海底管线铺设焊接工艺与设备研究.pdf

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1、第39卷第3期2010年6月船海工程SHlP&0CEANENGlNEERlNGV01．39No．3JurL2010DOI：i0．3963／j．issn．1671-7953．2010．03．037海底管线铺设焊接工艺与设备研究姜锡肇1。曹军1，周灿丰2，焦向东2，陈家庆2。纪文刚2，丁文斌1(1．海洋石油工程股份有限公司，天津300451f2．北京石油化工学院能源工程先进连接技术北京高校工程研究中心，北京102617)摘要：针对南海深水油气田开发的需要，以“海洋石油201”为依托，研究了海底管线铺设焊接工艺与设备。海管铺设焊接

2、主作业线由5个焊接工作站和1个AUT／返修站组成，每个焊接工作站配备2套相同的轨道式自动焊接系统，采用GMAW自动焊接T艺，通过双车双炬、窄间隙坡口和背部铜衬垫内对口器等有效的技术手段，保证了海管优质高效焊接。自动焊接系统的焊接小车外形尺寸小、重鼍轻，特别适合于海管铺设工程应用，控制系统采用CANOpen现场总线和网络技术，不仅增加了系统柔性和可靠性，而且实现了现场焊接设备的远程监督。关键词：海底管线；焊接工作站；焊接小车；控制系统；现场总线中图分类号：U671．83文献标志码：A文章编号：1671—7953(20lo)03

3、一0128一05管线焊接的施工方式经历了手工电弧焊、半自动焊和全自动焊等3个发展阶段，20世纪70年代以后，自动焊接在管道施工中的应用发展很快，已经成为目前主流的管线铺设焊接方法[1

4、。为提高自动焊接技术水平和施工效率，开发海底管线铺设焊接设备。1深水铺管起重船及海管铺设焊接1．1深水铺管起重船深水铺管起重船“海洋石油201”由荷兰GUST0公司进行船型设计，国内船舶设计公司自主进行详细设计，采用了包括全电力推进、DP_3动力定位、4000t重型海洋工程起重机、S型深水铺管系统等一系列国际上最先进的技术和装备，为我国首条DP

5、一3动力定位双层甲板自航深水铺管起重船，其性能及有关参数见表1。收稿日期：2010—02—02修回日期：2010—03—05资助项目：国家863高科技(2006AA09A105)；国家自然科学基金(40776054)；北京市属高等学校人才强教计划(PHR201007134，PHR20090519)。作者简介：姜锡肇(1956一)，男，硕士，高级经济师。研究方向：海洋科学。E-mail：jiangxz@mail．cooec．com128表1“海洋石油201”有关参数项目参数项目参数总长204．65m垂线间长185．00m型宽3

6、9．20m型深14．00m作业吃水7．00～9．5m结构吃水11．00ITI航速12kn储管能力9000t动力定位揣装)箜矍作业15～3000m水深“o“1铺管方式S型()n-I改R或J作业咖LO～OUlnJ4～～6015in2．)40约5km／d4000／3500t铺管速度121．93cm起重能力(艉固定后背绳／(48in)全【旦l转)船级ABS／CCS双船定员380人级1．2海管铺设焊接主作业线“海洋石油201”采用双层甲板。即“A甲板”可储存9000t钢管，“主甲板”为铺管作业甲板，配置钢管双节点预制线和主铺管作业线，

7、即海管铺设焊接主作业线。主铺管作业线主要参数如下：1)铺设速率(双节点模式)。121．93cm(48in)、壁厚2．54cm(1in)的钢管，焊接能力为9．5根管／h。2)焊接方式。自动焊接，气体保护电弧焊或药心焊丝电弧焊。3)工作站数量。焊接站5个；AUT(无损检验设备)及返修站1个；节点浇注站2个(间距12．2m)海底管线铺设焊接工艺与设备研究——姜锡肇，曹军，周灿丰，焦向东，陈家庆。纪文刚，丁文斌2海管铺设自动焊接工艺研究2．1海管铺设方法及其焊接海管铺设可以采用多种方法，卷筒铺设(Ree—lingLay)、S—Lay

8、和J—hy是其中的3种主要方法，这3种方法都已经成功地用于2000m以上水深的海底管线铺设和立管安装。J型铺设中的管线几乎是直上直下送到海中，管道脱离角度非常接近垂直，所以张力较小，对于深水应用而言，具有竞争能力。J型铺设时，先将4根12m标准长度钢管焊接预制成为“四节点”，海上铺管安装时只设1个焊接站，管道垂直固定，焊接小车围绕管道旋转，即为2G位置焊接。“海洋石油201”主要采用S—Lay进行海管铺设。该船双节点预制线先将两根标准12m长度钢管焊接预制成为“双节点”，此时，钢管旋转，焊接机头固定，即为1G位置焊接。海管铺

9、设焊接主作业线布置一系列焊接站，管道水平固定，焊接小车围绕管道旋转，即为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顺序布置5个焊接站和1个AUT／返修站，见图1。每个焊接站在同一圆导轨上面安装两台自动焊接小车，每台焊接小车各自完成半个圆周的焊接。焊接站1