软性气囊在导管架安装中的优势分析与应用探讨
优化海洋平台导管架安装技术，提供一种新型可靠可行的安装方式，降低工程成本，已成为迫切需要解决的问 题。本文通过对软性气囊和钢制浮简的对比分析，展示软性气囊在储备浮力性价比、工程成本和优化设计等方面的优越性 和软性气囊在导管架下水安装中的优势。软性气囊在海洋工程领域尚缺乏充足的工程应用经验。本文提出软性气囊工程应 用的几点建议可供参考。全面掌握软性气囊助浮技术，可带来良好的经济效益。[关键词] 导管架；软性气囊；钢制浮简；充放气控制系统
近几年来，随着对海洋工程领域不断的深入 探索与研究，优化海洋工程平台导管架安装技术 方案，减轻对大型浮吊资源的依赖程度凹，提供 一种新型可靠、可行且可回收重复利用的安装方 式，降低工程成本，已成为今后海洋工程平台导管架安装设计研究和工程应用趋势。鉴于此，已 有引入软性气囊助浮导管架海上安装的相关研究 p-1和专利。相关研究表明，与钢制浮筒相比， 软性气囊能使滑移下水导管架摆脱增加钢结构尺 寸来获取更高的储备浮力(即剩余浮力比)的干 扰，提高导管架海上安装的经济性。然而，软性气囊的工程应用还处于科研阶 段，工程应用案例仅在渤海海域个别工程项目上 得到相关设计功能的验证，如绑扎、耐压、回收 设计等，而软性气囊助浮替代大型浮吊资源或导 管架注水放空系统优化设计等关键功能还未能在 工程中实践。本文通过软性气囊和钢制浮筒的特 点进行描述，对软性气囊的优势进行详尽分析和 应用建议，为后续研究设计工作提供参考。1传统助浮—钢制浮筒特点一种海洋平台下水结构物即导管架，借助钢制浮筒来实现一定的储备浮力，满足导管架下水 安装的需要。在导管架陆地建造阶段，将钢制浮 筒安装于导管架前端部导管腿上，并进行充气打 压作业。钢制浮筒见图1。钢制浮筒结构通过外加浮筒于导管架顶端为导管架下水安装提供了足够的储备浮力，满足了导管架下水安装的需求，尤其在深水海域导管架下水安装中被广泛应用，该技术相当成熟。但钢制浮筒的制作、安装和拆除工作难度大和费用较高，高空安装和海上拆除工作具有一定风险，且海上拆除回收的钢制浮筒很难重复利用。 图1 钢制浮筒2新型助浮一软性气囊特点与海洋工程传统钢制浮筒相比，软性气囊具有充气方便、重量轻、便于运输、耐磨、便于安装和拆除、可重复使用、储存空间 小等优点，尤其软性气囊所具备的 储备浮力性价比高、工程成本低、 安全灵活、可重复利用、优化结构 设计等特点，深受海洋工程领域的 欢迎。目前国内外的软性气囊可选 尺寸一般为直径0.5～2.0m,长度 8～30m, 其本体材质为橡胶，外表面由尼龙绳网套包裹，现场实物结构见图2。
图2 软性气囊
软性气囊因其柔性特点，对其材质耐压性、 安装固定和拆除回收等技术有严格的设计、建造 和安装标准，满足导管架下水安装工况需求，其 中软性气囊的耐压性主要由其安全系数选择来决 定， 一般不小于设计工作压力的3倍。目前已 在渤海区域渤中某导管架和锦州某导管架海上安 装得到应用，成功验证了软性气囊在导管架下水 安装过程中的绑扎设计、耐压和充放气系统、助 浮、水下拆除回收设计等关键技术的可靠性，工 程应用案例见图3。
图3 渤中和锦州项目软性气囊工程应用案例
3软性气囊优势分析在储备浮力与性价比、工程成本、重复利用、优化设计等方面，与传统的钢制浮筒结构相比，软性气囊有着绝对优势。(1)储备浮力与性价比方面。以直径2m, 长度20m的单体进行分析。软性气囊重约1t,能提供约60t净浮力，费用约10万元人民币。30t钢制浮筒能提供约60t 净浮力，费用约200万元人民币。据此可见，软性气囊提供的储备浮力优势明显，其与钢制浮筒的性价比为20:1,软性气囊替代钢制浮筒可以很好地解决深水导管架储备浮力不足这一问题。(2)工程成本方面。工程成本主要包括软性气囊或钢制浮筒的采办、预制、安装、调试、拆除回收等工序成本和各环节所需的人力、浮吊、船舶等费用等。同样以直径2m、 长度20m 的单体进行分析。软性气囊与提供同样浮力的钢制浮筒重量之比为1:30,则软性气囊单体在安装和拆除过程中所需的吊机(或海上浮吊)吨位工况及设备投入工时都有很大幅度的降低，大大节约了设备成本投入。根据以往海洋工程领域惯例，因钢制浮筒安装和拆除回收工期长且所占船甲板面积大，与软性气囊相比，其海上运输复员和清驳费用会很高。(3)重复使用方面。因软性气囊放气后，洗净晾干，内外涂抹滑石粉，便可折叠，储存空间小且耐磨，可在多个海洋工程导管架项目中重复使用。(4)优化设计方面。对于深水导管架而言，软性气囊有助于减轻导管架顶部重量，降低环境载荷，优化导管架设计重量，可减少约10%的导管架设计重量。另外通过使用软性气囊，能优化导管架结构设计，减少传统导管架自身的压载舱室，进一步优化导管架注水放空系统，实现导管架自扶正功能。另外，软性气囊除了可替代钢制浮筒外，还 能起到导管架安装座底调平和降低防尘板面积的 作用。4工程应用建议目前国内对海洋工程导管架安装软性气囊-助 浮情况，已编制了导管架助浮安装用软性气囊设 计、制作与生产、试验与验收、绑扎、调试、拆 除与回收、维护与保养等方面的规格书。在海洋工程导管架下水安装过程中，软性气 囊的绑扎设计、耐压和充放气系统、助浮、水下 拆除回收设计等关键技术的可靠性得到了成功验 证，因软性气囊优势明显，随着对软性气囊在导 管架下水安装过程中的深入研究，将取代钢制浮 筒，在今后越来越多的海洋工程导管架下水安装 过程中得到广泛应用，有以下几点建议：(1)软性气囊因其柔性，受外在边界条件的影 响，对囊体内气体压力分布极易造成影响，与钢 制浮筒比，其结构内受力稳定性较差。如导管架 下水安装海域环境条件复杂，应充分考虑风波流 等横向荷载对导管架水中状态的影响。(2)对大型导管架的座底重量选取值不宜过 小，与导管架结构形式和空气重量有关， 一般可 选取其空气中结构吨位的不小于三分之一重量， 若条件允许可选择海况平潮阶段进行导管架下水 安装就位，以降低施工风险。(3)在导管架下水安装过程中应对软性气囊囊 体充放气控制系统设计一套合理的方案，如在导 管架带缆走道上设计充放气系统控制盘，通过管 线与囊体囊嘴相连实现功能控制，便于导管架下 水扶正就位后的软性气囊放气卸压回收。另外， 借鉴导管架注水放空系统，将软性气囊充放气系 统的备用控制盘设计在主作业船舶上，以备导管 架下水过程中对软性气囊囊体浮力进行调节，有 助于导管架下水扶正就位顺利实施。(4)从项目管理的角度考虑，课题组或设计 人员需加大软性气囊研究力度，如导管架底部配 置软性气囊后，需考虑结构重心和浮心的相对位 置，需通过数值模拟分析，并通过水池试验进行 论证。全面识别风险，开展风险应对分析，优化 设计方案，规避风险或将风险降到最低，使工程 功能和经济价值最大化。(5)对供货商提供的软性气囊单体进行现场检 验，或聘请第三方检验机构全程参与软性气囊的 相关试验过程，确保软性气囊提供的浮力值的准 确性。5结语软性气囊的绑扎设计、耐压和充放气系统、 助浮、水下拆除回收设计已在海洋平台导管架下 水安装中得到初步验证，设计方案安全可靠。软 性气囊较钢制浮筒相比，具有可提供廉价的储备 浮力、工程成本低、可重复利用等优势，可优化 导管架注水放空系统设计、导管架座底调平和 降低防尘板用钢量等作用，应用前景广泛。本文 提出了软性气囊今后工程应用需重点关注的几项 建议，可供海洋工程领域对软性气囊在导管架安 装中研究参考。掌握了软性气囊助浮安装技术， 将给海洋平台导管架海上安装带来良好的经济效益。
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