大型半潛式平臺船體分段履帶吊翻身工藝

連 鑫， 宮 晨， 馮英磊， 劉凌云， 尚繼飛

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266520)

0 引 言

近年來，隨著我國南海深水區域重大油氣的發現，深水半潛式平臺的建造需求日趨增多，大型半潛式平臺船體在建造過程中，為方便船體分段預制，經常需要把船體分段反向建造或者旋轉90°側造，船體分段預制完成后需要進行翻身吊裝作業，把船體分段調整到總裝狀態。目前大型船體分段翻身方式都是使用龍門吊實施作業，圖1所示是韓國某公司利用龍門吊進行船體分段翻身，這種方式需要占用龍門吊資源，對于翻身場地要求條件高。如果能使用履帶吊來進行大型船體分段翻身作業，就能釋放龍門吊資源，就能充分利用現有的場地資源，靈活進行翻身作業。本文結合“深海一號”半潛式平臺項目建造施工實踐，詳細闡述在不使用龍門吊的條件下，通過使用履帶吊實現大型半潛式平臺船體的翻身吊裝作業。主要內容包括翻身設計、翻身方案和翻身作業3個部分。

圖1 船體分段傳統翻身方式Fig.1 Traditional turnover of hull section

1 翻身設計

1.1 翻身設計流程

整個船體分段翻身過程比較復雜，在翻身過程中吊索具與船體結構有干涉的風險，船體分段吊點重量有轉移的過程。翻身設計的第一步是核算分段重量重心，通過建立3D模型得到的重量、重心與圖紙、料單對比，從而得到最終的理論重量、重心。接下來要進行吊點布設、計算強度、選取吊機、吊機能力校核和碰撞校核等，總的來說，船體分段翻身設計是一個復雜的逐步尋優的過程[1]，翻身設計流程圖如圖2所示。

圖2 船體翻身設計流程圖Fig.2 Flowchart of hull turnover

本文以“深海一號”半潛式平臺的C27船體立柱分段翻身為例，C27船體重量信息如表1所示，外形尺寸如圖3所示。

表1 C27重量信息Tab.1 Overall information of C27

(續表)

圖3 C27船體分段外形尺寸Fig.3 Overall dimensions of hull section C27

1.2 布設吊點

吊耳布設是最重要的一個環節，需要綜合考慮翻身過程中旋轉軸干涉、吊耳結構處強度、履帶吊的性能以及船體分段與履帶吊的相對位置和碰撞等，根據船體分段C27的特殊結構形式和需要翻身90°的要求，特別設計翻身的吊耳，主要有以下兩種形式，分為A型、B型。A型吊耳是翻身過程中的主吊點，由于船體分段艙壁比較薄弱，因此需要多個吊點來分散應力，保證船體分段的翻身強度，經過計算需要8個A型吊耳，安裝在船體分段頂部。B型吊耳是翻身過程中的輔助吊點，需要4個B型吊耳，安裝在船體分段底部[2]。吊耳具體形式示意如圖4所示，吊耳鋪設示意如圖5所示。

圖4 船體分段翻身吊耳示意圖Fig.4 Schematic diagram of turnover lifting lug of hull section

圖5 船體分段吊耳鋪設示意圖Fig.5 Schematic diagram of lifting lugs of hull section

1.3 翻身強度校核

翻身強度校核建模采用Sesam GeniE模塊有限元分析軟件，船體分段模型用shell單元和beam單元進行模擬，吊繩用beam單元進行模擬，模型網格尺寸為300 mm×300 mm，吊點處結構采用細化網格處理，網格尺寸為50 mm×50 mm。整個翻身過程分成3個階段來模擬，分別是原始0°狀態、翻身45°狀態和最終90°狀態[3]。

船體分段結構和吊耳均為最小屈服強度為355 MPa的高強鋼，材料特性如下：

(1) 楊氏模量2.1×1011N/m2。

(2) 剪切模量 8.0×1011N/m2。

(3) 密度7 850 kg/m3。

(4) 泊松比0.3。

強度校核采用DNV GL-ST-N001 規范，重量不確定系數為1.05，動態放大系數根據翻身吊裝類型選取1.05，傾斜載荷系數根據使用吊梁和鋼絲繩的數量選取1.1，結果系數按照保守取1.3[4]。經過強度校核，最大應力和變形都是出現在原始0°狀態，最大應力為125.7 MPa,小于許用應力273 MPa，結構強度滿足要求，最大變形量為25 mm，結構變形滿足要求。各階段的最大應力值如表2所示，最大應力分布云圖如圖6所示，最大變形分布云圖如圖7所示。

表2 各階段最大應力值Tab.2 Maximum stress of each stage

圖6 最大應力分布云圖Fig.6 Cloud diagram of maximum stress distribution

圖7 最大變形分布云圖Fig.7 Cloud diagram of maximum deformation distribution

1.4 吊機能力校核

船體分段的8個主吊點使用一臺DEMAG CC8800-1型1600T履帶吊(簡稱1600T履帶吊)來吊裝，剩下4個輔助吊點分為2組，一組使用一臺1600T履帶吊塔況來吊裝，另外一組使用1臺LIEBHERR LR 1750型750T履帶吊(簡稱750T履帶吊)來吊裝。由于在翻身過程中，船體分段的重量會發生轉移，各吊點的支反力會有所變化，因此要使用吊點全過程中最大的支反力來校核吊機的能力。

(1) 8個主吊點最大支反合力出現在船體分段翻身90°時，支反合力大小為353 t， 1600 t履帶吊的額定起重量為528 t，算上動載荷等系數后利用率為76.4%，吊機能力符合要求。

(2) 2組輔助吊點最大支反合力出現在船體分段為0°時，支反合力大小為132 t， 750 t履帶吊的額定起重量為216 t，算上動載荷等系數后利用率為70.5%，1600 t履帶吊塔況的額定起重量為210 t，算上動載荷等系數后利用率為75.8%，吊機能力符合要求。

2 翻身方案

2.1 吊排系統

設計的主吊點有8個，由于履帶吊只有一個鉤頭，需要搭配特制的吊排來實現履帶吊船體分段的翻身，一個400 t吊排包含2個小平衡梁，每個平衡梁兩端各有一個定滑輪，每個定滑輪繞一根壓制鋼絲繩索具，這樣總共能接8根鋼絲繩用于連接船體分段的吊耳[5]，吊排實物如圖8所示。

圖8 履帶吊400t吊排Fig.8 400 t lifting row of crawler crane

2.2 吊索具布置

船體分段翻身需要12根16 m長的鋼絲繩和20個卸扣(鋼絲繩不包含吊排系統)，其中主吊點需要8根鋼絲繩和16個卸扣，其余的用于輔助吊點，具體連接方式如圖9所示。

圖9 船體分段翻身索具連接圖Fig.9 Connection diagram of rigging of hull section turnover

2.3 吊機站位

船體分段翻身需要3臺大型履帶吊，吊機原始站位如圖10所示，翻身后吊機最終站位如圖11所示。

圖10 船體分段翻身吊機原始站位Fig.10 Original position of hull section turnover crane

圖11 船體分段翻身吊機最終站位Fig.11 Final position of hull section turnover crane

2.4 吊機碰撞校核

在船體分段翻身過程中有碰撞風險的是2臺1600t履帶吊，它們的空間碰撞校核如圖12所示。

圖12 船體分段翻身吊機空間碰撞校核Fig.12 Space collision check of hull section turnover crane

3 翻身作業

3.1 船體分段翻身流程

船體翻身作業之前需要進行相關的準備，如需要進行翻身吊點安裝、輔助件搭設、碰撞檢查和吊機掛扣等，船體分段翻身的整個施工流程如圖13所示。

圖13 船體分段翻身吊機空間碰撞校核Fig.13 Space collision check of hull section turnover crane

3.2 船體分段翻身步驟

第一步： 3臺履帶吊起鉤平吊，共同將船體分段平吊離馬腿高0.2 m后，停留約3 min，對分段、吊索及吊機等的狀態進行觀察，確認無異常后方可繼續吊裝作業，如圖14所示。

第二步： 履帶吊同時向一個方向行駛，將船體分段從馬腿正上方挪開，然后保持不動，如圖15所示，用叉車將馬腿移除，給后續船體分段翻身留出足夠的空間。

第三步： 主吊的1600t-1履帶吊鉤頭緩緩升起，另外2臺履帶吊鉤頭保持高度不變，同時2臺履帶吊向1600t-1緩慢靠近，保證鋼絲繩垂直無側向傾斜，如圖16所示。

第四步： 3臺履帶吊配合直到船體分段翻身90°完成，繼續移動將船體分段放置到事先布置好的墊木上，如圖17所示。

圖14 船體分段翻身試吊階段Fig.14 Turnover trial hoisting stage of hull section

圖15 船體分段挪移馬腿上方Fig.15 Moving the hull section above the horse leg

圖16 船體分段翻身過程Fig.16 Turnover process of hull section

圖17 船體分段在墊木上放置Fig.17 Placement of hull section on wooden mat

第五步： 3臺履帶吊鉤頭緩慢下降，鋼絲繩慢慢松開，過程中觀察船體分段的狀態是否穩定，等到履帶吊完全沒有受力后摘除掛扣，移除履帶吊，船體分段翻身作業完成。

5 結 語

船體分段翻身是一個復雜的過程，需要綜合考慮多方面的問題，通常情況下，大型船體分段翻身需要使用龍門吊，本文詳細從翻身設計、翻身方案和翻身作業3個方面闡述采用特制的吊排和多臺履帶吊配合完成船體分段翻身作業。本文工藝打破了大型船體分段翻身必須使用龍門吊的限制，可以推廣到其他項目中，使船體分段翻身具有更多場地選擇和靈活性，能夠充分利用現有場地資源，節約項目的建造成本，大幅縮短項目的生產周期。