基于起重船的海洋油氣設備吊裝工藝分析

鄭興周，劉建峰，李石峰

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

大型設備的吊裝是海上油氣平臺大型改造的關鍵里程碑點，也是施工風險最大的作業點。海上大型設備的吊裝需要考慮的因素比較多，根據API 規范要求，需要考慮吊耳設計、撐桿設計、鎖具選擇、起重船選擇、起重船就位等。以某項目透平吊裝為例，詳細說明大型設備的海上吊裝工藝。

1 項目簡介

中海油渤海某平臺因電力缺口，需要新增一套SOLAR T60 透平機組，透平機組本體吊裝重量為40 t。由于該平臺吊機使用年限較長，目前吊機的吊裝能力僅為15 t 左右，無法滿足透平機組本體的吊裝需求，因此需要采用起重船進行吊裝作業。

2 吊裝形式確定

設備的吊裝形式一般由設備制造商根據設備的特點提供設備吊裝推薦形式，施工方根據設備制造商提供的推薦形式進行吊裝分析。本項目中，SOLAR 提供的吊裝形式如圖1 所示，其中撐桿材料選擇4.5 m的H700×300×13×24 的H型鋼進行吊裝分析。

圖1 設備吊裝

3 吊裝分析

3.1 吊裝模型

應用SACS 計算軟件進行吊裝模型分析，考慮到透平模塊結構復雜，且其底座梁強度較強，不需要進行模擬校核，因此在吊裝模型中只模擬了由4 個吊耳圍成的底座梁框架，該框架的桿件為H600×300×13×24，桿件密度取0.0001 t/m3。而透平整體重量是以集中力的形式加載在其重心的水平位置的節點上。鋼絲繩的角度選擇，以規范規定的最小值60°進行設置[1]。透平的整體吊裝模型如圖2 所示。

圖2 透平吊裝模型桿件

3.2 結構加載

本項目中透平本體自重為400 kN（F01），撐桿自重為5.28 kN（DEAD），考慮1.1 倍的安全系數及根據API 規范要求，對于開敞暴露海域（即海上）進行的吊裝，對于吊點和直接與吊點相連的結構桿件，應考慮2.00 的動力放大系數；對于其他傳遞吊裝力的結構桿件，應考慮1.35 的動力放大系數[2]，見表1，加載情況見表2。

3.3 名義應力校核

在考慮1.10 倍的不確定系數和2 倍的動載系數下，結構物所有桿件的UC 值最大為0.47，而撐桿的UC 值最大為0.19，都小于1.00，滿足規范要求。分析結果見表3。

表1 結構加載工況

3.4 鋼絲繩選取

根據表4 的分析結果，該撐桿下方所使用的4 根鋼絲繩的最大拉力為299.83 kN（考慮2 倍的動載系數），上方所使用的2根鋼絲繩的最大拉力為544.31 kN（考慮2 倍的動載系數）。根據這一結果，選取合適的鋼絲繩鎖具。

表2 基于泥面標高的組合工況匯總

表3 桿件分類匯總（API RP2A 21ST/AISC 9TH）

表4 桿件應力與彎矩

3.5 起重船校核

起重船的選擇需要根據設備吊裝重量及船舶作業檔期進行初步選擇，然后根據目標起重船的吊裝曲線進行校核。本項目的目標起重船為海油工程旗下的濱海109 起重船，其吊裝曲線如圖3 所示。起重船的校核主要考慮吊裝能力、吊裝半徑、吊裝高度3 個因素，3 個因素同時滿足才能使用。本項目透平本體加上吊索具的重量整體吊裝重量約為50 t；考慮起重船離海洋油氣平臺大于10 m 的安全距離，本項目的吊裝半徑為30 m；本項目設備安裝甲板高度為29 m，吊索具整體高度約為13 m，因此項目整體吊裝高度需要大于42 m。根據起重船的吊裝曲線，在吊裝半徑為30 m 的情況下，起重船主鉤的吊裝能力為250 t，吊裝高度為62 m，均能滿足項目需求。

4 結語

圖3 起重船吊裝曲線

隨著海洋工程行業的發展，大型海洋油氣設備的海上吊裝技術已經比較成熟，但仍屬于海洋工程重大風險作業，需要考慮的因素比較復雜。由于海洋環境復雜，目標起重船確定以后，需要依據船舶的性能選擇合適的作業時間窗口，根據油田的周圍的海管海纜路由情況，選擇合適的就位方案。嚴密的吊裝作業方案才能保證吊裝過程順利、安全地實施。