SPMT在LNG模塊裝船過程中的應用

高兆鑫

中國石油集團海洋工程有限公司海工事業部，山東青島 266555

SPMT在LNG模塊裝船過程中的應用

高兆鑫

中國石油集團海洋工程有限公司海工事業部，山東青島 266555

浮吊吊裝、滑移裝船是國內以前常用的模塊裝船方法，SPMT滾裝裝船是近年來國內在引進國外SPMT的基礎上發展起來的比較先進的裝船方法，正在推廣應用中。以俄羅斯亞馬爾LNG項目PAU211模塊裝船為例，介紹了SPMT滾裝裝船的特點、SPMT的組成與PAU211裝船模塊的主要參數；在此基礎上較詳細論述了SPMT布置設計、模塊裝船計算分析、滑道承載力分析、碼頭前沿水深設計計算、碼頭與運輸船間的連接、裝船時間的選擇等關于裝船設計的內容；最后闡述了裝船具體步驟。

SPMT；PAU211模塊；裝船設計；裝船計算；裝船步驟

模塊的裝船目前比較常用方案有三種：其一，浮吊吊裝；其二，滑移裝船；其三，SPMT滾裝裝船。浮吊吊裝、滑移裝船是國內以前常用的模塊裝船方法；SPMT滾裝裝船是近幾年國內在引進國外SPMT的基礎上發展起來的新的裝船方案，在國外應用已比較成熟，在國內礦山模塊和LNG模塊裝船過程中也已得到了較好的應用。在中國石油集團海洋工程有限公司（以下簡稱CPOE）承攬的俄羅斯亞馬爾LNG項目中共有8個模塊（最大模塊質量3100t，最小332t）按業主要求采用了SPMT滾裝裝船方案。本文以PAU211為例介紹了利用SPMT對LNG模塊進行滾裝裝船的方法。

1 SPMT滾裝裝船的特點

浮吊裝船周期短，制作工裝少，但受浮吊能力限制，其吊裝重量較小，成本較高，一般適用于小型模塊。滑移裝船只能在滑道上進行，且準備工作繁瑣，工裝制作量大，時間長，成本高。與浮吊裝船和滑移裝船相比，SPMT裝船時間短，效率高，操作簡單靈活，準備工作量少，適用范圍廣，對碼頭、潮汐、水深、自然環境、模塊建造場地要求低，不局限于滑道建造，安全風險小，成本較低[1]。

2 SPMT組成與裝船模塊主要參數

SPMT裝船就是利用SPMT自行式液壓軸線車，通過連接駁船和碼頭的橋板，將模塊托運到運輸駁船上。其主要由動力裝置（PPU）和模塊平板（四軸線模塊/六軸線模塊）組成，可根據所裝模塊的質量和結構形式進行組合使用，主要參數如下：

（1）動力模塊裝置（PPU）。裝置外形見圖1，主要參數見表1。

圖1 動力模塊裝置（PPU）

表1 動力模塊裝置的主要參數

（2）四軸線模塊。模塊外形見圖2，主要參數見表2。

圖2 四軸線模塊

表2 四軸線模塊主要參數

（3）六軸線模塊。模塊外形見圖3，主要參數見表3。

圖3 六軸線模塊

（4） 裝船模塊主要參數。俄羅斯亞馬爾PAU-211模塊外形見圖4，主要參數見表4。

3 裝船設計

3.1 SPMT布置設計

根據PAU211的質量，經過初步計算需要120軸SPMT，根據結構形式及現有場地條件需要5列（四軸和六軸線模塊組合而成）才能滿足裝船要求。

表3 六軸線模塊主要參數

圖4 PAU211模塊

表4 亞馬爾PAU-211模塊主要參數

場地承載力分布見圖5。由于CPOE碼頭前沿非滑道區域場地承載力為 50 kN/m2，不能滿足SPMT車裝船所需的承載力（≥100 kN/m2）要求，若對現有碼頭沉箱（非滑道區域）進行打樁加固，費用較高。

圖5 場地承載力分布

根據CPOE現有1#滑道及模塊的結構尺寸，可以將5列SPMT全部放置在1#滑道上，因此采用了如圖6所示的SPMT布置。

圖6 SPMT布置

3.2 模塊裝船計算分析

根據圖6的SPMT車布置方式，用STAAD Pro V8i20.07.10.41 SELECT（series 5）軟件按照AISC ASD標準建立計算模型，見圖7，并對模塊進行裝船計算分析。

圖7 模塊裝船計算模型

（1）模塊最大撓度變形計算分析。裝船過程中模塊上沒有設備運行，故只需對模塊底層的承載梁進行分析計算，模型見圖8。

圖8 撓度分析模型

對圖8模型中紅色所示的承載梁進行計算，得出模塊的最大撓度變形為8 mm，該值小于設計允許的撓度變形L/350=10 500/350=30（mm）（L為梁長，mm），故最大撓度變形滿足設計要求。

（2）模塊桿件的UC值校核（Unity Check）。將與UC值相關的參數輸入到圖9所示模塊桿件的UC值計算模型進行計算分析，得到模塊桿件的UC值均小于1.0（綠色代表UC取值范圍0～0.8），故SPMT的布置能夠滿足模塊結構的安全性要求。

圖9 模塊桿件的UC值計算模型

（3）裝船過程中縱/橫向傾斜及加速/減速對模塊裝船的影響。根據設計標準要求模塊裝船過程中允許的最大縱傾為3%，對應的最大縱向加速度為0.03 g（g為重力加速度）；允許的最大橫傾為2%，對應的最大橫向加速度為0.02 g。SPMT縱向加速度不超過0.5 m/s2，給模塊增加的加速度最大為0.05 g；橫向加速度不超過0.2 m/s2，給模塊增加的加速度最大為0.02 g。

根據上述要求，通過軟件分別對z軸和x軸方向的傾斜/加速工況進行分析，得到的結果見圖10、11。圖10、11中顯示各桿件均為綠色，說明在傾斜/加速過程中，模塊是安全的，能滿足設計要求。

圖10 傾斜/加速在z軸上產生的影響

圖11 傾斜/加速在x軸上產生的影響

（4）模塊與SPMT之間的摩擦力計算分析。裝船過程中模塊傾斜、SPMT加速/剎車等均會使模塊與SPMT間產生相對滑動力，為了避免模塊與SPMT間產生相對滑動，模塊與SPMT間必須具有足夠的摩擦力。將模塊和SPMT的相關參數輸入軟件模型分別對z軸和x軸方向上的摩擦力進行分析，結果見圖12、13。圖12、13中顯示計算結果均為綠色，表明模塊和SPMT之間的摩擦力滿足要求。

綜合上述影響裝船的主要因素分析，初步確定SPMT布置可行。

圖12 z軸方向上產生的摩擦力

圖13 x軸方向上產生的摩擦力

3.3 滑道承載力分析

利用STAADPro V8i20.07.10.41 SELECT（series 5）軟件，按照AISC ASD標準對平臺進行裝船工況分析，得到最大的SPMT軸荷載是每軸279.5 kN，見圖14。

故裝船時SPMT車輪對地面的最大平均壓力可由以下公式計算：

式中：P為車輪對地面的平均壓力，kN/m2；F為 SPMT車軸靜荷載，kN。

圖14 SPMT軸載荷

本項目F為279.5 kN，L為1.4 m，W1、W3為0.3 m，W2為2.43 m，代入上式得：

1#滑道的設計承載力為13 000 kN/（2 m×4 m）=1 625 kN/m2＞65.89 kN/m2，故滑道的承載力完全滿足SPMT裝船要求。

3.4 碼頭前沿水深設計計算

SPMT裝船時要求船底距港池泥面的最小安全距離大于1 m，按圖15所示計算裝船所需的最小碼頭水深為：h=運輸船型深D-場地標高+最小安全距離=10-5.8+1=5.2（m）。

圖15 碼頭高程

裝船前對碼頭前沿水深進行了測量，1#滑道碼頭前沿水深為8 m，能夠滿足設計水深要求。

3.5 碼頭與運輸船間的連接

由于碼頭前沿與駁船之間有1.5 m的間隙，需要通過鋪設橋板才能使SPMT通過。橋板主要由三部分組成：上斜坡橋板、水平橋板、下斜坡板，見圖16。

圖16 橋板

為了滿足SPMT裝船要求，橋板設計需考慮模塊、SPMT、碼頭、駁船、潮位等因素，因此橋板的設計原則為：其一，結構盡量簡單，以便于制造；其二，質量盡量小，以便于搬運和現場安裝；其三，強度高，能確保SPMT安全通過；其四，厚度盡量小，以加大SPMT高度的調節范圍；其五，能夠緩沖潮位變化時對橋板的沖擊力；其六，可以重復利用，因而一般設計成組合式。

3.6 裝船時間的選擇

模塊上船時SPMT行駛速度為1～1.5 m/min，SPMT長度為33.6 m，故從SPMT第一排壓上橋板到全部SPMT離開橋板約需要30 min。再綜合考慮船舶的型深、船舶調載能力及碼頭區域的潮水變化情況，將裝船時間設置在高潮位時的前40 min。

4 裝船具體步驟

裝船的具體步驟如下[2]：

（1）將運輸船舶以尾靠的方式停靠就位，并用纜繩規定。

（2）根據模塊PAU211尺寸將預制完的支墩安裝到駁船上。

（3）根據SPMT行走路線安裝橋板。

（4）調試完成單列SPMT后，按照設計布置就位，托起模塊并行使到距離碼頭前沿50 m處。

（5）在高潮位時間的前40 min，啟動SPMT開始裝船，在第一排SPMT上船前通過調載使駁船的甲板面略高于碼頭200 mm以內。

（6）在SPMT行駛過程中，檢查、調整系泊纜，確保駁船中軸線垂直于碼頭，并監視橋板位置的變化，根據計算數據實時對駁船進行調載，確保橋板的高度在設計范圍內。

（7）SPMT繼續行駛，直至模塊到達駁船上的設計位置，用SPMT車調整模塊與裝船支墩間的相對位置，直至滿足設計要求。調整SPMT車的高度，使模塊就位到支墩上。

（8）按設計要求對模塊進行裝船固定，按上船時進入的反方向撤出SPMT，裝船過程結束。裝船過程如圖17所示

圖17 模塊裝船過程

5 結束語

SPMT裝船方法需要經過詳細的設計計算和大量的前期準備工作，在裝船過程中需要仔細考慮每個步驟、每個細節。本文只是對裝船所涉及到的工作內容做了簡單的描述。SPMT裝船方法對所有海洋結構模塊、LNG模塊、大型設備及鋼結構等的裝船都適用，是一種比較先進、成熟的裝船方法，必將在國內得到很好的發展，期望本文能為以后類似的工程提供一些借鑒。

[1]鄭茂堯，王娟，趙江達，等.淺談SPMT裝船工藝下海洋工程結構物建造[J].中國海洋平臺，2012，27（S）：10-14.

[2]魏笑科，羅興民.大型構件滾裝上駁船方案探討[J].廣東造船，2014（4）：81-83.

Application ofSPMTin L NGModule L oading-out Course

GAO Zhaoxin
Offshore Engineering Fabrication&Construction Division，CNPC Offshore Engineering Company Limited，Qingdao 266555，China

Slippage loading-out and loading-out with floating crane are common traditional methods used in China，and roll-roll loading-out with SPMT（self-propelled modular trailer） is a relatively advanced method commonly used abroad which has been developed in China in recent years based on the introduction of SPMT.And it is worth of popularization and application.This paper takes loading-out of PAU211 module in YamalLNG Project as an example to describe the method for roll-rollloading-out of module with SPMT，in aspects of the features of roll-rollloading-out with SPMT，SPMTstructure，main parameters of PAU211 module，SPMT layout design，module loading-out calculation and analysis，slipway bearing capacity analysis，design and calculation of water depth in front of dock，connection between dock and transport ship，loading-out time choosing and specific loading-out steps.

SPMT；PAU211 module；loading-out design；loading-out calculation；loading-out steps

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.06.009

高兆鑫（1969-），男，山東梁山人，高級工程師，1991年畢業于中國石油大學（華東）化工設備與機械專業，長期從事海洋工程平臺、LNG模塊建造安裝工作。Email：gaozx.cpoe@cnpc.com.cn

2016-09-30