基于平臺(tái)改造的模塊吊裝方案設(shè)計(jì)研究

周健狀，安振武，穆 頃，史曉慶

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)中心 天津300452)

0 引言

海上油田的生產(chǎn)一般以固定設(shè)施為基地[1]。鋼制固定平臺(tái)作為目前海上油氣生產(chǎn)應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)、建造、安裝以及維護(hù)都是海洋工程的重要課題。目前，模塊安裝以吊裝作業(yè)為主，吊裝方案設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。

鑒于設(shè)施老化，系統(tǒng)能力不足，擬通過油田設(shè)施整體升級(jí)改造，將某平臺(tái)改造為綜合處理平臺(tái)。該平臺(tái)為24腿、6只原油儲(chǔ)罐平臺(tái)，將拆除西側(cè)3個(gè)原油儲(chǔ)罐、新增一個(gè)12腿模塊，改造成綜合處理平臺(tái)。

1 工程簡(jiǎn)介

新增模塊與儲(chǔ)罐的相對(duì)位置如圖1所示，新增模塊在頂甲板總布置方案如圖2所示。

圖1 新增模塊與儲(chǔ)罐相對(duì)位置圖 Fig.1 Relative location of new module and storage tanks

模塊擬分為南北模塊分別吊裝，其中南模塊主機(jī)房和吊機(jī)考慮可以單獨(dú)吊裝。坐標(biāo)原點(diǎn)如圖3所示，重量及重心如表1、表2所示。

圖2 新增模塊頂甲板布置圖 Fig.2 General layout of new module on upper deck

圖3 坐標(biāo)原點(diǎn) Fig.3 Origin of coordinate

表1 南/北模塊整體吊裝重心 Tab.1 Lifting weight center of south and north modules

表2 南模塊拆分吊裝重心 Tab.2 Lifting weight center of separated south module

根據(jù)項(xiàng)目需求，以華西為起重作業(yè)船，夢(mèng)娜公主號(hào)為駁船做吊裝方案的技術(shù)可行性分析。

2 主要技術(shù)問題及解決方案

2.1 重心位置核實(shí)

依據(jù)行業(yè)通用做法[2-3]，對(duì)于單個(gè)浮吊吊裝作業(yè)，模塊重心位置應(yīng)滿足基于4個(gè)吊點(diǎn)以及重心和吊鉤高度確定的十字星范圍內(nèi)，如圖4所示。其中，e＝0.02×吊鉤至模塊重心的垂向距離。

圖4 重心位置十字星范圍 Fig.4 Cross range of weight center

據(jù)此對(duì)上述4種工況下的重心位置進(jìn)行核實(shí)，重心位置均滿足要求。

2.2 北模塊吊裝分析

對(duì)于北模塊，在2軸和D軸交點(diǎn)處的吊點(diǎn)附近，存在設(shè)備BSL-X-3001B，與吊繩干涉。若采用加大吊鉤高度的方式，則吊鉤高度提升過大，會(huì)加劇模塊在吊裝過程中的晃動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，安全隱患大，因此不予采用。擬使用吊裝框架，位于頂甲板以上6.5m處，如圖5所示。

圖5 北模塊吊裝模型圖 Fig.5 Lifting model of north module

考慮吊繩與水平面的夾角不宜小于60°[2]，吊鉤高于吊裝框架24.1m，吊鉤標(biāo)高60m。

如圖6核實(shí)可知，模塊在駁船上起吊時(shí)為控制工況，此時(shí)浮吊和駁船保持3.6m的碰球間隙。組塊與浮吊之間的最小距離為4.3m，大于3m。浮吊吊重能力4032/1.1=3665t，大于3253t，滿足要求。吊高亦滿足要求。

考慮吊重和吊高能力尚有較大余量，可適當(dāng)減小扒桿角度，增大安全距離。

圖6 北模塊吊重能力核實(shí) Fig.6 Lifting capacity check of north module

2.3 南模塊吊裝分析

2.3.1 南模塊整體吊裝

經(jīng)論證，南模塊的吊裝亦需使用吊裝框架，以降低結(jié)構(gòu)梁受力。相應(yīng)吊裝框架的垂向標(biāo)高為41.9m，高于上層房間甲板5m。吊重能力和吊高能力校核如圖7所示。

圖7 南模塊控制工況吊裝放樣圖 Fig.7 Lifting layout of south module under control condition

核實(shí)可知，南模塊整體被浮吊吊起，位于導(dǎo)管架上方3m位置時(shí)，為控制工況。此時(shí)浮吊扒桿和組塊吊機(jī)之間最小距離為3.49m。浮吊吊重能力3054/1.1=2776t，小于3554t，不滿足要求。尚需進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

經(jīng)分析，南模塊的吊機(jī)與扒桿距離為控制因素，考慮可單獨(dú)安裝吊機(jī)，使扒桿角度增大，減小吊裝半徑，提高吊重能力。此外，南模塊頂層存在主機(jī)房，考慮可拆除主機(jī)房，減少吊裝重量。以下分別針對(duì)2種方案進(jìn)行分析。

①南模塊(拆除吊機(jī))吊裝

南模塊拆除吊機(jī)后，浮吊扒桿角度明顯增大，提高了吊重能力，校核如圖8所示。

圖8 南模塊(拆除吊機(jī))控制工況吊裝放樣圖 Fig.8 Lifting layout of south module without crane

拆除吊機(jī)后，模塊在駁船上起吊時(shí)為控制工況，此時(shí)浮吊和駁船保持3.6m的碰球間隙。浮吊吊重能力提高到3955/1.1=3595t，大于3488t，滿足要求。吊高亦滿足要求。

②南模塊(拆除主機(jī)房)吊裝

南模塊拆除主機(jī)房后，吊裝重量由3554t減少至2828t，重心坐標(biāo)在Y方向上減小0.39m。無需使用吊裝框架。吊重能力和吊高能力核實(shí)如圖9所示。

圖9 南模塊(拆除主機(jī)房)控制工況吊裝放樣圖 Fig.9 Lifting layout of south module without main control room

核實(shí)可知，組塊被浮吊吊起，位于導(dǎo)管架上方3m位置時(shí)，為控制工況。此時(shí)浮吊扒桿和組塊吊機(jī)之間最小距離為3.126m。浮吊吊重能力3291/1.1＝2991t，大于2828t，滿足要求。由放樣圖可知，吊高能力亦滿足作業(yè)要求。

2.3.2 主機(jī)房單獨(dú)吊裝分析

對(duì)于南模塊主機(jī)房單獨(dú)吊裝方案，尚需考慮吊點(diǎn)位置設(shè)置問題。如吊點(diǎn)仍設(shè)置在4個(gè)主軸線的交點(diǎn)，那么主機(jī)房上的大梁將受到很大的彎矩作用，不利于梁的強(qiáng)度校核。不妨將吊點(diǎn)的位置向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，并適當(dāng)調(diào)整支撐框架的形式，如圖10、圖11所示。

圖10 吊點(diǎn)位于主軸線交點(diǎn) Fig.10 Lifting padeyes located at intersection of main axises

圖11 吊點(diǎn)向內(nèi)側(cè)移動(dòng) Fig.11 Lifting padeyes moved to inside

計(jì)算驗(yàn)證，吊點(diǎn)位置調(diào)整后，大梁UC減少約0.08。吊點(diǎn)位置向內(nèi)側(cè)移動(dòng)利于模塊強(qiáng)度計(jì)算校核。 南模塊拆除主機(jī)房和拆除吊機(jī)吊裝2個(gè)方案，技術(shù)上均可行。對(duì)于南模塊拆除主機(jī)房吊裝方案，需考慮主機(jī)房單獨(dú)吊裝以及海上連接問題，海上工作量相對(duì)較大；對(duì)于南模塊拆除吊機(jī)吊裝方案，則涉及到吊機(jī)安裝和調(diào)試問題。綜合考慮認(rèn)為，拆除吊機(jī)方案經(jīng)濟(jì)性好，予以采用。

2.4 工程建議

在當(dāng)前重量重心以及總體布置條件下，采用華西作為起重船，夢(mèng)娜公主號(hào)作為駁船，工程建議如下：

①北模塊采用整體吊裝方案，并使用吊裝框架，以避免設(shè)備干涉。注意保持起重船和駁船之間的碰球間隙。

②南模塊拆除主機(jī)房和拆除吊機(jī)方案均可行，考慮海上作業(yè)量和經(jīng)濟(jì)性因素，建議采取拆除吊機(jī)安裝方案。

③南模塊拆除吊機(jī)吊裝方案，使用吊裝框架。另外，吊機(jī)單獨(dú)安裝。注意保持起重船和駁船之間的碰球間隙。尚需考慮吊機(jī)安裝與調(diào)試的相關(guān)問題。

3 結(jié)語

以某平臺(tái)改造項(xiàng)目為例，以華西和夢(mèng)娜公主號(hào)作為海上安裝資源，對(duì)模塊吊裝方案進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。重點(diǎn)研究了南模塊整體吊裝不滿足作業(yè)要求時(shí)，對(duì)吊裝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和比選問題。

①起重船吊重能力不滿足要求時(shí)，可從減小吊裝半徑提高吊重能力以及減少吊裝模塊重量?jī)煞矫嫒胧纸鉀Q問題。

②技術(shù)可行前提下，對(duì)吊裝方案進(jìn)行比選時(shí)，則需要考慮海上作業(yè)量、海上工期、成本等多因素。

③吊裝方案設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的合理調(diào)整，包括吊裝框架和吊點(diǎn)位置等，往往能得到事半功倍的效果。