可組合式主機拆除專用工裝開發及應用

楊京華，李志博，鄭博文，朱赫男

(大連船舶重工集團長興島船舶工程有限公司，遼寧 大連 116318)

進入21世紀，世界海上油氣勘探開發步伐明顯加快，海上油氣新發現超過陸上，成為能源增長重要來源。而在海洋油氣儲量中，深海資源遠比淺海豐富。深水油氣資源以其龐大的儲量仍將成為未來海洋油氣開發的主要方向。深水油氣資源開采，勢必成為未來一階段海洋油氣開發的重要方向。按照一般規律，海洋油氣開發中，深水開發成本大于淺水開發成本，超深水開發成本大于深水開發成本。若要使深海油氣資源開發的經濟性達到或者接近淺水油氣資源開發的水平，勢必要進一步降低開發成本。這主要依賴于2個方面的提高：①技術的進步；②建造效率的提升和成本的節約。現階段，FPSO等海洋油氣開發技術水平不斷取得進步和突破，但仍未有徹底改變現有開發模式的新技術出現，因此，如何實現建造效率的提升和成本的節約是大家重點思考的問題。

1 開發的背景及應用

FPSO改裝項目一般均是以VLCC等船舶為原船進行改造的，通常情況下均需要將原船大型設備拆除，主機就是其中的一個大型拆除設備。一般船廠都是采用單獨設計一體化吊裝專用工裝的方式來進行吊裝拆除作業。這樣不利于偏心設備的吊裝作業，存在一定的安全隱患，同時一體化工裝只能專船專用，不能重復利用，不同項目需要重新制作，額外增加材料成本，降低了生產效率。

結合以往大型設備吊裝拆除設計工作經驗的積累，本次開發設計的可組合式主機缸體總成設備吊裝工裝，可根據工作實際需求自由組合，適用性強，可重復利用，降低了項目成本，提高了生產效率。同時避免了因設備偏心導致的吊裝傾斜問題，大大提高了吊裝作業的安全性，可滿足FPSO改裝項目大多船舶主機缸體總成設備的拆除吊裝工作，是一種新型設備拆除吊裝工裝。

可組合式設備吊裝工裝主要用于FPSO改裝項目主機缸體總成拆解吊裝工作中。其結構形式相對簡單，單個工裝承重能力可達80 t，可視情況自由組合使用，適用性強，滿足大多數FPSO改裝項目主機拆解工作的實際需求。

可組合式設備吊裝工裝可用于FPSO改裝項目主機拆除階段時使用。其具有可組合性，承重能力強，滿足大多數FPSO改裝項目主機拆除吊裝時的技術需求。

2 設計思路

首先要了解主機的組成部分及拆解的主要過程，這樣才能從技術角度做好足夠的準備，以實現主機拆解順利、安全、高效地進行。本船主機拆解共分成3個部分,分別為缸體總成、機架總成、基座曲軸總成，自上而下進行拆除，主機拆解示意圖如圖1所示。

圖1 主機拆解示意圖

首先將缸體總成缸頭取下，在缸頭下結構體上安裝緊固專用工裝，連接吊繩，根據吊裝方案[1]進行起吊作業。缸體總成吊裝示意圖如圖2所示。

圖 2 缸體總成吊裝示意圖

經過工裝計算[2]，缸體總成吊裝工裝的8個孔直徑為170 mm，通過螺栓擰緊固定，工裝肘板孔受與垂直方向成3°角、784 kN的拉力。缸體總成吊裝工裝模型如圖3所示。

圖 3 缸體總成吊裝工裝模型

3 可組合式主機拆除工裝

可組合使用的設備吊裝工裝主要是為了實現FPSO改裝項目中的主機缸體總成設備拆除工作平穩、高效、安全地進行。

可組合使用的設備吊裝工裝以板材、管材焊接而成，主要由底原板、肘板、吊耳板、吊耳圓板、套管、加強立板、固定圓板、加強肘板組成。其中套筒主要是起連接作用，主機缸體的螺桿連接穿過套筒后使用螺母進行鎖緊固定，使得主機缸體與該工裝形成一個整體結構。吊耳板為主要豎向承力結構，吊耳圓板主要起到吊耳板結構強度加強的作用，分別焊接在吊耳板圓孔兩側。

工裝吊耳板參照VDLB198-88《船體分段吊裝設計作業規程》中規定的吊耳標準進行設計，工裝構件主體材料為AH36或DH36。其特點在于結構簡單，受力均勻，承重能力強，可承受拉壓、扭轉和彎曲的能力強，操作方便，空間局限性小，工作效率高，其已在2艘FPSO改裝項目上得到了成功的應用。

本設計解決了以往采用一體化設備吊裝工裝作業時設備偏心導致的設備傾斜問題，提高了主機缸體總成拆除的作業安全性，節省了工裝成本，縮短了建造工期，提高了建造效率。組合式設備吊裝工裝可以單獨進行受力及吊裝角度調整，保證吊裝作業的同步性，吊裝作業安全上得到了更高的保障，經濟效益上得到了大幅度的提升。工裝橫剖面結構、縱剖面結構、俯視及仰視、總體結構示意圖如圖4～圖7所示。

圖4 工裝橫剖面結構示意圖

圖5 工裝縱剖面結構示意圖

圖6 工裝俯視及仰視示意圖

圖7 工裝總體結構示意圖

4 可組合式主機拆除專用工裝使用方法

可組合使用的設備吊裝工裝焊接完成后，需要進行100%MT及100%UT探傷檢驗，經檢驗合格后方可使用。安裝前準備好相應數量的120 t卸扣及不小于80 t的鋼絲繩，連接時首先使主機缸體總成的螺桿穿過該工裝的套筒，完全穿越后通過上部螺母進行鎖緊固定。根據缸體的數量配套使用對應數量的吊裝工裝，工裝的連接需要依次進行，不能同時進行多個工裝的連接。由于主機由缸體總成、機架總成和機座曲軸總成組成，起吊前應確保與主機缸體總成的連接部分徹底分離，在吊裝運輸通道內的干涉構件需提前拆除。吊裝時需要緩慢起吊，為了防止起吊重心與結構重心垂向不共線引起慣性水平方向的擺動，周圍禁止站立人員，設備四角通過牽引繩協助減輕或消除設備吊裝過程中出現的晃動。待設備吊裝距離地面100～200 mm并且平穩后，解開拉繩，起吊出艙即可。主機缸體總成拆除工裝制作成品見圖8。

圖8 主機缸體總成拆除工裝制作成品

5 取得的成果及應用情況

1)成果。本文主要以FPSO的主機缸體總成的拆除為主要技術研究對象，根據相關數據進行設計及分析，有針對性地提出了專用工裝的設計方案，包含結構上的優化、組裝順序上的優化、使用材料上的優化，最終使得各部分滿足規范要求，并在其吊裝作業時進行了把控，進一步研究了吊裝角度及質量質心偏心對其的影響情況，給出了詳細的建議及解決方案。在此基礎上編織出了合理的預制及吊裝施工工藝方案，達到了快速、安全、高效拆除VLCC主機缸體總成的目的，主機缸體總成拆除安裝后吊裝前現場圖見圖9。

2)應用。可組合式主機缸體總成拆除工裝，通過前期的資料收集、技術研究、計算分析、設計優化，最終設計出了一種安全可靠、效率高、成本低、精度高的專用工裝，制定了專項施工安裝工藝方案，基本攻破了VLCC主機缸體總成拆除設計重難點。實現了主機拆除工作高精度、高效率的拆除目的，為縮短FPSO改裝工期，提高建造效率提供了強有力保障，為后續類似項目提供了有力的技術參照。該工裝已在多個FPSO改裝項目中得到成功的應用，實現了主機快速、安全、高效地拆除，得到了業主的一致好評。

圖9 主機缸體總成拆除安裝后吊裝前現場圖