FPSO船體進塢精準落墩工藝

石亮

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300461)

目前國內FPSO建造模式按照施工分為兩個階段:船體建造階段，上部模塊、單點與船體進行集成階段。船體由船廠建造，然后將船體拖航至海工場地進行集成作業。內轉塔單點安裝精度要求高，需要FPSO船體進入干船塢內進行集成。常規船體進塢落墩只需要控制船體就位位置即可滿足要求，FPSO船體進塢進行單點集成需要嚴格控制單點艙區域水平度，達到±5mm要求。圍繞船體高精度就位要求，需要進行船體測量控制點布置、集成船塢測量點布置、塢墩布置設計、進塢落墩精就位監控等工作。

1 精度分析

按照建造分工，某FPSO船體在船廠建造，建造完成后需要起浮出塢濕拖至集成船塢內進行模塊和單點的集成。為保證單點精準對位，單點設計方提出單點區域水平度要求不能超過±5 mm。查閱船舶行業標準，對塢墩的高度偏差為±8 mm[1]，對于船體實際落墩后的水平沒有明確提出。對于15萬t級的FPSO，船寬達到50 m，如果以甲板中心為基準，水平變化5 mm 時，垂直度傾斜大約0.03°。圖1顯示了單點中心與單點艙中心的垂直度偏差，如落墩控制不良將導致單點集成同心度偏差變大，垂直度超差引起的上下連接部位的問題可能導致單點運轉出現異常。為了確保單點正常運轉，整體中心點必須一致。FPSO船體落墩后滿足單點區域水平度±5 mm要求，除了要保證船底板平面度要求外，還要進一步提高塢墩水平度要求，同時制定落墩控制工藝，嚴格細化控制流程。

圖1 單點中心與單點艙中心偏差

2 船體控制點布置與調平

某FPSO船體的主要設計參數，船舶進塢前需確定完工狀態，主要參數見表1。

表1 某FPSO船體進塢狀態 m

為保證FPSO船體順利完成塢內落墩作業，需在船體建造塢內完成如下準備工作。

1)船體外板定位落墩標記設置。

2)主甲板調平標記設置。

2.1 船體定位標記設置

為確保FPSO船體移位落墩后的定位精度，需在船廠干塢內船體起浮前，預先在船上設置定位標記。通過測量船體左右船舷及艏艉外板的控制點來監測船體塢內落墩，見圖2。

圖2 船舷外板測量點布置示意

船體右舷3個測量點用于船體主要定位點。標記點2處設置標尺并作為落墩時控制縱向定位和監控坐墩高度的主標尺。舷側標記點1、舷側標記點3處設置的靶紙作為落墩時控制FPSO船體橫向定位的主標尺，使用測距儀進行觀測；船艏設置的標尺作為落墩時控制FPSO船體橫向定位的輔助標尺，使用全站儀[2]。

利用全站儀，分別測量舷側標記點1和舷側標記點3的半寬值，見圖3，測量舷側標記點1與舷側標記點2之間，以及舷側標記點2與舷側標記點3之間的間距并記錄。用于集成船塢內船體精準就位的數據修正。

圖3 船體定位標記點示意

2.2 主甲板水平標記設置

船體進塢的調平監測通過布置在主甲板上的10個測量點進行控制，通過U形管原理測量甲板水平及單點艙區域水平，具體布置見圖4。標記點1、2、3、4、7、8主要用于監控整船在碼頭的調平狀態，標記5、6、9、10用于調載時監測內轉塔甲板水平。待船體落墩完成后，對單點艙基準點數據進行復測，根據復測結構進行基準點的轉移，轉移至塢底以及主甲板上，用于后期的單點集成。

圖4 甲板水平標記點設置

2.3 船體調平

在船體解脫進塢前，需要先將船體調平。通過調整左右舷壓載艙內水量實現調平。通過U型管原理測量船體水平，觀察各水管水位相對于距基水平線的高度，可以確定出船舶的縱、橫傾狀態。船舶橫傾應控制在30 mm以內，縱傾控制在100 mm以內，最大程度的減少縱、橫傾，實現船體精就位[3]。

3 船塢控制點布置

船體在干塢內位置根據單點、組塊集成要求確定。單點模塊使用浮吊吊裝，單點艙所在船頭位置需靠近塢門，便于浮吊吊裝。具體位置根據浮吊吊裝能力、回轉半徑確定。為避免引起混淆，集成船塢場地所有勘劃的地面標記點，均與船體建造船塢放線依據的標準一致。

3.1 塢內標記點設置

集成塢底放線時，將船體中心線上船艉(肋位FR41)、船舯(FR67)、船艏(FR86)和1～8號地標一并放出，并做好標記，注明肋位號、距中值，見圖5。

圖5 集成塢內標記

需要確認集成船塢放線肋位間距最終是以船體實際肋距為依據勘劃，還是以理論肋距進行勘劃。若以實際肋距勘劃，集成船塢放線時應舷側標記點1和舷側標記點2、舷側標記點2和舷側標記點3之間間距的實測值確定FR41、FR86之間的位置關系。

3.2 塢內標記測量修正

在船塢放水前，利用全站儀完成船塢定位標記數據測量記錄。由于建造誤差，FPSO船體實際肋位位置和地線肋位標記可能會存在一定的誤差，為了降低此誤差對定位落墩精度的影響，對比船廠塢內定位標記數據測量結果和集成船塢定位標記數據測量結果，分析確定出數據偏差，計算出后續集成船塢定位數據偏差監控值，從而確保縱向和橫向精準定位。

4 布墩設計

單點區域重量集中，塢墩布置需要結合塢底承載力進行適當加密，以滿足承載力要求。單點集成期間要在塢內做一系列的旋轉實驗，塢墩的布置還要避開單點錨鏈盤旋轉區域。為滿足單點區域落墩后的水平度達到±5 mm，將塢墩布置在單點艙區域水平偏差控制在±3 mm以內，其他區域水平偏差控制在±5 mm。

對于塢墩布置采用全船有限元進行計算和校核，船體質量分布通過質量點施加在船體強結構處進行模擬。在布置設計中為減少因為塢墩沉降不均造成偏差，對單個塢墩受力大的區域適當加密盡量使塢墩均衡受力，使墩木壓縮量盡量一致[4]。尾部及機艙區域最大應力為120 MPa，單點艙及首部最大應力為79 MPa，貨倉區最大應力為58 MPa，所有塢墩支反力均小于200 t，船底應力云圖見圖6。

圖6 船底應力云圖

塢墩擺放應提前規劃，內轉塔周邊均墩擺放時應由內向外擺放，確保每個塢墩都能順利放置到位，避免擺放順序不合理而倒墩。在進塢前需消除縱、橫傾，塢墩布置位置準確并保證頂面水平[5]。為滿足水平度要求，所有墩木使用新木頭，采取刨平方式控制。全船塢墩布置見圖7。

圖7 全船塢墩布置

5 船體精就位

船體調平后，塢內測量點設置、塢墩布置就位等準備工作完成后，可實施進塢落墩工藝。FPSO船體通過拖船移位、在牽引小車牽引下移至預定落墩地點，拉緊4根調整鋼絲纜。塢門拖至塢口復位，關閉塢門，船塢排水。將塢內水排放至船底板距塢墩上表面約500 mm時，進行落墩精就位[6]。船體進塢定位過程示意于圖8。

圖8 船體進塢定位過程

1)船塢放水完畢，用引船小車將船體拖至預定落墩地點，帶好臨時纜繩和調整鋼絲纜。

2)在船體右側塢面船腫(FR67)標記處布置全站儀，監測船體外板船腫(FR67)處的標尺，調整全站儀的水平和高度。

3)在船體右側塢面船艉(FR41)處布置一個測距儀，監測船體外板FR41處靶紙和地標5之間的距離，利用全站儀調整測距儀位置，確保測距儀激光出線和地標5、地標6兩點的連線在同一鉛垂面內。

4)在船體右側塢面船艏(FR86)處布置一個測距儀，監測船體外板FR86處靶紙和地標1之間的距離，利用全站儀調整測距儀位置，確保測距儀激光出線和地標1、地標2兩點的連線在同一鉛垂面內。

5)利用塢面FR86、FR67、FR41測定的數據進行縱向及橫向的初步定位，當此數據與修正的數據誤差在100 mm以內時，塢內緩緩排水至某FPSO船體船底板距塢墩上表面200 mm，觀測各點讀數，并根據情況逐步調整船舶位置。

6)當測量的數據誤差在40 mm以內時，把塢內水排放至船體船底板距塢墩上表面100 mm，塢內緩緩排水至船體落墩。

7)船體坐墩后，船塢繼續排水，船體吃水下降300 mm時，繼續讀取各儀器測量數據，要求縱向坐墩偏移≤50 mm，橫向坐墩偏移量≤50 mm，FR41和FR86船上標記橫向相對偏差≤100 mm。船體落墩監測結果見表2，單點區域監測結果見表3，船體落墩滿足單點集成要求。

表2 船體就位數據監控

表3 單點區域數據監測

6 結論

FPSO船體進塢落墩精就位實施關鍵點在于船體單點區域水平度控制，影響主要因素有船底板水平度、塢墩頂面水平度、船體進塢過程中就位精度控制。通過對以上因素的識別分析，制定了一系列控制措施并貫穿于實施過程中，最終落墩后，船體檢測結果達到預期。此次FPSO船體進塢落墩實踐順利實施，證明相關措施行之有效。