FPSO外飄式外轉塔改裝技術研究

鄭克雄

(大連中遠海運重工有限公司，遼寧 大連 116113)

某浮式生產儲油卸油裝置 (FPSO)改裝前是一艘服役超過20年的超大型油船(VLCC)，本次改裝主要對其進行結構換新改裝，增加艏部外轉塔系泊系統(TMS)、直升機平臺、獨立生活區以及甲板上相關功能模塊等。按轉塔所處位置的差異，轉塔系泊系統可分為外轉塔式和內轉塔式[1]，本文闡述的項目為外轉塔式。

我公司在FPSO改裝方面經驗豐富，但對于外飄式外轉塔系泊系統的建造及整合是首次承建，同時這次改裝工作是國內最大的外轉塔改裝工程，其技術及建造難度可想而知。攻克其技術難關及精度控制難題勢在必行，同時也為現場項目順利施工創造便利條件。

1 項目面對的問題及難點分析

1.1 項目改裝背景

1)改裝母船為一艘30萬噸級的VLCC，船長320 m，寬58 m，型深27 m，其艏部從FR110向前均需切除，質量約770 t，艏部結構改裝范圍示意圖如圖1所示。圖1中，區域①陰影為需切除的球鼻艏區域；區域②為原船保留結構；區域③為增設的外轉塔支撐結構(TSS)，質量約2 600 t，且部分區域為新老結構錯位連接。船東供貨的TMS通過大型浮吊進行吊裝合龍，外轉塔系泊系統包括外轉塔(THS，質量約2 650 t)和轉塔維護平臺(SAS，質量約1 200 t)2部分。

圖1 艏部結構改裝范圍示意圖

1.2 改裝范圍及難點

1)依據改裝工作范圍，需解決以下難題。

(1)原船結構的切除。從項目控制成本角度，項目組要求盡可能發揮我公司碼頭50 t岸吊數量多的優勢，提高原結構切除效率，為縮短項目整體工期創造有利條件。

(2)原船外板艏部區域為雙曲線型，而新制TSS為錐狀的立體結構，其對接相貫線復雜、曲折，對接難度極高。同時船東無法準確提供原船線型數據，而且運營超過20年的船舶，其結構變形狀態也是未知數。

2)新增改裝結構難點。

(1)TSS建造及TMS整合的對接精度控制是本項目的重點和難點。精度控制包括3部分：①TSS本身的建造及合龍；②TSS與TMS模塊之間的整合口；③SAS的4根支腿與外轉塔上4個基座之間的對接，尤其是SAS的4個基座跨TSS和THS 2部分，精度控制難度更進一層。

(2)TMS包括THS及SAS兩部分，其中THS是目前國內改裝的最大質量外轉塔，超大型模塊吊裝方案設計也是本項目的設計難點之一。

2 解決方案

2.1 舊結構切除技術方案

本項目母船艏部切除質量近800 t，為達到提高碼頭施工效率及減少塢期占用的目的，精細化切除方案設計是唯一途徑。

1)首次對切除的舊結構進行分段劃分，并設計吊裝方案，滿足碼頭吊車的吊裝要求。母船結構圖僅有掃描圖紙，無法進行編輯，技術人員通過對原圖紙數據編輯加工并進行三維建模，準確繪制了結構圖紙；并依據三維模型提取質量質心，為保障吊裝的安全性和高效性提供了有力的技術支持。整個艏部區域共劃分成65個小分段進行拆除，最大分段質量約30 t。

2)對切除范圍進行劃分。通過對船舶碼頭系泊浮態進行計算，評估船艏吃水數據，確定碼頭系泊階段及塢內切除范圍。碼頭階段通過岸吊吊裝，水線下部分則在進塢時切除。

2.2 新增TSS的建造工藝方案

1)新增結構的分段劃分。新增的TSS總質量達2 600 t，依據結構圖紙及建造吊裝策劃，將TSS劃分為42個分段建造，合并為3個總段進行吊裝合龍。

2)TSS結構3個總段模型圖如圖2所示(部分結構為合龍散裝)。

圖2 TSS結構3個總段模型圖

其中，下總段包含4個分段，以8520平臺為基面反組，總組完成翻身后通過420 t平板車對接合龍，開創了總段合龍新工法的先河。中總段包含19個分段，其中10分段正態預組為整體總段，因斷面為臺階狀，其他9個分段單獨上船合龍，并通過浮吊進行吊裝，中總段浮吊合龍如圖3所示。為保證合龍順利實施，技術人員依據各專業三維模型數據及項目計劃安排，編制三維模型合龍干涉檢查報告，為現場干涉檢查提供技術支持。上總段包含19個分段，其中18個分段正態預組為整體總段，1個分段單獨上船合龍，總段浮吊合龍。為提高施工效率及安全性，大合龍口處的施工腳手架及安全護欄均在總段建造階段完成，減少浮態施工量。

圖3 中總段浮吊合龍

2.3 新增TSS及外轉塔系統整合精度控制方案

本項目的外轉塔為外飄式結構，對接面相貫線為雙曲面與立體面的對接，形狀復雜、曲折，精度控制對本項目至關重要[2]。為獲取對接面準確型值數據，現場精度控制人員通過全站儀測量關鍵位置的實際型值數據，并反饋給技術部門，對圖紙設計的理論值進行修正，以保證改裝圖紙與船舶實際數值相吻合。外轉塔建造及合龍精度控制方案如下。

1)設立基準線。對于TSS分段的建造和合龍，設置基準線是必要的。其中分段的劃線精度為±2 mm，總段的劃線精度為±4 mm。

2)分段建造階段的精度控制。①基于基準線標記和測量分段建造的精度；②分段完工后，應將肋位檢查線、中心線、縱向檢查線標記完成；③分段精度控制表格完成后送審船東、船檢。

3)分段/總段合龍階段的精度控制。①測量分段/總段中心線偏差；②測量分段/總段肋位線偏差；③測量分段/總段縱向線偏差；④測量分段/總段水平偏差；⑤測量分段/總段之間的間隙值；⑥測量分段/總段結構對位的偏差；⑦分/總段精度控制表完成后送審船東、船檢。

4)TSS與THS系統整合階段的精度控制。①設置長度方向基準線：FR153+300(SAS基座中心位置)； ②設置寬度方向基準線：中心線；③設置高度方向基準線：距基線44 000 mm；④整合雙方需滿足統一的公差要求。

5)引入模塊整合對接口第三方數據評估機制。①為避免對接數據主觀測量偏差，引入第三方評估機制；②船廠及外轉塔供貨方將精度測量數據提供第三方評估；③第三方對雙方提供的數據進行評估和復核，并確定對接端面的余量切割數據。

2.4 超重型THS模塊吊裝方案的優化設計

項目設計之初，依據船東在國外改裝船廠經驗判斷，吊裝本項目THS模塊(總質量約3 350 t，其中模塊質量2 650 t、索具質量700 t)時，需考慮租用5 000 t起重能力的浮吊。通常此級別的浮吊僅派遣費(不含吊裝費用)就能達到500萬元以上，無論對船東或船廠，僅此一項費用就給項目成本控制帶來極大的挑戰。雖然這部分費用按合同規定為船東支付，但本著對項目負責的態度，和船東及設計公司一起對模塊的吊裝方案進行了優化設計。為滿足吊裝要求，需從2個方面考慮：減輕模塊質量和提高吊車起重能力[3]。

1)依據設計公司提供的初步圖紙及重控報告，設計初步吊裝方案供設計公司參考。設計公司參考我們的吊裝方案，盡量從設計維度降低模塊整體質量及偏心量，從而提高吊車起重能力。表1為THS模塊質量質心控制表。

表1 THS模塊質量質心控制表

表1中，LCG為質心的縱向位置，TCG為質心的橫向位置，VCG為質心的垂向位置。從表1可以看出，通過設計優化減輕模塊質量約210 t。

2)除減輕模塊本身質量，我們還需從提供吊車能力上下功夫。我公司常用吊車資源為3 600 t海吊，其自帶吊排質量約320 t，實際吊裝能力約3 280 t。通過對模塊吊點分布狀態研究，決定用“井”字型雙層吊桿代替原吊車自帶吊排[4]，以減輕吊索具質量。井字型吊桿布置如圖4所示，具體見虛線圈定的范圍。最終確定吊裝方案吊索具質量約600 t，比最初方案減輕100 t。

圖4 井字型吊桿布置

通過以上措施，最終將模塊整體質量控制在3 100 t以內(2 440 t+600 t=3 040 t)，成功實現了用3 600 t浮吊代替5 000 t浮吊的外轉塔模塊吊裝方案設計。

3 結束語

本項目外轉塔改裝方案的設計與實施，填補了國內無超大型FPSO外轉塔建造和改裝的空白，尤其是雙曲外板與錐狀外轉塔支撐結構的光順對接、浮吊降級替代的模塊海吊方案設計，贏得船東的高度評價，進一步鞏固了我公司在FPSO改裝市場的技術優勢。