張力腿平臺上部模塊一體化建造工藝

王鐵瑤，陳超艷，劉浩

(1.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；2.中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518067)

張力腿平臺上部模塊一體化建造工藝

王鐵瑤1，陳超艷1，劉浩2

(1.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；2.中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518067)

結(jié)合張力腿平臺上部建造，介紹分片劃分、總裝順序，以及從結(jié)構(gòu)預(yù)制到機(jī)械完工各個階段的工藝流程。與傳統(tǒng)工藝相比，采用一體化建造工藝后室外及高空作業(yè)量明顯減少，總裝工期縮短，產(chǎn)品質(zhì)量易于控制，施工效率提高，建造成本明顯降低。

張力腿平臺；上部組塊；一體化；建造工藝

張力腿平臺(tension leg platform，TLP)是深海油氣開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備之一，是典型的海洋工程高端裝備，適用于水深300～1 500 m范圍。中國目前還沒有一座TLP。作為一種深水平臺，TLP平臺具有運(yùn)動性能好、抗惡劣環(huán)境作用能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，深受深海油氣開發(fā)者的青睞[1]。

張力腿平臺上部模塊是平臺的核心區(qū)域，由生產(chǎn)甲板、主甲板等多層結(jié)構(gòu)組成，具備生產(chǎn)、鉆井和生活等功能[2]。上部模塊建造根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)劃分為若干個分片進(jìn)行預(yù)制，然后利用大型吊機(jī)將各個分片逐層進(jìn)行合攏。由于各層甲板結(jié)構(gòu)、管線及設(shè)備布置密集，在分片預(yù)制及總裝階段采用一體化建造工藝，將有利于提高施工效率，縮短建造工期。

1 傳統(tǒng)建造工藝與一體化建造工藝對比

傳統(tǒng)模塊建造工藝的不足之處主要在以下幾個方面。

1)結(jié)構(gòu)片預(yù)制完成后，直接在總裝場地安裝，然后再進(jìn)行其他專業(yè)附件的吊裝、組對，占用滑道時間較長；吊裝作業(yè)多，高空作業(yè)量大，需搭設(shè)大量腳手架，安全風(fēng)險較大，生產(chǎn)成本較高。

2)3D設(shè)計完成滯后，結(jié)構(gòu)建造周期長，導(dǎo)致與結(jié)構(gòu)焊接的支架、底座、穿甲板結(jié)構(gòu)件出圖晚，這些結(jié)構(gòu)件在總裝場地安裝，大量破壞結(jié)構(gòu)油漆。

3)平臺結(jié)構(gòu)總裝開始后，管線/機(jī)械/電儀訊/HVAC等各專業(yè)施工將同時進(jìn)行，施工區(qū)域人員密度較大，多工種多專業(yè)交叉進(jìn)行，安全風(fēng)險及管理壓力較大[3]。

傳統(tǒng)模塊建造工藝流程見圖1。

和傳統(tǒng)工藝相比，一體化建造室外及高空作業(yè)明顯減少，占用滑道時間短，產(chǎn)品質(zhì)量易于控制，效率明顯提高，現(xiàn)場補(bǔ)漆量減少，車輛占用的總成本減小，建造成本明顯降低[4]。一體化建造工藝流程見圖2。

2 一體化建造工藝

2.1 一體化建造工藝

甲板片在噴涂之前將設(shè)備底座，滑道梁，地漏，配管支架、托架、護(hù)管，電儀支架、托架，以及舾裝的保溫釘?shù)阮A(yù)制在甲板片上，并對一些直接座在甲板上的設(shè)備區(qū)域涂裝前進(jìn)行保護(hù)，然后進(jìn)車間整體噴涂，噴涂完成后再預(yù)裝部分托架、管線和設(shè)備，然后作為整體在總裝場地合攏。一體化建造工藝流程見圖3。

2.2 附件預(yù)制

包括節(jié)點(diǎn)、組合工字梁、箱形梁、管支架、電儀支架、設(shè)備底座等在項(xiàng)目建造開工后即可開始預(yù)測。此部分預(yù)制件若能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可在詳細(xì)設(shè)計出圖前進(jìn)行材料的采辦和預(yù)制件的預(yù)制工作，可在一定程度上縮短項(xiàng)目工期，減少設(shè)計圖紙對項(xiàng)目進(jìn)度的影響，同時便于提高工人施工的熟練程度和項(xiàng)目間資源的調(diào)動。

2.3 主結(jié)構(gòu)組裝

主結(jié)構(gòu)鋼材經(jīng)分類、分項(xiàng)目預(yù)處理(噴底漆)后，送到結(jié)構(gòu)車間下料，單片組對、焊接[5]。甲板分片劃分見圖4。

2.4 預(yù)舾裝

單片主結(jié)構(gòu)組裝完成后，運(yùn)輸?shù)杰囬g外進(jìn)行預(yù)舾裝工作，預(yù)舾裝的工作旨在涂裝之前將所有與結(jié)構(gòu)焊接的零件全部焊接完畢，包括設(shè)備底座生根、墻皮生根、欄桿生根、操作平臺和樓梯生根、電纜托架支架生根，吊點(diǎn)、軌道梁支撐、管支架或者管支架的生根，其他焊接到主結(jié)構(gòu)上的附件[6]。

考慮到運(yùn)輸過程平板車的位置，對于平板車運(yùn)輸碰撞的附件要預(yù)留。在不用框架的情況下，平板車和甲板片的接觸范圍內(nèi)，不允許安裝任何附件。

預(yù)舾裝的優(yōu)點(diǎn)如下：

1)減少現(xiàn)場涂裝補(bǔ)漆量。

2)設(shè)備、入口平臺、梯子欄桿、格柵等可以盡早地安裝在結(jié)構(gòu)上，從而減少腳手架的搭設(shè)量。

3)提高表面涂裝的質(zhì)量。

4)防火漆噴涂工作可以在噴涂車間進(jìn)行，重新噴涂的風(fēng)險較小。支架預(yù)舾裝見圖5。

2.5 噴砂噴漆

為保證油漆的完整性，對無法進(jìn)行預(yù)舾裝的焊接位置要進(jìn)行保護(hù)，包括結(jié)構(gòu)總裝對接位置、管線拼接位置等。

對特殊材料進(jìn)行保護(hù)，包括熱浸鋅的附件，例如設(shè)備底座支架、燈具支架、馬腳、管線支架等，防止噴砂涂漆對其造成傷害。

底座與設(shè)備的連接面要做好保護(hù)，不能噴漆。

2.6 預(yù)安裝

噴砂噴漆后的甲板片從舾裝車間用平板車運(yùn)輸?shù)交纼蓚?cè)的預(yù)裝區(qū)，進(jìn)行設(shè)備、管線、閥門、電纜托架等的預(yù)安裝工作。管線預(yù)安裝見圖6。

2.7 分段總裝

將安裝完成機(jī)/管/電/儀設(shè)備和結(jié)構(gòu)件(欄桿、立柱、拉筋等)的各個單體甲板片吊裝到滑道上進(jìn)行總裝工作。甲板片總裝順序見圖7。

安裝各個單體甲板片之間連接的部分，連接各甲板片之間連接的管線、通風(fēng)、EIT系統(tǒng)。

開始最終的標(biāo)簽和識別工作。

2.8 機(jī)械完工及調(diào)試

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，完成相關(guān)的完工標(biāo)記工作。

分類列出所有系統(tǒng)的未完成工作清單。

根據(jù)系統(tǒng)完成計劃開始調(diào)試。

3 一體化建造工藝對設(shè)計的要求

3.1 詳細(xì)設(shè)計

詳細(xì)設(shè)計作為一體化工藝執(zhí)行的基礎(chǔ)，對一體化工藝的實(shí)施起著至關(guān)重要的作用。在詳設(shè)階段要充分考慮分段的建造方法，使詳細(xì)設(shè)計更加符合建造方場地的實(shí)際情況。

1)結(jié)構(gòu)、配管、電儀等專業(yè)按照分片/分段進(jìn)行設(shè)計。

2)詳細(xì)設(shè)計按照建造方法里的建造順序進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)建造方法和編號原則在3D軟件中將模型分段，在3D模型中將每一個單元都賦予一個正確的建造順序號碼[7]。

3)欄桿、梯子、電儀支架、設(shè)備底座采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，盡量采用螺栓連接的形式，拆裝方便，同時避免后期對油漆的破壞。

3.2 生產(chǎn)設(shè)計

根據(jù)詳細(xì)設(shè)計交付的模型及圖紙細(xì)化建造方案，為建造做好各項(xiàng)準(zhǔn)備，根據(jù)一體化建造多專業(yè)交叉結(jié)合的特點(diǎn)，對生產(chǎn)設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充。

1)增加機(jī)管電舾裝各個專業(yè)在建造時各個甲板片需要安裝的結(jié)構(gòu)散件及部分管線。

2)水平片預(yù)制方案詳細(xì)描述各個專業(yè)增加的結(jié)構(gòu)散件、小型設(shè)備和管線數(shù)量及位置。

3)管線三維圖按照結(jié)構(gòu)分片方案分區(qū)域進(jìn)行出圖，分片間管線斷管方法及圖紙表達(dá)[8]。

4)在支架布置圖中將需要在甲板片預(yù)制時安裝至甲板片的支架在圖中標(biāo)示出來。

5)根據(jù)結(jié)構(gòu)分片及到貨狀態(tài)，確定預(yù)安裝底座數(shù)量、位置，包括部分小型設(shè)備(散泵、濾器等)的整體就位。

6)根據(jù)分片中各專業(yè)信息，將涂裝區(qū)域相應(yīng)涂裝系統(tǒng)在圖紙中進(jìn)行明確標(biāo)注，對涂裝保護(hù)區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)注。

7)在吊裝方案計算時，需要提供各個專業(yè)將在甲板片上安裝的設(shè)備、舾裝件、管線的重量及重心，以便核算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

4 結(jié)論

一體化建造工藝是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上增加了預(yù)舾裝和預(yù)安裝工作，機(jī)械、配管、電氣、儀表專業(yè)大量的附件、設(shè)備、管道等在車間或預(yù)總裝場地完成。目前船體分段的一體化建造工藝已經(jīng)相對成熟，而上部模塊的一體化建造工藝在國內(nèi)近幾年才剛剛開始興起，其對上部組塊的高效率、高質(zhì)量、低成本的建造具有重要的意義。

目前上部組塊建造過程中的預(yù)舾裝率較低，其主要受到各專業(yè)設(shè)計圖紙的出圖時間、材料及設(shè)備到貨等因素的限制，因此進(jìn)一步提高設(shè)計圖紙效率和質(zhì)量，加強(qiáng)材料及設(shè)備的到貨管理是下一步重點(diǎn)解決的問題。

上部模塊一體化建造工藝較傳統(tǒng)工藝在施工效率上有較大提高，大大縮短建造工藝，符合目前國內(nèi)外海洋工程項(xiàng)目低投入、高產(chǎn)出的市場需求。目前國內(nèi)沒有張力腿平臺建造經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施上部模塊一體化建造工藝，將大幅度提高國內(nèi)海工建造在國際上的競爭力。

設(shè)計作為上部模塊一體化建造執(zhí)行的基礎(chǔ)，對一體化工藝的實(shí)施起著至關(guān)重要的作用。在詳細(xì)設(shè)計階段，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計、合理安排采辦計劃，將更有利于一體化建造工藝的實(shí)施。

[1] 楊雄文，樊洪海.TLP平臺結(jié)構(gòu)形式及其總體性能分析[J].石油機(jī)械，2008，36(5)：70-73.

[2] 程兵，楊思明，巴硯，等.TLP平臺上部模塊總體布置探索[J].中國海洋平臺，2014，29(4)：21-24.

[3] 黃天穎，竇鈞，孫瑞雪，等.張力腿式平臺平地整體建造技術(shù)研究[J].船舶與海洋工程，2016，32(2)：69-73.

[4] 陳少耿，黃昭偉.兩種上部建筑模塊建造方法的比較[J].中國海洋平臺，2002,17(5)：26-27.

[5] 梁瑜.張力腿平臺POST結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[J].船海工程，2016，45(1):133-136.

[6] 閆功偉，歐進(jìn)萍.張力腿平臺的整體設(shè)計及擬靜力性能分析[J].船海工程，2009，38(5)：142-145.

[7] 鮑瑩斌，李潤培，顧永寧.張力腿平臺尺度優(yōu)化設(shè)計[J].船舶工程，1999(1)：10-13.

[8] 徐庚，黃太安，高鳳龍，等.利用PDMS軟件三維設(shè)計平臺進(jìn)行配管加工設(shè)計新方法探討[J].化工設(shè)備與管道，2011，48(2)：37-40.

Construction Method of Topside Integration for Tension Leg Platform

WANG Tie-yao, CHEN Chao-yan, LIU Hao

(1.Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Qingdao Shandong 266520, China;2.Shenzhen Branch of CNOOC, Shenzhen Guangdong 518067, China)

An integration technology was introduced to build the upper module a tension leg platform, including the block division, assembly sequence and the process from prefabricated structure to the mechanical completion of each phase. Compared with the traditional process, module integration technology can reduce outdoor and high altitude work significantly, shorten the assembly time, control the product quality easily, improve the work efficiency and reduce the construction cost.

tension leg platform; topside; integration; construction technology

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.030

2016-09-18

工信部財政部項(xiàng)目(工信部聯(lián)裝[2014]503號)

王鐵瑤(1983—)，女，學(xué)士，工程師

U674.38

A

1671-7953(2017)02-0129-04

修回日期：2016-10-10

研究方向:船舶與海洋工程設(shè)計及建造