半潛式平臺批量并行建造模式研究

劉洪丹，劉金程，王 麗，蘇 波

(1.中集海洋工程研究院有限公司，山東 煙臺 264670；2.煙臺中集來福士海洋工程有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引言

半潛式平臺是海洋工程的高端裝備，可以在750～3 700 m水深范圍作業(yè)，適合于全球大部分深遠海域。半潛式平臺一般由兩個浮體、四個立柱、四根橫撐組成下船體；由甲板盒、上層建筑、特殊區(qū)域(根據(jù)平臺功能)、直升機甲板等組成上船體[1]。根據(jù)性能和用途，半潛式平臺可分為半潛式鉆井平臺、半潛式起重生活平臺、半潛式生產(chǎn)平臺、半潛式生活平臺、半潛式試驗平臺、半潛式發(fā)電平臺等[2]。平臺建造難度大，成本高，業(yè)主對項目的建造周期要求非常嚴格。

D90超深水半潛式鉆井平臺(簡稱“D90平臺”) 是目前世界上最大、鉆井深度最深、自動化程度最高的超深水半潛式鉆井平臺。D90平臺造價很高，業(yè)主為了減少項目建造周期，節(jié)約項目財務費用，提出兩個項目開工間隔期不能超過半年的要求，這就需要建造單位必須解決同時在一塊場地上建造兩個項目的問題。

相對于常規(guī)船舶，半潛平臺的下浮體寬度尺寸大，常規(guī)龍門吊難以在場地方面同時滿足兩座半潛平臺下浮體的合龍需求。國內(nèi)外船舶企業(yè)一般采用兩座平臺前后布置進行合龍的方式。該方案的不足之處是浪費場地，導致項目總體建造周期變長，項目成本增加。

D90平臺長122.5 m，型寬92.7 m。建造場地長400 m，寬154 m。根據(jù)平臺主尺度和場地面積，采用常規(guī)方法無法實現(xiàn)兩座下浮體按理論尺寸布置、并行合龍的方案。

本文首先分析半潛式平臺常規(guī)建造工藝；然后根據(jù)D90平臺的具體參數(shù)，結(jié)合建造廠家設備和場地等情況，提出并行合龍建造的創(chuàng)新模式，即兩座平臺下浮體可同時在建造場地使用7 000 kN吊車進行合龍作業(yè)的建造模式；最后實施浮體整體分段橫移方案，保證兩座平臺合龍按期完成。

1 半潛平臺合龍建造工藝介紹

D90項目建造企業(yè)借助2×105kN大型吊機、配套干船塢(長360 m×寬120 m×深14 m)、2×105kN浮船塢等專用設備設施，形成了一套高效的半潛式平臺建造模式，即：

(1)第1階段，模塊陸地建造階段。半潛平臺上、下船體陸地平行建造成大型模塊。

(2)第2階段，模塊建造完工后用浮船塢將模塊下水運到配套干船塢。

(3)第3階段，用吊機吊裝上船體模塊和下船體模塊合龍。

(4)第4階段，項目合龍完工出塢進行碼頭舾裝、調(diào)試、交付。

2 模塊合龍生產(chǎn)線概況

(1)場地總尺寸：400 m(長度)×154 m(龍門吊機軌道寬度)。

(2)主要設備：7 000 kN×154 m(跨度)龍門吊機1臺，提升凈高度70 m；600 kN龍門吊機1臺，450 kN龍門吊機2臺。

(3)碼頭長度200 m，低潮位水深-6.5 m

3 D90平臺主要參數(shù)

D90平臺長122.5 m，寬92.7 m，面積相當于兩個標準足球場，可起降“Sikorsky-S61/92型”直升機。平臺正中有約為80 m高的雙鉆塔、雙井心井架。該平臺自重43 000 t，最大作業(yè)水深為3 650 m，最大鉆井深度可達15 km[3]。

D90平臺具體參數(shù)如下：

排水量

69 802 t

船舶總長

122.5 m

垂線間長

122.5 m

型寬

97.2 m

型深

43.5 m

作業(yè)吃水

24.5 m

船級社

★DNV(挪威船級社)

入級符號標志

Crane，DRILL，HELDK-SH,

F-AM，ATA，ECO，DP-3，BWM-T

4 模塊并行建造各階段場地布置

并行建造模式下，兩個平臺在場地的建造分為3個階段：

第1階段是兩個平臺并行建造階段。1號平臺上下船體按照正常尺寸在場地上進行布置。2號平臺下船體沿項目建造合龍線寬度方向和1號平臺浮體“緊挨”著布置，其中：2號平臺下船體的一個浮體的整體和另一個浮體的四分之三分段進行合龍。2號平臺上船體靠1號平臺側(cè)后方布置，可以合龍三分之二的分段。兩個平臺所有小分段同時建造。兩個平臺場地布置見圖1。

圖1 兩座平臺并行建造合龍階段布置圖

第2個階段：1號平臺上下船體已經(jīng)下水；2號平臺的下船體進行平移，然后在新位置進行下船體合龍，上船體開始合龍剩余部分。2號平臺浮體平移階段見圖2。

圖2 2號平臺浮體平移階段圖

第3個階段：2號平臺的浮體移動到最終位置。開始合龍2號平臺上下船體所有剩余分段，直至2號平臺整體最終下水。2號平臺浮體平移到最終合龍位置示意圖見圖3。

5 浮體大分段平移方案設計和實施

5.1 下浮體平移模塊頂升點強度評估

根據(jù)D90項目2號平臺下浮體預合龍后的模塊橫移方案，本次需要頂升后平移的模塊有3個：模塊①、模塊③自重均為1 822 t，模塊②自重為1 824 t 。3個大模塊都是類似長方體的外形，幾何尺寸為：長39.7 m×寬18.5 m×高12.5 m。

圖3 2號平臺浮體平移到最終合龍位置示意圖

浮體分段平移時，首先要在平移大模塊的質(zhì)心兩側(cè)對應位置的底板下布置運輸車。運輸車的頂面支撐在船體外板上，運輸車下端的輪子直接接觸在行走滑軌上。本次平移擬采用2 000 kN×2 雙缸運輸車6 臺，運輸車總的承載力為24 000 kN。

移位前，需要對平移的3個模塊的支撐點進行結(jié)構(gòu)強度分析，避免過大的載荷對浮體結(jié)構(gòu)造成破壞。因為幾個大模塊的結(jié)構(gòu)型式基本一致，頂升肋位的結(jié)構(gòu)和頂點布置相類似，因此根據(jù)頂升點的布置，對大模塊選取7 號肋位進行有限元分析。對7 號肋位的每個頂升點施加2 000 kN的頂升力，共6 個頂升點，合計12 000 kN，在有限元分析模型中，進行邊界條件和頂升力的施加，見圖4。

圖4 有限元模型中力的施加和邊界的約束

有限元分析結(jié)果見圖5，最大合成應力為160.2 MPa，而大模塊對應位置的材料許用應力為355 MPa，則結(jié)構(gòu)強度安全系數(shù)為2.2。

通過以上評估認為，浮體頂升點強度滿足要求。

5.2 浮體大模塊液壓臺車橫移方案實施

經(jīng)過有限元計算后證明該大模塊的結(jié)構(gòu)強度滿足頂升和平移運輸要求，可以進行平移運輸。

圖5 有限元分析結(jié)果—合成應力圖

5.2.1 大模塊整體情況

模塊①：總段長39 760 mm，寬18 500 mm；自重1 822 t。

模塊②：總段長39 760 mm，寬18 500 mm，自重1 824 t。

模塊③：總段長36 760 mm，寬18 500 mm，自重1 822 t。

模塊①、模塊②、模塊③的位置分布見圖6，平移模塊示意圖(俯視圖)黑色圓點為頂升運輸車的頂升油缸的布置位置。

圖6 平移模塊示意圖(俯視圖)

另外，頂升運輸車在大模塊下面的A-A位置的布置圖見圖7。

圖7 平移運輸車布置圖(A-A斷面?zhèn)纫晥D)

5.2.2 平移運輸使用設備

(1)平移中使用2 000 kN×2雙缸運輸車6臺，總安全承載力24 000 kN。

(2)6臺運輸車：4臺主動，2臺從動。主動牽引車每臺牽引力為200 kN，運輸車油缸中心距為2 800 mm。小車結(jié)構(gòu)強度和承載力滿足運輸要求。運輸車外形見圖8。

圖8 運輸車外形圖

5.2.3 平移步驟

(1)模塊①平移

①鋪水泥滑道及布墩。

②運軌鋪設、運輸車到位頂起。

③開始平移，牽引速度為1.2 m/min，定中心點，調(diào)中心調(diào)平，落到位。

④模塊②到位后初步支墩，把運輸車運軌轉(zhuǎn)到模塊①位置。

⑤對到位后的模塊②測距離，調(diào)水平，就位后正式支墩。

(2)模塊②平移

①鋪水泥滑道及布墩。

②運軌鋪設,運輸車到位頂起。

③開始平移，牽引速度為1.2 m/min，移動到位、靠龍預計1天時間。

④模塊①到位后初步支墩，把運輸車運軌轉(zhuǎn)到模塊③位置。

⑤對到位的模塊①對位位置調(diào)整，調(diào)水平，就位后正式支墩。

(3)模塊③平移

①鋪水泥滑道及布墩。

②運軌鋪設、運輸車到位頂起。

③開始平移，牽引速度1.2 m/min，移動到位、靠攏預計1天時間。

④模塊③到位后調(diào)整對位位置，調(diào)水平，就位后正式支墩。平移結(jié)束。

6 結(jié)論

通過方案的實施，實現(xiàn)了兩座平臺在同一吊機下并行建造的目標，使建造場地利用率得到最大化，很好地運用了大型吊機的優(yōu)勢。通過項目的實施，發(fā)現(xiàn)方案具有以下優(yōu)點：

(1)平臺分段劃分不受建造場地的影響。

(2)下船體浮體可以制作成環(huán)形分段，壓載艙形成完整艙室，提高舾裝率。

(3)可以有效避免壓載艙實施PSPC特涂標準而引起的重新沖砂涂裝風險。

總之，通過研究成果的實施，確保D90項目建造周期，降低了項目成本，建立了半潛平臺大型模塊建造的新模式，可供后續(xù)或相似項目參考運用。