(shè)操作結(jié)束時是特別有益的， 在該處要求利用將端部安裝到適當(dāng)?shù)牡胤絹碓谕耆珣掖怪亓肯路畔庐a(chǎn)品。 然后，如將在以下說明的，A&R系統(tǒng)9可以接管下放操作。在鋪設(shè)循環(huán)開始時，大終端經(jīng)過萬向節(jié)摩擦夾鉗20，并且被主船起重 機(jī)降下。海底升降機(jī)單元7夾緊管線10。摩擦夾鉗的第一半部被降下到內(nèi) 萬向節(jié)環(huán)16內(nèi)部的凸緣上。向?qū)游恢檬┘恿?。圍繞管線IO來組裝摩擦 夾鉗的第二半部。四個定位螺柱協(xié)助將夾鉗引導(dǎo)進(jìn)入正確的位置?，F(xiàn)在J-正常的鋪設(shè)操作。圖5-7中更詳細(xì)地圖示了 J-鋪設(shè)操作。裝載機(jī)臂5包括用于操作裝載 在裝載機(jī)臂5上的管道段60的管道操作系統(tǒng)25。裝載機(jī)臂5的管道操作系 統(tǒng)25包括管道段抓斗26和管道段下放系統(tǒng)33。甲板處理設(shè)備適用于將管 道段60放置到適當(dāng)?shù)奈恢弥幸杂糜谟裳b載機(jī)臂5來拾取。安裝在船1的甲板上的絞車塔4控制被連接到裝載機(jī)臂5上的提升索 70。圖5顯示了由裝載機(jī)臂5來豎立的管道段60。在圖6中，裝載機(jī)臂5 ?？吭谑叭≌旧稀Ｔ谘b載機(jī)臂5的水平裝載位置中，裝載機(jī)臂5從甲板管 道處理系統(tǒng)8 (參見圖l)拾取管道段60。管道段60被夾緊在管道操作系 統(tǒng)25的管道段抓斗26中。然后，絞車塔4豎立起裝載機(jī)臂5以直立被裝 載機(jī)臂5接合的管道段60。在液壓致動器29的控制下使裝載機(jī)臂5從垂直方向有大約10°的運(yùn) 動。絞車塔4的絞車進(jìn)入低張力輸出模式以保持控制提升索70。液壓致動 器29協(xié)助裝載機(jī)臂5的軟對接。在液壓致動器29的控制下，裝載機(jī)臂5 與內(nèi)萬向架16的運(yùn)動同步。 一旦裝載機(jī)臂5處于鋪設(shè)位置，則可以開始管 道的連接順序。管道段抓斗26具有在三個平面內(nèi)操作裝載好的管道段60的設(shè)施，以 允許FRPC' s的精確裝配。然后，使用管道段下放系統(tǒng)33來將管道段60 降下到延伸到海里的管線10上。圖5-7中示意性地顯示了管道段下放系統(tǒng) 33并且其可以以不同方式來構(gòu)造。當(dāng)裝載機(jī)臂5被完全豎立時，由絞車塔4中的雙絞車與滑車系統(tǒng)和雙 液壓缸29來提供臂提升系統(tǒng)中的冗余。J-鋪設(shè)系統(tǒng)2可以適應(yīng)管線10上 的一直到IO。的傾角以允許較淺水域的作業(yè)。在管道段60的下端擱在延伸到海里的管線10的上端上之后，將管道 段60連接到管線10上，例如，通過焊接。隨后通過月形開口降下包括連 接的管道段60的管線10。為了改善J-鋪設(shè)系統(tǒng)2的循環(huán)時間，在通過月形開口完全降下管線10 之前，允許裝載機(jī)臂5開始其返回周期。致動器將裝載機(jī)臂5驅(qū)動到絞車 塔4的纜索上，以用于產(chǎn)品裝載機(jī)臂的受控制的降下。在該示例性實(shí)施例 中，框架設(shè)計(jì)允許裝載機(jī)臂5降下從月形開口中伸出的8m的管道。然后，14裝載機(jī)臂5返回到拾取站。管道抓斗26被打開并且返回到拾取位置。
利用安裝在萬向架3中的第一夾緊元件20和安裝在海底提升機(jī)(SSE) 單元7中的第二夾緊元件22來降下由連接的管道段60延伸的管線10。開 始，活動的第二夾緊元件22處于其上部位置中，并且第一和第二夾緊元件 20、 22都夾緊管線10。
然后，釋放萬向架3的第一夾緊元件20，并且使用SSE單元7來降下 管線10以為下一次連接操作做準(zhǔn)備。這可以通過允許海底升降機(jī)單元與處 于其夾緊位置中的第二夾緊元件22 —起下降一個節(jié)距來實(shí)現(xiàn)，以當(dāng)夾緊管 線10時降下管線10。通過致動萬向架3的第一夾緊元件20來完成倒手的 順序，這允許第二夾緊元件22被釋放，并且允許SSE單元7循環(huán)返回到上 部位置。
用于海底升降機(jī)單元7的主要的機(jī)械原動機(jī)是提升系統(tǒng)6，在該示例性 實(shí)施例中，其包括兩套連接到大型液壓缸上的多落差(multi-fall)滑車 組以及連接到海底升降機(jī)單元7上的提升纜繩(參見圖l)?？梢砸云渌?同方式來構(gòu)造提升系統(tǒng)6。例如，提升系統(tǒng)包括過多的絞車?yán)|索，該絞車?yán)| 索穿過海底升降機(jī)單元7 (未顯示)。
在正常操作條件下，海底升降機(jī)單元7僅需要在負(fù)荷下被降下。該操 作要求在缸完全內(nèi)徑中的液壓流動的受控節(jié)流，并且因此可以進(jìn)行相對快 速的操作。海底升降機(jī)單元7的返回速度取決于低壓流量，該低壓流量將 缸返回到其完全伸展的位置；該操作可以與其它操作一前一后地完成，并 且因此對于系統(tǒng)操作速度不是關(guān)鍵的。
海底升降機(jī)單元7被設(shè)計(jì)成反向工作以允許回收管道10。該不經(jīng)常的 操作的操作速度取決于系統(tǒng)可得到的液壓功率和被回收的管道懸垂重量。 海底升降機(jī)單元7能夠使列板從其夾緊墊之間通過。當(dāng)利用列板來鋪設(shè)時， 為了啟動夾緊，需要管道的平坦段以允許海底升降機(jī)單元7利索地夾緊在 管線10上。
在裝船運(yùn)輸期間，海底升降機(jī)單元7被設(shè)計(jì)成存儲和對接在月形開口 中的高處。這允許從月形開口的內(nèi)部接近該海底升降機(jī)單元7以維修。其 裝配有手動的ROV應(yīng)急閥，如果在操作期間其遭受失效，允許其從管道線 IO釋放。在該示例性實(shí)施例中，設(shè)備能夠使2.5米的撓性接合部通過夾鉗的中 心，以允許終端通過月形開口，預(yù)先考慮到用于向其它船或海底轉(zhuǎn)移。
設(shè)置A&R系統(tǒng)9來用于完成的管線的終止和轉(zhuǎn)移或者用于不能利用J-鋪設(shè)設(shè)備來維持管道的懸垂載荷或靜態(tài)管線角度時的情況。在該示例性實(shí) 施例中，A&R系統(tǒng)9包括500噸的絞車，該絞車被安裝在船1的尾部主甲板 上。纜索在船1的中間甲板50下面在放置于月形開口的工作線中的槽車輪 51上行進(jìn)。A&R系統(tǒng)9允許管道的懸垂重量從海底升降機(jī)單元7轉(zhuǎn)移到線 繩索上，該線繩索可以降下該系統(tǒng)，以為將終端傳遞到浮式采油、儲油和 卸油系統(tǒng)(FPSO)或懸鏈錨腿系泊浮筒(CALM buoy)上作準(zhǔn)備。安裝A&R 的中央滑車以允許將其輕易地安裝到工作線上和從其上移除。
在海底升降機(jī)單元7將管道線10下降到萬向架3的第一夾緊元件20 的下面后，將A&R線連接到管道線10上，并且將A&R的滑車51定位在月 形開口工作線之上。然后，定位在后甲板上的500噸的絞車從海底升降機(jī) 單元7提取所述負(fù)載，并且安裝在海底升降機(jī)單元7中的第二夾緊元件22 的摩擦夾鉗釋放。將系統(tǒng)縮回到月形開口，以便系統(tǒng)自由地操作A&R過程。
本發(fā)明的J-鋪設(shè)系統(tǒng)具有幾個比具有J-鋪設(shè)塔的傳統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)越的特 點(diǎn)，例如迅速地來自多用途安裝型船的可動性/不可動性、低重量和成本、 快速的循環(huán)時間(特別是當(dāng)與利用非焊接的管連接器結(jié)合時)和通過使管 道線與船運(yùn)動分離而降低了鋪設(shè)管道應(yīng)力。
現(xiàn)有的J-鋪設(shè)塔的結(jié)構(gòu)使用安裝在船主甲板上的大型的固定安裝的起 重機(jī)。例如，本發(fā)明的J-鋪設(shè)系統(tǒng)在這一點(diǎn)上是不同的裝載機(jī)臂是小型 結(jié)構(gòu)，其在鋪設(shè)操作期間無須處理全部管道的懸垂重量。更小的、輕重量 的裝載機(jī)臂減小了需要安裝設(shè)備的船的尺寸并且提高了活動機(jī)動性。當(dāng)管 道段保留在裝載機(jī)臂上時，其被連接到延伸到海里的管線上。直接從裝載 機(jī)臂將管道段連接到管線上。不將管道段從裝載機(jī)臂傳送到單獨(dú)的J-鋪設(shè) 塔上。
此外，將管道懸垂部分保持在裝萬向節(jié)的夾鉗中。這允許將管道線與 船的左右搖擺和前后顛簸運(yùn)動隔離。因此，在鋪設(shè)操作期間，尤其是在伸 出的操作期間，大大減小了管道的循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變。此外，在船舶資源的 利用中，系統(tǒng)的有效機(jī)動性是很重要的。在示例性實(shí)施例的系統(tǒng)中，設(shè)備能夠使鋪管操作反向以用于管線的回收。
所述設(shè)備設(shè)計(jì)成在以下海洋狀況的范圍內(nèi)工作正常操作，其中設(shè)備 可以鋪設(shè)管道并且按要求執(zhí)行鋪設(shè)操作，極端狀況的放棄，其中設(shè)備可以 仍然保持管道線直到天氣緩和，并且正常操作可以重新開始，和存留狀態(tài)， 其中設(shè)備被放置于儲存位置，以便其可以經(jīng)受強(qiáng)風(fēng)暴一未在設(shè)備內(nèi)裝入管 道。系統(tǒng)2可以在適當(dāng)?shù)膯吸c(diǎn)故障中存留。
本發(fā)明不局限于圖中所示的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將輕易地 認(rèn)識到在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有各種各樣的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.可用于鋪設(shè)管道的船(1)的系統(tǒng)(2)，包括-支承框架(14)，如，船(1)的甲板框架，-裝載機(jī)臂(5)，其可在裝載位置和鋪設(shè)位置之間樞轉(zhuǎn)，該裝載機(jī)臂(5)設(shè)有管道段操作系統(tǒng)，-第一夾緊元件(20)，其具有相對于支承框架(14)的實(shí)質(zhì)上固定的位置，該第一夾緊元件可(20)在夾緊位置和釋放位置之間操作，該夾緊位置用于支承延伸到海里的管線(10)的重量，該釋放位置用于允許相對于第一夾緊元件(20)降下管線(10)，-第二夾緊元件(22)，其可在上部位置和下部位置之間活動，該第二夾緊元件(22)可在夾緊位置和釋放位置之間操作，該夾緊位置用于在從上部位置移動到下部位置期間支承管線(10)的重量，該釋放位置用于將第二夾緊元件(22)從下部位置移動到上部位置，其特征在于，所述裝載機(jī)臂(5)的管道操作系統(tǒng)(25)適用于在所述裝載機(jī)臂(5)的鋪設(shè)位置中將裝載在所述裝載機(jī)臂(5)上的管道段(60)的下端操作到延伸到海里的所述管線(10)的上端上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述裝載機(jī)臂(5)的管道操作 系統(tǒng)(25)包括用于將裝載在所述裝載機(jī)臂(5)中的管道段(60)下降到 所述鋪設(shè)位置中的管道段下放設(shè)備(33)，從而所述管道段(60)的下端被 安裝在所述管線(10)的上端上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中在所述上部位置和下部位置 中的該活動的第二夾緊元件(22)位于所述第一夾緊元件(20)的下面。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中在操作期間，所述活動的 第二夾緊元件(22)，至少在其下部位置中，位于海平面下面。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括海底升降機(jī)單元(7)，其裝備有所述第二夾緊元件(22)，并且所述海底升降機(jī)單元(7) 可在上部位置和下部位置之間活動，所述海底升降機(jī)單元(7)的該上部和 下部位置位于所述第一夾緊元件(20)的下面。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中僅當(dāng)所述第二夾緊元件 (22)處于夾緊位置中時，可以操作所述第一夾緊元件(20)進(jìn)入釋放位置，并且僅當(dāng)所述第一夾緊元件(22)處于夾緊位置中時，可以操作第二 夾緊元件(22)進(jìn)入釋放位置。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中所述裝載機(jī)臂(5)被可 樞轉(zhuǎn)地連接到所述支承框架(14)上，以便實(shí)質(zhì)上與海洋狀況誘發(fā)的船舶 運(yùn)動無關(guān)，特別是左右搖擺和前后顛簸。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中所述支承框架(14)包括 萬向節(jié)設(shè)備(3)，該萬向節(jié)設(shè)備具有外萬向節(jié)元件(15)和內(nèi)萬向節(jié)元件(16)，該外萬向節(jié)元件(15)可以相對于所述支承框架(14)關(guān)于第一樞 轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，并且該內(nèi)萬向節(jié)元件(16)可以相對于外萬向節(jié)元件(15) 關(guān)于第二樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，第二樞轉(zhuǎn)軸線垂直于第一樞轉(zhuǎn)軸線，并且其中所 述裝載機(jī)臂(5)被可樞轉(zhuǎn)地連接到所述內(nèi)萬向節(jié)元件(16)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述裝載機(jī)臂(5)可關(guān)于所述 第二樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其中致動裝置(29)被可樞轉(zhuǎn) 地連接在所述內(nèi)萬向節(jié)元件(16)和所述裝載機(jī)臂(5)之間，該致動裝置(29)適用于調(diào)整所述裝載機(jī)臂(5)相對于垂直方向的定向。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8-10之一所述的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)萬向節(jié)元件(16) 包括用于延伸到海里的所述管線(10)的通道，并且所述第一夾緊元件(20) 被安裝在所述通道中。
12. 包括根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)的船。
13. 用于將管線(10)裝設(shè)在海床上的方法，包括-提供支承框架(14)，如，船(1)的甲板框架，-提供延伸到海里的管線(10)，該管線(10)具有上端，該上端被第 一夾緊元件(20)夾緊用于支承所述管線(10)的重量，-在裝載位置中將管道段裝載到裝載機(jī)臂(5)上，并且將所述管道段 保持在所述裝載機(jī)臂(5)上，-將所述裝載機(jī)臂(5)從所述裝載位置樞轉(zhuǎn)到鋪設(shè)位置，-在所述鋪設(shè)位置中操作位于所述裝載機(jī)臂(5)上的所述管道段，從 而將所述管道段的下端操作到延伸到海里的所述管線的上端，-將所述管道段的下端連接到所述管線(10)的上端，以便通過所述 管道段將所述管線延伸到海里，-由在上部位置中的第二夾緊元件(22)來夾緊延伸到海里的延長的 管線(10)以用于支承延長的管線(10)的重量，-釋放所述第一夾緊元件(20),-將所述第二夾緊元件(22)從上部位置移動到下部位置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在已經(jīng)將所述第二夾緊元件 (22)移動到其下部位置之后，操作所述第一夾緊元件(20)來夾緊延長的管線(10)，并且在用所述第一夾緊元件(20)夾緊延長的管線(10)之 后釋放所述第二夾緊元件(22)，并且隨后將所述第二夾緊元件(22)從其 下部位置移回到其上部位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中將所述第二夾緊元件(22) 從其上部位置移動到在所述第一夾緊元件(20)下面的其下部位置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13-15之一所述的方法，其中當(dāng)由所述裝載機(jī)臂(5) 將所述管道段(60)保持在所述鋪設(shè)位置中時，將所述管道段(60)的下端連接到所述管線(10)的上端，在所述裝載位置中已經(jīng)將該管道段裝載 到所述裝載機(jī)臂(5)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于管道鋪設(shè)船(1)的系統(tǒng)，包括支承框架(14)，例如船的甲板骨架，和可在裝填位置和豎直位置之間活動的裝載機(jī)臂(5)。裝載機(jī)臂裝備有管道段操作系統(tǒng)(25)。提供相對于支承框架具有基本上固定位置的第一夾緊元件(20)。第一夾緊元件可在用于支承管線(10)的重量的夾緊位置和用于允許降下所述管線的釋放位置之間運(yùn)轉(zhuǎn)。第二夾緊元件(22)可在上部位置和下部位置之間活動。第二夾緊元件可在用于在從上部位置移動到下部位置期間支承管線的重量的夾緊位置和用于將第二夾緊元件從下部位置移動到上部位置的釋放位置之間運(yùn)轉(zhuǎn)。裝載機(jī)臂的管道操作系統(tǒng)適用于在裝載機(jī)臂的鋪設(shè)位置中操作裝載在裝載機(jī)臂上的管道段的下端與延伸到海里的管線的上端對準(zhǔn)。
文檔編號F16L1/19GK101657664SQ200880011968
公開日2010年2月24日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者D·C·里格斯, D·P·賴爾登, J·波拉克 申請人:Sbm阿特蘭蒂亞有限公司