半潛式起重鋪管船主作業(yè)吊機(jī)選型分析

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(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

大型起重船作為海洋油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可或缺的重要裝備，不僅適用于海上石油平臺(tái)上部模塊等大件的吊裝與拆除、導(dǎo)管架的輔助下水與就位，還可用于水下安裝和海上救援打撈等搶險(xiǎn)作業(yè)。隨著我國(guó)海上油氣開(kāi)發(fā)建設(shè)和大型海上工程建設(shè)向深海的推進(jìn)，大型起重鋪管船的需求日見(jiàn)興旺。半潛式起重鋪管船船體具有類似雙體船高穩(wěn)性的特點(diǎn)，允許安裝的主吊機(jī)的起重噸位大幅度提高。大起重能力和高耐波性能使得海洋平臺(tái)的吊裝工程作業(yè)效率大大提高，主作業(yè)吊機(jī)是半潛式起重鋪管船核心設(shè)備之一，依托國(guó)家“十三五”重大專項(xiàng)課題研究成果，重點(diǎn)分析主作業(yè)吊機(jī)選型設(shè)計(jì)體系及特點(diǎn)。

1 主作業(yè)吊機(jī)的設(shè)置原則

主作業(yè)吊機(jī)是半潛式起重鋪管船的主要作業(yè)設(shè)備[1]，主尺度及船型的設(shè)計(jì)都是圍繞主作業(yè)吊機(jī)的作業(yè)能力展開(kāi)的。半潛起重船大多設(shè)2臺(tái)主作業(yè)吊機(jī)，布置在船艉左右2側(cè)。作業(yè)時(shí)可以2臺(tái)主作業(yè)吊機(jī)聯(lián)合起吊，也可以單臺(tái)作業(yè)，機(jī)動(dòng)靈活，充分發(fā)揮設(shè)備的能力。某半潛式起重鋪管船主甲板布置見(jiàn)圖1。

圖1 某半潛式起重鋪管船主甲板布置示意

2 主作業(yè)吊機(jī)選型設(shè)計(jì)

2.1 主作業(yè)吊機(jī)吊重的確定

經(jīng)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外共77個(gè)海洋石油結(jié)構(gòu)物的重量統(tǒng)計(jì)(其中傳統(tǒng)平臺(tái)57個(gè)，SPAR平臺(tái)20個(gè))，重點(diǎn)對(duì)其中水深超過(guò)40 m的25個(gè)傳統(tǒng)平臺(tái)和20個(gè)SPAR平臺(tái)(共45個(gè)組塊)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 組塊重量分布

東海涌浪較大，常規(guī)船型起重船可作業(yè)天氣窗口較小，所以東海是擬建半潛式起重鋪管船的主要吊裝工程市場(chǎng)區(qū)域，統(tǒng)計(jì)顯示，東海組塊最大重量為11 264.4 t，平均重量為4 913 t。12 000 t起重能力的起重船市場(chǎng)覆蓋率為100%。南海組塊重量最大31 385 t，平均重量13 557 t，12 000 t覆蓋率56%，15 000 t覆蓋率77%。組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 東海、南海典型平臺(tái)組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對(duì)于半潛、TLP、Spar等幾種常見(jiàn)的深水浮式平臺(tái)，半潛式生產(chǎn)平臺(tái)及TLP平臺(tái)的上部組塊很少采用海上吊裝的方式進(jìn)行安裝，Spar平臺(tái)的上部模塊吊裝是擬建船的主要市場(chǎng)范圍。對(duì)國(guó)外16個(gè)Spar平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 Spar平臺(tái)上部組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果

組塊重量最大18 950 t，平均重量7 384 t。7 500 t覆蓋率58.8%；12 000 t覆蓋率76.5%；15 000 t覆蓋率82.4%。主作業(yè)吊機(jī)的設(shè)備初投資費(fèi)用較高，以6 000 t主作業(yè)吊機(jī)為例，其初始設(shè)備購(gòu)置費(fèi)約6 000萬(wàn)美元，若將其吊裝能力增大到7 500 t ，吊機(jī)能力增加25%，費(fèi)用增加25%(約1 500萬(wàn)美元)，但是在組塊吊裝市場(chǎng)增加的覆蓋率僅6.7%，其市場(chǎng)份額增加有限。

基于以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，主作業(yè)吊機(jī)能力設(shè)定為2×6 000 t可以覆蓋80%的組塊，基本合理。超過(guò)12 000 t的組塊應(yīng)重點(diǎn)考慮浮托安裝或者分塊吊裝。

全部組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 組塊吊裝市場(chǎng)覆蓋率 %

2.2 主作業(yè)吊機(jī)跨距及吊高的確定

分別對(duì)國(guó)內(nèi)LF13- 2 DPP(7 450 t)、PY4- 2DPPA(11 300 t)、PY34- 1 CEP(13 740 t)3個(gè)組塊進(jìn)行吊裝分析，每個(gè)組塊按：①不套井口、吊機(jī)后裝；②不套井口、吊機(jī)先裝；③套井口、吊機(jī)后裝等3個(gè)方案校核，得到所需的跨距及吊高要求。平臺(tái)吊裝示意圖見(jiàn)圖3。

根據(jù)初步吊裝分析，跨距、吊高需求結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可見(jiàn)，吊裝組塊采用套井口、吊機(jī)后裝方案要求吊機(jī)跨距最大，組塊安裝后收尾工作量小；不套井口、吊機(jī)后裝要求吊機(jī)跨距最小，組塊安裝后收尾工作量較大。基于以上分析，從組塊安裝可行性和設(shè)備利用率等因素考慮，主吊機(jī)最大吊重的跨距設(shè)定為46 m[2]是合理的。

表4 初步吊裝分析結(jié)果

考慮到6 000 t吊機(jī)目前世界主要設(shè)備商(NOV、Huisman等)的同類型產(chǎn)品吊高約100 m，而且此高度能夠覆蓋住當(dāng)前市場(chǎng)需求并且存在一定裕量，因此吊高為主甲板以上100 m較為適宜。

2.3 AHC(active heave compensation)功能

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，深水水下結(jié)構(gòu)物安裝是深水項(xiàng)目中需求較大的船舶功能，而升降補(bǔ)償是水下安裝必備的功能。升降補(bǔ)償系統(tǒng)分為主動(dòng)補(bǔ)償和被動(dòng)補(bǔ)償2種，主動(dòng)升降補(bǔ)償系統(tǒng)補(bǔ)償效果更好，擬建船為高端深水工程船，建議配置主動(dòng)升降補(bǔ)償裝置(即AHC系統(tǒng))[3- 5]。

經(jīng)調(diào)研，全球采油樹和全球的水下管匯重量分布見(jiàn)圖4、5，采油樹的重量基本都在75 t以內(nèi)，水下管匯重量基本都在350 t以內(nèi)。

圖4 全球采油樹重量分布

圖5 全球水下管匯重量分布

目前主流的AHC系統(tǒng)有2種：液壓缸式AHC和絞車式AHC。

2種AHC裝置優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表5。

表5 2種AHC裝置優(yōu)缺點(diǎn)比較

2種補(bǔ)償裝置各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同吊機(jī)廠家通常會(huì)有不同的AHC系統(tǒng)推薦方式，建議確定吊機(jī)廠家后由廠家自行決定采用何種AHC系統(tǒng)。

3 吊機(jī)初步選型參數(shù)

1)吊機(jī)吊重能力為雙6 000 t。

2)吊機(jī)跨距46 m，吊高主甲板以上100 m。

3)建議其中一臺(tái)主吊機(jī)配置AHC功能，AHC能力水面500 t，單獨(dú)設(shè)置鉤頭，AHC型式根據(jù)廠家情況再確定。

4 結(jié)論

在海洋工程領(lǐng)域大型結(jié)構(gòu)物的安裝和拆除工程中，國(guó)內(nèi)尚無(wú)上述能力的半潛起重船。該船設(shè)計(jì)方案在國(guó)內(nèi)同類型船舶中其起重作業(yè)能力優(yōu)勢(shì)明顯，在世界范圍內(nèi)也僅有Saipem，Heerema等少數(shù)大型知名工程公司才擁有同類型船舶。該船在我國(guó)渤海、東海、南海等海域吊機(jī)使用率將達(dá)到約95%，大幅超過(guò)常規(guī)船型起重船的吊機(jī)使用率，其市場(chǎng)前景十分廣闊。

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