科技日报记者 龙跃梅通 讯 员 乔 明 梁 胜
近日,由中国港湾工程有限责任公司承建,中交第四航务工程局有限公司(以下简称“中交四航局”)负责实施的沙特吉赞工业城海水冷却项目,顺利完成全长6600米、单管世界最大直径3.5米的高密度聚乙烯管道(以下简称“HDPE管道”)出运与安装工作,打破了团队此前创造的施工纪录,再次刷新了全球海底管道安装新纪录。
在红海海岸线上的管道预制场,一条条巨型HDPE管道静静地排列在场地之中,等待着被拖运入海的那一刻。“呲呲”的电火花声中,产业工人们正为直径3.5米、重达数十吨的管道进行焊接作业。
管道焊接看似基础,却是决定出运安装成败的关键一环。按照常规经验,其往往采用电熔焊接工艺,通过电流加热焊接接头,使高密度聚乙烯熔化融合,并设置内焊带和外焊带实现密封效果。然而,面对如此巨大的管道直径,内外焊带与管壁之间的拼装缝隙犹如鸿沟,管道密封质量难以得到保障。
为此,项目团队提出采用自适应电熔焊接环技术。这种技术能够根据管道的实际尺寸与形状进行自适应调整。团队在焊接环内部设置多个液压缸,液压缸可根据预设的参数进行精确伸缩,让内焊带与管壁紧密贴合,实现完美的管道密封效果。
然而,新技术的应用并非一帆风顺。在高温、高负荷的试验环境下,焊接设备出现了液压油温度异常波动的问题,直接影响液压缸的伸缩精度。同时,焊接时内环温度过高,导致焊接环局部膨胀,使得焊接质量大打折扣。
面对挑战,项目团队持续优化自适应电熔焊接环技术,引入高性能的液压系统和精密传感器,对液压缸的数据参数进行反复地校准;采用高强度、高耐热性的材料制作焊接环,并增加加强筋和散热孔,有效消除高温、高负荷下的不利影响,从而确保内焊带紧紧贴合管壁,将误差控制在1毫米以内,符合密封质量要求。
“为进一步提高焊接效率,我们还引入了自动化挤压焊接工艺,在焊缝处形成流线型三角坡度,不仅提高焊接强度,还提升了水流势能,技术效率提升30%以上。”项目相关负责人王晓东说。
根据施工方案,项目HDPE管道分为S0至S9共10段,其中核心施工内容的S2至S9段管道,需进行约3公里远、最大水深13米的浮运安装。然而,红海海况复杂、作业窗口短,柔性管道在浮运过程中极易受潮汐干扰,姿态控制难度极高。
“传统‘浮托+牵引’的出运方案适用于刚性结构管道,但高密度聚乙烯管道属于柔性材质,浮运期间管段姿态难以控制,沉放易引发局部变形。”项目相关负责人许云飞解释道。
为解决管道出运难题,团队自主研发长大柔性管道浮运导航与实时监控系统,在每16节管道设置一组姿态传感器实时传输管道位置数据,并通过集成系统计算,形成实时线型图像。操作人员根据图像反馈,动态调整拖船的牵引角度和力度,确保管道始终保持最佳航行状态。系统成功将管道在浮运过程中的扭曲、形变风险降低90%以上。
然而,当管道顺利“浮稳”后,如何精准且安全地“沉放”又成了新的技术难题。常规的水下安装方式往往可通过船舶吊装、逐段下沉的方式完成。然而项目单次安装的管道最长段长度超500米,相当于将30节标准型号的复兴号列车连接在一起,传统吊装工艺显然难以适配。
“有一次测试时管道沉得太快,差点拉断焊接头。”王晓东在回放视频后发现问题所在。为此,团队优化原有管节安装工艺,研发出“气囊配合牺牲吊带”的三级自动减速方案,用“气囊+保险丝”的结构模拟“多段刹车”效果,将管道下沉速度控制在每秒0.3米内,使得整体下沉精确率高达99%,确保管道以几乎完美的姿态轻盈落位。
“如今项目已完成所有管道的出运安装工作,管道直径较原纪录扩大16.7%,再次刷新了全球海底柔性管道出运安装的新纪录。” 王晓东说。