铺管船上张紧器及管线收放绞车的张力测试方法与流程

本发明涉及铺管船，尤其涉及一种铺管船上张紧器及管线收放绞车的张力测试方法。属于海洋石油工程领域。

背景技术：

海洋蕴藏着丰富的油气资源，随着全球能源需求的不断增加和海洋石油开发技术的不断成熟完善，海底管道已经成为国内外海洋油气资源运输的主要方式。

目前，海底管道的铺设是由铺管工程船来完成，铺管作业线一般位于船舯线或船侧边。张紧器和管线收放绞车是铺管工程船上海底管线铺设系统的核心设备。张紧器是夹持已焊接海底管道段，并控制其下放入水和回收的设备。在海底管道的铺设中，其提供保持海底管道弯曲形状的恒定张力。管线收放绞车主要用于铺管过程中弃管及管道回收，在此过程中，其需要与张紧器协同作业完成海底管道的张力转换过程，管线收放绞车也具有恒张力控制功能。其收放是基于海底管道铺设规范的要求，张紧器和管线收放绞车在安装完成后、不同铺管项目开始前和设备法定标定时间到期后，其都要进行张力测试，以验证设备能力和可靠性，因此，张力测试时，对于铺管船需要经常进行的测试工作。而对于铺管船的张紧器和管线收放绞车的张力测试工作内容包括：张紧器的静态与动态张力测试、管线收放绞车的静态与动态拉力力测试、张紧器与管线收放绞车的张力转换测试。

目前，对于上述测试内容常用的有以下几种方法：

一是：在海上找到适宜的试验地点，抛一个或两个大吨位的大抓力锚作为测试锚固点，通过钢缆与铺管船测试海管段连接，借助铺管船的锚泊系统进行试验；该种方法受海域环境限制较多，需要提前向海事部门报备，试验过程需要资源多、耗时长、费用高。另一种试验方式是由拖船代替连接管线的大抓力锚，虽然该方法提高了灵活性，但仍受到试验地点和海事部门的限制，另外不适用于大吨位的测试。再有一种试验方式是在铺管船上设置固定拖点连接管线收放绞车与试验管段，采用管线收放绞车与张紧器对拉的方式进行，这种方式钢丝绳需要从很长的试验管段内或侧边穿过，且需要与管线收放绞车能力相当的大拉力辅助绞车，占用空间大、费用高，且无法完成系统张力转换功能试验。

铺管工程船作业线设备布置多，作业空间小，测试工作应尽量降低空间占用，减少使用额外辅助资源以降低测试成本和测试难度，通过船舶自身设备完成张力系统的测试工作，应具有更高的灵活性和便捷性。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种铺管船上张紧器及管线收放绞车的张力测试方法，其不需要在铺管船上焊接安装和拆除附属加强结构及额外增加辅助设备与资源，便能够进行张紧器及管线收放绞车的张力测试，不仅解决了张力系统测试所用辅助设施复杂、占用空间大的问题；而且，还能够根据铺管工程需要随时进行张紧器及管线收放绞车的张力测试；大大提高了测试效率，完善了试验模式转换过程、动态试验与张力转换功能的问题。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种铺管船上张紧器及管线收放绞车的张力测试方法，其特征在于：

第一步：测试前的准备工作：

1.将试验海管输送至适当位置，并安装海管封头；

2.海管封头与管线收放绞车的钢缆连接，然后，通过作业线滚轮，将试验海管输送至第一张紧器的下方；

3.而位于船尾侧的固定拖拉点分别与第一钢丝绳一端的闭式索节相连，第一钢丝绳的另一端与拖曳三角眼板相连，拖曳三角眼板的另一端与拉力计相连，拉力计的另一侧与海管封头连接；

4.检查所有连接是否稳妥、正确，连接达到初始状态；

第二步：第一张紧器的张力静态试验：

①闭合第一张紧器，并使第二张紧器保持开状态，放松管线的收放绞车，使钢缆保持松驰状态，此时，第一张紧器的张力显示为0；

②启动第一张紧器，观察拉力计达到预定值后，保持状态，持续预定时间，观察第一张紧器的实际张力值显示是否与拉力计显示值相同，如不同需进行设定调整，使第一张紧器与拉力计数值一致；

③观察第一张紧器是否存在打滑、转动，若第一张紧器发生转动、第一张紧器的垫块与试验海管间发生相对位移，需要对第一张紧器进行调整，在保持张力不变的情况下，以保持第一张紧器无转动、垫块与试验海管间保持相对静止、无相对位移等打滑现象；

④逐步增加第一张紧器收紧张力，观察拉力计是否达到预定值后，保持状态，持续预定时间，观察第一张紧器的实际张力值显示是否与拉力计的显示值相同，如不同需进行设定调整；以保持第一张紧器和试验海管相对静止状态为合格；

⑤重复上述操作，使拉力计达到第一张紧器的满负荷，检验第一张紧器的张力能力，然后，逐步释放第一张紧器的张力，直至完全释放；

第三步：验证收放绞车的静态张力能力：

⑴打开第一张紧器和第二张紧器，启动收放绞车，逐步收紧钢缆，观察拉力计是否达到预定值后，保持状态，持续预定时间，观察收放绞车的拉力值与拉力计显示值一致及设备状态；

⑵重复上述方法，不断增加预定值，使拉力计达到满负荷，检验收放绞车的张力能力，每增加或减少张力，应与拉力计的值相对应并一致为合格；

第四步：第一张紧器和收放绞车的张力转换：

1.闭合第一张紧器，并启动第一张紧器达到预定值，以保持管线静止，观察拉力计显示值和第一张紧器张力显示值一致，再启动收放绞车，逐渐收紧钢缆，进行第一张紧器及收放绞车的联动，并在保持张力不变的情况下，将第一张紧器的张力逐渐降低，逐渐提高收放绞车的张力，将第一张紧器的张力稳定转移至收放绞车，并保持拉力计的张力显示值恒定，完成第一张紧器和收放绞车的张力转换，测试系统的张力转换性能；

2.通过反向操作，能够进行收放绞车向第一张紧器的张力转换；

第五步：拆除静态试验用拉力计及部分第一钢丝绳，并将拉力计替换为动滑轮组，然后，安装导向滑轮，该导向滑轮与导向滑轮固定点连接；第二钢丝绳的一端与动滑轮组固定，另一端通过导向滑轮和导向立柱与辅助动态试验绞车相连；以达到动态试验的初始状态；

第六步：测试第一张紧器的动态自动收放管线的功能：

启动辅助动态试验绞车，收紧第二钢丝绳，并使试验海管处在第一张紧器的下方，辅助动态试验绞车刹车刹死；然后，闭合第一张紧器，使第一张紧器夹持管线，并预设试验张力，启动第一张紧器自动收放功能，观察第一张紧器张力显示达到预设张力，并检查第一张紧器与试验海管状态，此时，第一张紧器与试验海管为相对静止状态；再启动辅助动态试验绞车，收紧第二钢丝绳，当拉力大于第一张紧器的预设张力时，通过动滑轮组带动试验海管向船尾移动，第一张紧器释放管线；然后，停止辅助动态试验绞车，第一张紧器停止释放管线，并保持预设张力；放松辅助动态试验绞车，释放第二钢丝绳，通过动滑轮组释放拉力，第一张紧器检测到拉力小于预设张力，开始回收管线，以保持恒定的预设张力；

第七步：测试收放绞车主动收放管线，以保持张力恒定的动态功能：

将辅助动态试验绞车刹车刹死，连接收放绞车，并预设试验张力；然后，启动辅助动态试验绞车，收紧第二钢丝绳，当拉力大于收放绞车的预设张力时，通过动滑轮组带动管线向船尾移动管线，收放绞车释放管线；然后，停止辅助动态试验绞车，收放绞车停止释放管线，并保持预设张力；放松辅助动态试验绞车，释放第二钢丝绳，通过动滑轮组释放拉力，收放绞车检测到拉力小于预设张力，开始回收管线，以保持恒定的预设张力，测试收放绞车，在检测到管线拉力变化时，能主动收放管线，以保持张力恒定的动态功能。

所述第一步中，也可以先启动第二台张紧器或任一台张紧器。

所述第六步中，也可以先启动第二台张紧器或任一台张紧器。

一种铺管船上张紧器及管线收放绞车的张力测试装置，其特征在于：设有：设在船尾的固定拖拉点，静态试验时，试验海管的一端与收放绞车的钢缆连接，试验海管的另一端通过第一钢丝绳与拉力计连接，拉力计再通过第一钢丝绳经拖曳三角眼板分别与船尾固定拖拉点相连；动态试验时，将拉力计替换为动滑轮组，动滑轮组的第二钢丝绳一端与动滑轮组固定，动滑轮组的另一端通过固定在船尾小拖拉点上的导向滑轮和导向立柱与试验辅助绞车相连。

所述拉力计的两侧为带索节和卸扣的第一钢丝绳，其中，索节、卸扣、第一钢丝绳按顺序相连。

所述动滑轮组为三柄或多柄，导向滑轮设在一侧，导向立柱设在一侧或上方；其中，动滑轮组与拖曳三角眼板和海管封头直接相连或通过带索节、卸扣的第二钢丝绳与拖曳三角眼板和海管线封头连接。

本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其操作简便、灵活、安全，不需要在铺管船上焊接安装和拆除附属加强结构及额外增加辅助设备与资源，便能够进行张紧器及管线收放绞车的张力测试，不仅解决了张力系统测试所用辅助设施复杂、占用空间大的问题；而且，还能够根据铺管工程需要随时进行张紧器及管线收放绞车的张力测试；大大提高了测试效率，完善了试验模式转换过程、动态试验与张力转换功能的问题。

附图说明

图1为本发明张紧器和管线收放绞车静态试验及张力转换示意图；

图2为本发明动态试验测试装置示意图；

图3-1为本发明海管封头主视结构图；

图3-2为本发明海管封头侧剖视结构图；

图4为本发明三角拖曳眼板连接示意图。

图中主要标号说明：

1.固定拖拉点、2.卸扣、3.闭式索节、4.第一钢丝绳、5.拖曳三角眼板、6.拉力计、7.海管封头、8.试验海管、9.第一张紧器、10.第二张紧器、11.钢缆、12.收放绞车、13.辅助动态试验绞车、14.导向立柱、15.导向滑轮、16.导向滑轮固定点、17.第二钢丝绳、18.动滑轮组。

具体实施方式

如图1—图4所示，本发明设有：设在船尾的固定拖拉点1，静态试验时，试验海管8的一端与收放绞车12的钢缆11连接，试验海管8的另一端通过第一钢丝绳4与拉力计6连接，拉力计6再通过第一钢丝绳4经拖曳三角眼板5分别与船尾固定拖拉点1相连；

动态试验时，将拉力计6替换为动滑轮组18(动滑轮组18的第二钢丝绳17一端与动滑轮组18固定，动滑轮组18的另一端通过固定在船尾小拖拉点上的导向滑轮和导向立柱14与试验辅助绞车13相连。

上述拉力计6为已进行计量标定，两侧为带索节和卸扣的第一钢丝绳4，也可单侧为带索节和卸扣的第一钢丝绳4，其中，索节、卸扣、第一钢丝绳4按顺序相连。

上述动滑轮组18可以为三柄或多柄，导向滑轮15设在其左侧或右侧，导向立柱14设在左侧、右侧或上方。动滑轮组18可以与拖曳三角眼板5和海管封头7直接相连，也可以通过带索节、卸扣的第二钢丝绳17与拖曳三角眼板5和海管线封头7连接。

本发明采用以下步骤：

第一步：测试前的准备工作：

1.将试验海管8通过作业线滚轮输送至适当位置，试验海管8靠近船尾侧的一端，并采用焊接方式安装海管封头7，试验海管8的另一端采用焊接方式安装下一根试验海管8，直至3-4根试验海管8安装完成，然后，试验海管8靠近船艏侧一端，并采用焊接方式安装下一海管封头7；

2.如图1所示，位于船艏侧的海管封头7通过卸扣2与管线收放绞车的钢缆11连接，然后，通过作业线滚轮，将接长后的试验海管8输送至第一张紧器9的下方。

3.而位于船尾侧的固定拖拉点1分别安装有卸扣2，卸扣2并与第一钢丝绳4一端的闭式索节3相连，而带有闭式索节3的第一钢丝绳4的另一端与带有卸扣的拖曳三角眼板5相连，拖曳三角眼板5的另一端经索具钢丝绳与两侧均带有卸扣的拉力计6相连，拉力计6的另一侧与海管封头7连接；

4.检查所有连接是否稳妥、正确，连接达到初始状态。

第二步：第一张紧器9的张力静态试验：

1)闭合第一张紧器9，并使第二张紧器10保持打开状态，放松管线的收放绞车12，使钢缆11保持松驰状态，检查第一张紧器9，此时，第一张紧器9的张力显示为0。

2)启动第一张紧器9，使其逐渐产生收紧张力，观察拉力计6达到预定值(如满负荷的20％)后保持状态，持续预定时间，如5分钟，观察第一张紧器9的实际张力值显示是否与拉力计6显示值相同，如不同需进行设定调整，使其数值一致；

3)观察第一张紧器9是否存在打滑、转动，若第一张紧器9发生转动、第一张紧器9的垫块与试验海管8间发生相对位移，则表示第一张紧器9的夹持力不够足，需要对第一张紧器9进行调整，使其在保持张力不变的情况下，以保持第一张紧器9无转动、垫块与试验海管8间保持相对静止、无相对位移等打滑现象。

4)逐步增加第一张紧器9收紧张力，观察拉力计6是否达到预定值(如满负荷的40％)后保持状态，持续预定时间，如5分钟，观察第一张紧器9的实际张力值显示是否与拉力计6的显示值相同，如不同需进行设定调整，使其数值一致，观察第一张紧器9是否存在打滑、转动，若发生动作表示第一张紧器9夹持力不足，需要对第一张紧器9进行调整，均能保持第一张紧器9和试验海管8相对静止状态为合格。

5)重复上述操作，使其达到第一张紧器9的满负荷100％，检验第一张紧器9的张力能力。然后，逐步释放第一张紧器9的张力，每次释放约满负荷的20％，直至完全释放。

本步骤也可以先启动第二张紧器10，如果其他实施方式中有多台张紧器，同理，启动其中任一台，步骤完成启动的该台张紧器的静态试验。完成单台张紧器测试后，进行二台张紧器的同步张力试验，方法同上，测试二台张紧器的张力能力，如果其他实施方式中有多台张紧器，同理，可实现多台张紧器的同步张力试验。

第三步：验证收放绞车12的静态张力能力：

①完成张紧器的张力试验后，打开第一张紧器9和第二张紧器10，启动收放绞车12，逐步收紧钢缆11，观察拉力计6是否达到预定值(如满负荷的20％)后保持状态，持续预定时间，如5分钟，观察收放绞车12的拉力值与拉力计6显示值是否一致及设备状态，收放绞车12的拉力值，可以直接在显示器上读数。

②重复上述方法，不断增加预定值(如每次增减满负荷的20％)，使拉力计6达到满负荷，检验收放绞车12的张力能力，每增加或减少张力，其现实之均应与拉力计6的值相对应并一致为合格。以此验证收放绞车12的静态张力能力。

第四步：第一张紧器9和收放绞车12的张力转换：

1.闭合第一张紧器9，并启动，使其达到预定值(如张紧器满负荷的50％)，保持管线静止，观察拉力计6显示值和第一张紧器9张力显示值一致，再启动收放绞车12，逐渐收紧钢缆11，进行第一张紧器9及收放绞车12的联动，并在保持张力不变的情况下，将第一张紧器9的张力逐渐降低，逐渐提高收放绞车12的张力，将第一张紧器9的张力稳定转移至收放绞车12，并保持拉力计6的张力显示值恒定，完成第一张紧器9和收放绞车12的张力转换，测试系统的张力转换性能。

2.通过反向操作，可以进行收放绞车12向第一张紧器9的张力转换。同理进行第二张紧器10与收放绞车12车之间的张力转换。如果其他实施方式中有多台张紧器，同理，启动其中任一台或多台，本步骤完成启动的该台张紧器的张力转换试验。

第五步：拆除静态试验用拉力计6及部分第一钢丝绳4，并将拉力计6替换为动滑轮组18，然后，安装导向滑轮15，导向滑轮15通过第二钢丝绳17与导向滑轮固定点16连接。本实例的动滑轮组18为二组3柄滑轮组，第二钢丝绳17的一端与动滑轮组18固定，另一端通过导向滑轮15和导向立柱14与辅助动态试验绞车13相连。检查所有连接是否妥当、正确，达到动态试验的初始状态。

第六步：测试第一张紧器9的动态自动收放管线的功能：

启动辅助动态试验绞车13，收紧第二钢丝绳17，并使试验海管8处在第一张紧器9的下方，辅助动态试验绞车13刹车刹死。然后，闭合第一张紧器9，使第一张紧器9夹持管线，并预设试验张力(根据张紧器厂家提供的指导参数预设)，启动第一张紧器9自动收放功能，观察第一张紧器9张力显示达到预设张力，并检查第一张紧器9与试验海管8状态，此时，第一张紧器9与试验海管8为相对静止状态。再启动辅助动态试验绞车13，收紧第二钢丝绳17，当拉力大于第一张紧器9的预设张力时，通过动滑轮组18带动试验海管8向船尾移动，第一张紧器9释放管线。然后，停止辅助动态试验绞车13，第一张紧器9停止释放管线，并保持预设张力。放松辅助动态试验绞车13，释放第二钢丝绳17，通过动滑轮组18释放拉力，第一张紧器9检测到拉力小于预设张力，开始回收管线，以保持恒定的预设张力，测试第一张紧器9在检测到管线张力变化时的动态自动收放管线，以保持张力恒定的动态功能。

本步骤也可以先启动第二张紧器10，如果其他实施方式中有多台张紧器，同理，启动其中任一台步骤完成启动的该台张紧器的动态试验。完成单台张紧器测试后，进行二台张紧器的同步动态张力功能试验，方法同上，测试二台张紧器的动态功能，如果其他实施方式中有多台张紧器，同理可实现多台张紧器的同步动态张力功能试验。

第七步：测试收放绞车主动收放管线，以保持张力恒定的动态功能：

将辅助动态试验绞车13刹车刹死，连接收放绞车12，并预设试验张力，启动收放绞车12自动收放功能。然后，启动辅助动态试验绞车13，收紧第二钢丝绳17，当拉力大于收放绞车12的预设张力时，通过动滑轮组18带动管线向船尾移动管线收放绞车12释放管线。然后，停止辅助动态试验绞车13，收放绞车12停止释放管线，并保持预设张力。放松辅助动态试验绞车13，释放第二钢丝绳17，通过滑轮组释放拉力，收放绞车12检测到拉力小于预设张力，开始回收管线，以保持恒定的预设张力，测试收放绞车12，在检测到管线拉力变化时，能主动收放管线，以保持张力恒定的动态功能。

完成上述步骤后，即完成了全部铺管系统的张力测试工作，恢复系统至初始状态，拆除回收所有钢丝绳、滑轮组18、导向滑轮15，并通过铺管作业线回收试验海管8，清空铺管作业线，船上固定设施保持不变，既不影响船舶作业，也利于下次试验时使用，大大可以节省以后试验的准备时间。

上述张紧器、收放绞车、试验绞车、导向滑轮、动滑轮组为现有技术，未作说明的技术为现有技术，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。