FPSO總裝的門式起重機吊裝方案

張 興，方 興，趙佳寧，劉立靜，王珂楠

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引 言

浮式生產儲卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，FPSO)是深海油氣開發的重要裝備[1-2]。但對于資本密集的FPSO產業來說，各國油氣生產商仍在尋找較具成本效益的船廠建造新設施。與亞洲其他國家船廠相比，中國船廠在成本控制上具有明顯競爭力，但在生產率上卻遠不如新加坡、日本和韓國[3]。因此，中國船廠如何在低成本下提高建造生產率成為在全球競爭中無法回避的問題。

按結構形式劃分，FPSO由上部生產模塊和船體組成，生產模塊負責原油加工處理，船體負責儲存原油。目前，FPSO建造均采用模塊化方式，生產模塊和船體可同時施工，最后拼裝合龍[4-5]。隨著海洋油氣開發逐漸向深海和遠海發展，FPSO的功能更多、工藝系統更復雜，生產模塊的設備更多、質量更大，對合龍吊裝提出更高的要求。通常在合龍吊裝時需要根據吊裝計算結果進行布置，包括特定繩長和特定繞繩方式。在吊裝前需要采購不同繩長的吊繩，費用高達百萬元，成本支出較大。因此，若在吊裝時通過合理布置以統一繩長的吊繩進行吊裝，則可降低成本，大幅縮短采辦周期，提高船廠市場競爭力。

1 FPSO上部生產模塊特點

該FPSO位于我國南海，水深420 m，上部共有14個生產模塊，如圖1所示。

圖1 FPSO總體布置

由于各生產模塊的質量和結構形式不同，2號、3號、6號、7號和13號生產模塊采用浮式起重機裝船，其他9個生產模塊采用門式起重機裝船。由于各生產模塊的功能、質量、尺寸和總體規劃不同，應單獨制訂吊裝方案。門式起重機吊裝生產模塊參數如表1所示。

表1 門式起重機吊裝生產模塊參數

2 門式起重機特點

門式起重機的優點在于通過二級平衡梁可實現同一吊排上的吊繩力相等，吊裝平穩性好、精度高、合龍難度小、安裝效率高，但難點在于吊排間距固定、吊點多，對生產模塊布置提出更高要求。

所使用的門式起重機由主梁、剛性腿、柔性腿、平衡梁和輪架等鋼結構件組成門架，主梁與剛性腿間為焊接連接，與柔性腿間設置鉸性連接。主梁底距地面高度為76 m，梁高為12 m；上小車主鉤額定起重量為2×400 t，2個主鉤允許吊重差小于150 t，其橫移距離為14～17 m；下小車主鉤額定起重量為400 t。

3 吊裝模擬與結構設計

基于排扣式門式起重機同吊排吊繩力相等的特點，在進行吊裝計算和結構設計時應準確模擬二級平衡梁[6]。在SACS軟件計算中，桿件六自由度分別為x、y、z、rx、ry和rz，規定0代表約束，1代表釋放，因此對旋轉軸自由度進行釋放即桿件約束選用000001-000000。為保證計算收斂，對平衡桿端部加x方向和y方向彈簧(110000)。通過二級平衡梁模擬方式(見圖2)可準確模擬平衡梁，保證同吊排吊繩力相等的計算結果。

圖2 二級平衡梁模擬方式

在進行結構設計時，應遵循如下原則：

(1)根據門式起重機及總圖布置合理布局。盡可能將吊繩布置于主梁；為保證更多的設備隨生產模塊一起吊裝，可在合理位置布置強梁供吊裝使用。

(2)吊點布置盡可能對稱，吊點間距盡可能大。門式起重機吊裝質量較小，應設計標準化吊點供不同生產模塊選擇，可減少風險、增加效率。

4 吊裝方案

由于9個生產模塊的質量、重心和總體布置明顯不同，因此需要布置9種吊裝方案以滿足吊裝施工。門式起重機吊裝生產模塊重心分布如圖3所示，其中：標記處為生產模塊重心。

圖3 門式起重機吊裝生產模塊重心分布

門式起重機吊裝吊點布置方案分為y方向對稱布置和x方向對稱布置，如圖4所示。基于總體布置，5號和12號生產模塊采用y方向對稱布置，其他生產模塊采用x方向對稱布置。

圖4 門式起重機吊裝吊點布置方案

門式起重機吊裝吊繩布置方案分為對稱繞繩和交叉繞繩，如圖5所示。兩繩長度相差在0.5 m內可對稱繞繩；若存在設備干涉或吊點適應主梁布置問題，則交叉繞繩。5號和10號生產模塊采用交叉繞繩布置，其他生產模塊采用對稱繞繩布置。門式起重機吊裝模型與模擬結果如圖6所示。通過2種吊點布置與2種吊繩布置的排列組合，以12根24 m等長吊繩完成9個生產模塊的吊裝。若在吊裝時桿件遭到破壞，則桿件顯示紅色。在吊裝系數為1.5的工況條件下，9個生產模塊的吊裝均可滿足現場施工。

圖5 門式起重機吊繩布置方案

圖6 門式起重機吊裝模型與模擬結果

5 結 語

在FPSO上部組塊9個生產模塊的吊裝設計中，發現吊點布置方案直接決定吊繩長度。在進行吊點布置時，首先應考慮對稱布置，選擇對稱繞繩；若存在設備干涉或吊點適應主梁布置問題，導致吊點位置不對稱，則選擇交叉繞繩。2種布置方案均可保證吊繩長度一致，實現采用1套固定長度的吊繩完成多個生產模塊吊裝。