圓筒形FPSO生活樓建造技術(shù)

吳彬，楊風(fēng)艷，宮晨，趙立君，劉帆，張子良

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(FPSO)，具有抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、適應(yīng)水深范圍廣、儲(chǔ)卸油能力大、易搬遷等優(yōu)點(diǎn)，能很好的解決深海油田開采的經(jīng)濟(jì)性和可行性問題，已成為深海石油開發(fā)的主要設(shè)備。FPSO按照船體形狀的不同，可分為船形和圓筒形2種，圓筒形FPSO無需繁瑣的轉(zhuǎn)塔，且減少普通船體結(jié)構(gòu)的艏艉的縱搖，成本更低。圓筒形FPSO的生活樓的結(jié)構(gòu)形式有別于傳統(tǒng)項(xiàng)目的生活樓，有必要分析適合于圓筒形外墻的生活樓的建造技術(shù)，確保能高效便捷地完成建造并通過精度控制技術(shù)保證最終與船體合攏的精確合攏。

1 項(xiàng)目概況

某圓筒形FPSO采用SEVAN400圓筒形FPSO概念，采用3×4多點(diǎn)系泊，作業(yè)水深165 m，三維示意見圖1。雙層底直徑87.5 m；主筒體直徑70 m；主甲板直徑78 m，標(biāo)高32 m；工藝甲板直徑84 m，標(biāo)高38 m；船體重近18 000 t；上部模塊重約130 000 t。生活樓區(qū)域分為L10和L20上下2個(gè)生活樓模塊以及H10直升機(jī)甲板共3個(gè)部分。L10的外圍為圓筒形外墻形式，明顯有別于傳統(tǒng)項(xiàng)目的生活樓。L10生活樓有3層甲板，其南側(cè)的圓弧形外墻兼做擋浪墻，見圖2。L10的3層甲板標(biāo)高分別為EL(+)38 000/42 000/46 000，外形尺寸為59 m×21 m×8 m，重1 623 t。

圖1 FPSO三維示意

圖2 生活樓三維示意

2 建造流程的確定

綜合考慮船體和生活樓結(jié)構(gòu)形式和連接方式，明確船體和生活樓界面劃分，結(jié)合生活樓功能分類、建造場地資源、車間尺寸、運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備能力來確定生活樓的分片劃分，決定預(yù)制、總裝策略，并考慮一體化建造技術(shù)，確定總體建造流程，見圖3。

圖3 生活樓建造流程

3 生活樓建造技術(shù)

3.1 預(yù)制

分片建造是目前海洋平臺(tái)建造的通用做法。分片時(shí)要結(jié)合施工場地資源能力、總裝方案、結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、項(xiàng)目計(jì)劃、設(shè)備材料到貨進(jìn)度等方面來綜合考慮。

考慮到生活樓南側(cè)為圓弧形的外墻，綜合參考預(yù)制車間和噴涂車間所能容納的最大尺寸、運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備能力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和總裝吊裝便捷性，將生活樓按照水平分塊，豎直分層的方式分成6個(gè)擋浪墻和6個(gè)甲板片，見圖4、5。

圖4 生活樓水平分片示意

圖5 生活樓豎直分片示意

3.1.1 甲板片預(yù)制

為提高預(yù)制施工效率，甲板片安排在車間內(nèi)預(yù)制，可以充分利用車間內(nèi)的配套設(shè)施，且避免天氣原因造成的待工。預(yù)制基本原則：所有甲板片采用正造法建造，組對(duì)順序一般采用由內(nèi)到外的原則。為了減少焊接變形，采用對(duì)稱焊接。甲板片預(yù)制示意于圖6，主要步驟如下。

圖6 甲板片墻預(yù)制示意

1)擺放預(yù)制墊墩。墊墩放置后，甲板片主梁最低點(diǎn)應(yīng)距地面600 mm以上或立柱甲板段下端距地面100 mm以上，取兩者較大值。

2)布置主節(jié)點(diǎn)。

3)將所有主梁布置到位，點(diǎn)焊固定，并在主梁上劃出小梁位置。

4)次梁等型材擺放，與主梁點(diǎn)焊固定。

5)型材組對(duì)點(diǎn)焊完成后，開始焊接。焊接原則上自中間向四周對(duì)稱施焊。先焊接腹板與翼緣板的焊縫，再焊腹板與腹板的焊縫，最后焊翼緣與翼緣的焊縫。

6)甲板板鋪板、焊接。甲板板的焊接應(yīng)該遵循從中間向四周對(duì)稱施焊的原則，先焊接小梁和甲板板間的角焊縫，再焊接大梁和甲板板間的角焊縫。

7)立柱拉筋安裝。

8)安裝艙壁、墻皮、欄桿和吊點(diǎn)等附件。

3.1.2 擋浪墻預(yù)制

為提高預(yù)制精度，擋浪墻在弧形胎架上進(jìn)行臥式預(yù)制，見圖7，主要預(yù)制步驟如下。

圖7 擋浪墻預(yù)制示意

1)將胎架擺放就位。

2)將彎好的外殼板鋪設(shè)到胎架上進(jìn)行鋪板焊接，并畫出次梁位置。

3)豎直梁安裝。

4)側(cè)向橫梁安裝。

5)與擋浪墻相連的部分甲板片散梁安裝。

6)加強(qiáng)筋板和封堵板以及吊點(diǎn)安裝。

3.2 分片預(yù)舾裝

甲板片進(jìn)噴涂車間之前，在不影響吊裝和運(yùn)輸?shù)那疤嵯掳惭b所有可安裝的各專業(yè)桿件。預(yù)舾裝作業(yè)應(yīng)盡可能多地完成。然而，也有些基礎(chǔ)只能在每層的兩個(gè)分片連接到一起后才能安裝，比如廚房的基礎(chǔ)對(duì)水平度要求比較高，因此應(yīng)該在后續(xù)階段再安裝；在分片總裝拼縫附近的材料也應(yīng)該在分片連接到一起后再安裝。可以在預(yù)舾裝階段安裝的構(gòu)件見表1。

表1 預(yù)安裝階段可安裝的構(gòu)件

3.3 分片噴涂

分片預(yù)制完成后將會(huì)用同步頂升系統(tǒng)頂升到一定高度(滿足運(yùn)輸車輛進(jìn)出要求)，并安裝運(yùn)輸墊墩，然后運(yùn)送到噴涂車間進(jìn)行噴砂涂裝作業(yè)。整體涂裝之前，應(yīng)該對(duì)后續(xù)焊接區(qū)域進(jìn)行必要的覆蓋保護(hù)。

3.4 分片預(yù)安裝

甲板片完成噴涂后，運(yùn)輸至模塊旁邊提前擺放好的一體化墊墩上，在不影響吊裝的前提下進(jìn)行進(jìn)一步的附件安裝。鍍鋅的梯子欄桿可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)卦诖穗A段進(jìn)行安裝。一般情況下，可以在預(yù)安裝階段安裝的構(gòu)件見表2。

表2 預(yù)安裝階段可安裝的構(gòu)件

3.5. 總裝

3.5.1 總裝墊墩布置

在生活樓節(jié)點(diǎn)下方布置23個(gè)總裝墊墩，其所需地基承載力為510 kPa，小于實(shí)際地基承載力的1 200 kPa。選擇墊墩最小高度3 m，以保證一層甲板下方各專業(yè)的安裝，提高集成前的一體化率。墊墩擺放前，對(duì)墊墩下方的區(qū)域進(jìn)行澆筑混凝土找平工作，總裝墊墩水平度要求為+3 mm。

3.5.2 甲板片總裝

按照從下往上，從左往右的順序，依次吊裝6個(gè)甲板片至總裝墊墩/下層甲板片上,見圖8。

圖8 甲板片吊裝現(xiàn)場

在每一層甲板片吊裝就位并檢驗(yàn)定位尺寸合格后，即可安裝由于影響吊裝而沒在前面步驟中安裝的散裝艙壁、拉筋、封板、加強(qiáng)筋板和甲板片下方支架以及管線。電儀支撐、MCT、電纜托架(垂直方向)和梯子等也可根據(jù)具體情況依次進(jìn)行安裝。靠近甲板片和擋浪墻拼接縫處的所有構(gòu)件需等焊接工作完成后才可施工。為便于倒運(yùn)到房間內(nèi)，部分甲板片下方較長的水平布置的管線，需要在上層甲板片安裝之前進(jìn)行安裝(或臨時(shí)固定),但不得影響其上方構(gòu)件的安裝和檢驗(yàn)(比如，絕緣保溫)；對(duì)于豎直方向管線，可斷成較短的管段，在后續(xù)階段從門倒運(yùn)到房間內(nèi)部。

3.5.3 擋浪墻總裝

按照從下至上從中間至兩邊的順序，依次將擋浪墻分片吊裝翻身90°并合龍就位，見圖9。之后安裝因靠近擋浪墻和甲板片拼接縫位置而未在前期安裝的散裝件，如艙壁、筋板、斜梯等。

圖9 擋浪墻吊裝現(xiàn)場

3.5.4 背景舾裝

多專業(yè)背景舾裝作業(yè)的一般順序見表3。

表3 背景舾裝安裝構(gòu)件的一般順序

背景舾裝工作可以分不同的局部區(qū)域(如不同房間)和甲板片總裝同步開展，前提是相關(guān)區(qū)域已經(jīng)具備了背景舾裝安裝的條件，背景舾裝現(xiàn)場見圖10。

圖10 背景舾裝

3.5.5 設(shè)備側(cè)裝

所有的餐飲設(shè)備，電氣儀表設(shè)備等需要待其所在空間完全不受雨水等影響后再安裝。必要時(shí)在墻皮上預(yù)留開口作為運(yùn)輸通道，側(cè)裝時(shí)設(shè)計(jì)設(shè)備側(cè)裝平臺(tái)作為設(shè)備倒運(yùn)的支撐平臺(tái)，更加安全便捷，見圖11、12。

圖11 設(shè)備側(cè)裝

圖12 房間內(nèi)設(shè)備倒運(yùn)

3.5.6 室內(nèi)舾裝

背景舾裝系統(tǒng)檢驗(yàn)完成后，就可以開始室內(nèi)舾裝，見表4。室內(nèi)工程也可以與背景舾裝同時(shí)進(jìn)行，但室內(nèi)材料不得阻擋任何未經(jīng)檢查的背景系統(tǒng)，室內(nèi)舾裝效果見圖13。

表4 室內(nèi)舾裝安裝構(gòu)件

圖13 室內(nèi)舾裝

3.5.7 集成前機(jī)械完工和調(diào)試

目的是在起吊前對(duì)模塊進(jìn)行全面測試和準(zhǔn)備。主要包含對(duì)已安裝的管線、暖通和電器系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)調(diào)試、補(bǔ)漆、調(diào)試和保溫；整體補(bǔ)漆；保存/保護(hù)被檢查的系統(tǒng)和裝置；最終外觀檢查等。

4 生活樓稱重、運(yùn)輸和集成

生活樓建造完成后采用40 000 t稱重系統(tǒng)進(jìn)行稱重，稱重后使用SPMT將生活樓運(yùn)輸至碼頭前沿，見圖14，使用DEFU3600浮吊吊裝至船體集成，見圖15。

圖14 生活樓SPMT運(yùn)輸現(xiàn)場

圖15 生活樓浮吊吊裝現(xiàn)場

5 精度控制手段

在施工各環(huán)節(jié)采取精度控制，是確保最終尺寸不超差的重要環(huán)節(jié)。主要精度控制手段如下。

1)在預(yù)制方案中明確甲板片尺寸控制圖。

2)確定合理的組對(duì)間隙：填角焊腹板間間隙應(yīng)為0～2 mm；坡口焊翼緣板間隙2～4 mm。

3)確定合理的焊接順序。

4)必要位置采取反變形措施：如甲板片中間預(yù)計(jì)下沉區(qū)域，在擺放墊墩時(shí)使用調(diào)平墊塊適當(dāng)增加5～10 mm反變形量。

5)重要位置預(yù)留余量：如擋浪墻預(yù)制時(shí)，在合攏口豎向拼接縫以及下端水平拼接縫留50 mm余量，待合攏時(shí)根據(jù)實(shí)際情況切除。

6)合攏口主梁采用“Z”形斷口，便于總裝吊裝合攏控制。

7)與擋浪墻相連的次梁在甲板片預(yù)制時(shí)點(diǎn)焊固定，待擋浪墻就位后再調(diào)整焊接。

8)在墊墩底部通過澆灌混凝土和砂漿來調(diào)整墊墩頂部水平度誤差為+3 mm。

9)擋浪墻的采用臥式建造方式，在放樣好弧度的胎架上預(yù)制，便于控制弧度尺寸。

6 結(jié)論

該建造技術(shù)充分利用場地的車間資源和大型運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備資源，有效解決了圓弧形外墻預(yù)制精度差和安裝困難的問題；合理安排各專業(yè)施工順序，減少了總裝焊接量和油漆修補(bǔ)量，提高了施工效率。