SPMT在LNG模塊裝船過程中的應(yīng)用

高兆鑫

中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司海工事業(yè)部，山東青島 266555

SPMT在LNG模塊裝船過程中的應(yīng)用

高兆鑫

中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司海工事業(yè)部，山東青島 266555

浮吊吊裝、滑移裝船是國(guó)內(nèi)以前常用的模塊裝船方法，SPMT滾裝裝船是近年來國(guó)內(nèi)在引進(jìn)國(guó)外SPMT的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的比較先進(jìn)的裝船方法，正在推廣應(yīng)用中。以俄羅斯亞馬爾LNG項(xiàng)目PAU211模塊裝船為例，介紹了SPMT滾裝裝船的特點(diǎn)、SPMT的組成與PAU211裝船模塊的主要參數(shù)；在此基礎(chǔ)上較詳細(xì)論述了SPMT布置設(shè)計(jì)、模塊裝船計(jì)算分析、滑道承載力分析、碼頭前沿水深設(shè)計(jì)計(jì)算、碼頭與運(yùn)輸船間的連接、裝船時(shí)間的選擇等關(guān)于裝船設(shè)計(jì)的內(nèi)容；最后闡述了裝船具體步驟。

SPMT；PAU211模塊；裝船設(shè)計(jì)；裝船計(jì)算；裝船步驟

模塊的裝船目前比較常用方案有三種：其一，浮吊吊裝；其二，滑移裝船；其三，SPMT滾裝裝船。浮吊吊裝、滑移裝船是國(guó)內(nèi)以前常用的模塊裝船方法；SPMT滾裝裝船是近幾年國(guó)內(nèi)在引進(jìn)國(guó)外SPMT的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的裝船方案，在國(guó)外應(yīng)用已比較成熟，在國(guó)內(nèi)礦山模塊和LNG模塊裝船過程中也已得到了較好的應(yīng)用。在中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司（以下簡(jiǎn)稱CPOE）承攬的俄羅斯亞馬爾LNG項(xiàng)目中共有8個(gè)模塊（最大模塊質(zhì)量3100t，最小332t）按業(yè)主要求采用了SPMT滾裝裝船方案。本文以PAU211為例介紹了利用SPMT對(duì)LNG模塊進(jìn)行滾裝裝船的方法。

1 SPMT滾裝裝船的特點(diǎn)

浮吊裝船周期短，制作工裝少，但受浮吊能力限制，其吊裝重量較小，成本較高，一般適用于小型模塊?；蒲b船只能在滑道上進(jìn)行，且準(zhǔn)備工作繁瑣，工裝制作量大，時(shí)間長(zhǎng)，成本高。與浮吊裝船和滑移裝船相比，SPMT裝船時(shí)間短，效率高，操作簡(jiǎn)單靈活，準(zhǔn)備工作量少，適用范圍廣，對(duì)碼頭、潮汐、水深、自然環(huán)境、模塊建造場(chǎng)地要求低，不局限于滑道建造，安全風(fēng)險(xiǎn)小，成本較低[1]。

2 SPMT組成與裝船模塊主要參數(shù)

SPMT裝船就是利用SPMT自行式液壓軸線車，通過連接駁船和碼頭的橋板，將模塊托運(yùn)到運(yùn)輸駁船上。其主要由動(dòng)力裝置（PPU）和模塊平板（四軸線模塊/六軸線模塊）組成，可根據(jù)所裝模塊的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行組合使用，主要參數(shù)如下：

（1）動(dòng)力模塊裝置（PPU）。裝置外形見圖1，主要參數(shù)見表1。

圖1 動(dòng)力模塊裝置（PPU）

表1 動(dòng)力模塊裝置的主要參數(shù)

（2）四軸線模塊。模塊外形見圖2，主要參數(shù)見表2。

圖2 四軸線模塊

表2 四軸線模塊主要參數(shù)

（3）六軸線模塊。模塊外形見圖3，主要參數(shù)見表3。

圖3 六軸線模塊

（4） 裝船模塊主要參數(shù)。俄羅斯亞馬爾PAU-211模塊外形見圖4，主要參數(shù)見表4。

3 裝船設(shè)計(jì)

3.1 SPMT布置設(shè)計(jì)

根據(jù)PAU211的質(zhì)量，經(jīng)過初步計(jì)算需要120軸SPMT，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式及現(xiàn)有場(chǎng)地條件需要5列（四軸和六軸線模塊組合而成）才能滿足裝船要求。

表3 六軸線模塊主要參數(shù)

圖4 PAU211模塊

表4 亞馬爾PAU-211模塊主要參數(shù)

場(chǎng)地承載力分布見圖5。由于CPOE碼頭前沿非滑道區(qū)域場(chǎng)地承載力為 50 kN/m2，不能滿足SPMT車裝船所需的承載力（≥100 kN/m2）要求，若對(duì)現(xiàn)有碼頭沉箱（非滑道區(qū)域）進(jìn)行打樁加固，費(fèi)用較高。

圖5 場(chǎng)地承載力分布

根據(jù)CPOE現(xiàn)有1#滑道及模塊的結(jié)構(gòu)尺寸，可以將5列SPMT全部放置在1#滑道上，因此采用了如圖6所示的SPMT布置。

圖6 SPMT布置

3.2 模塊裝船計(jì)算分析

根據(jù)圖6的SPMT車布置方式，用STAAD Pro V8i20.07.10.41 SELECT（series 5）軟件按照AISC ASD標(biāo)準(zhǔn)建立計(jì)算模型，見圖7，并對(duì)模塊進(jìn)行裝船計(jì)算分析。

圖7 模塊裝船計(jì)算模型

（1）模塊最大撓度變形計(jì)算分析。裝船過程中模塊上沒有設(shè)備運(yùn)行，故只需對(duì)模塊底層的承載梁進(jìn)行分析計(jì)算，模型見圖8。

圖8 撓度分析模型

對(duì)圖8模型中紅色所示的承載梁進(jìn)行計(jì)算，得出模塊的最大撓度變形為8 mm，該值小于設(shè)計(jì)允許的撓度變形L/350=10 500/350=30（mm）（L為梁長(zhǎng)，mm），故最大撓度變形滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）模塊桿件的UC值校核（Unity Check）。將與UC值相關(guān)的參數(shù)輸入到圖9所示模塊桿件的UC值計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算分析，得到模塊桿件的UC值均小于1.0（綠色代表UC取值范圍0～0.8），故SPMT的布置能夠滿足模塊結(jié)構(gòu)的安全性要求。

圖9 模塊桿件的UC值計(jì)算模型

（3）裝船過程中縱/橫向傾斜及加速/減速對(duì)模塊裝船的影響。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求模塊裝船過程中允許的最大縱傾為3%，對(duì)應(yīng)的最大縱向加速度為0.03 g（g為重力加速度）；允許的最大橫傾為2%，對(duì)應(yīng)的最大橫向加速度為0.02 g。SPMT縱向加速度不超過0.5 m/s2，給模塊增加的加速度最大為0.05 g；橫向加速度不超過0.2 m/s2，給模塊增加的加速度最大為0.02 g。

根據(jù)上述要求，通過軟件分別對(duì)z軸和x軸方向的傾斜/加速工況進(jìn)行分析，得到的結(jié)果見圖10、11。圖10、11中顯示各桿件均為綠色，說明在傾斜/加速過程中，模塊是安全的，能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖10 傾斜/加速在z軸上產(chǎn)生的影響

圖11 傾斜/加速在x軸上產(chǎn)生的影響

（4）模塊與SPMT之間的摩擦力計(jì)算分析。裝船過程中模塊傾斜、SPMT加速/剎車等均會(huì)使模塊與SPMT間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)力，為了避免模塊與SPMT間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，模塊與SPMT間必須具有足夠的摩擦力。將模塊和SPMT的相關(guān)參數(shù)輸入軟件模型分別對(duì)z軸和x軸方向上的摩擦力進(jìn)行分析，結(jié)果見圖12、13。圖12、13中顯示計(jì)算結(jié)果均為綠色，表明模塊和SPMT之間的摩擦力滿足要求。

綜合上述影響裝船的主要因素分析，初步確定SPMT布置可行。

圖12 z軸方向上產(chǎn)生的摩擦力

圖13 x軸方向上產(chǎn)生的摩擦力

3.3 滑道承載力分析

利用STAADPro V8i20.07.10.41 SELECT（series 5）軟件，按照AISC ASD標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行裝船工況分析，得到最大的SPMT軸荷載是每軸279.5 kN，見圖14。

故裝船時(shí)SPMT車輪對(duì)地面的最大平均壓力可由以下公式計(jì)算：

式中：P為車輪對(duì)地面的平均壓力，kN/m2；F為 SPMT車軸靜荷載，kN。

圖14 SPMT軸載荷

本項(xiàng)目F為279.5 kN，L為1.4 m，W1、W3為0.3 m，W2為2.43 m，代入上式得：

1#滑道的設(shè)計(jì)承載力為13 000 kN/（2 m×4 m）=1 625 kN/m2＞65.89 kN/m2，故滑道的承載力完全滿足SPMT裝船要求。

3.4 碼頭前沿水深設(shè)計(jì)計(jì)算

SPMT裝船時(shí)要求船底距港池泥面的最小安全距離大于1 m，按圖15所示計(jì)算裝船所需的最小碼頭水深為：h=運(yùn)輸船型深D-場(chǎng)地標(biāo)高+最小安全距離=10-5.8+1=5.2（m）。

圖15 碼頭高程

裝船前對(duì)碼頭前沿水深進(jìn)行了測(cè)量，1#滑道碼頭前沿水深為8 m，能夠滿足設(shè)計(jì)水深要求。

3.5 碼頭與運(yùn)輸船間的連接

由于碼頭前沿與駁船之間有1.5 m的間隙，需要通過鋪設(shè)橋板才能使SPMT通過。橋板主要由三部分組成：上斜坡橋板、水平橋板、下斜坡板，見圖16。

圖16 橋板

為了滿足SPMT裝船要求，橋板設(shè)計(jì)需考慮模塊、SPMT、碼頭、駁船、潮位等因素，因此橋板的設(shè)計(jì)原則為：其一，結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，以便于制造；其二，質(zhì)量盡量小，以便于搬運(yùn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝；其三，強(qiáng)度高，能確保SPMT安全通過；其四，厚度盡量小，以加大SPMT高度的調(diào)節(jié)范圍；其五，能夠緩沖潮位變化時(shí)對(duì)橋板的沖擊力；其六，可以重復(fù)利用，因而一般設(shè)計(jì)成組合式。

3.6 裝船時(shí)間的選擇

模塊上船時(shí)SPMT行駛速度為1～1.5 m/min，SPMT長(zhǎng)度為33.6 m，故從SPMT第一排壓上橋板到全部SPMT離開橋板約需要30 min。再綜合考慮船舶的型深、船舶調(diào)載能力及碼頭區(qū)域的潮水變化情況，將裝船時(shí)間設(shè)置在高潮位時(shí)的前40 min。

4 裝船具體步驟

裝船的具體步驟如下[2]：

（1）將運(yùn)輸船舶以尾靠的方式?？烤臀?，并用纜繩規(guī)定。

（2）根據(jù)模塊PAU211尺寸將預(yù)制完的支墩安裝到駁船上。

（3）根據(jù)SPMT行走路線安裝橋板。

（4）調(diào)試完成單列SPMT后，按照設(shè)計(jì)布置就位，托起模塊并行使到距離碼頭前沿50 m處。

（5）在高潮位時(shí)間的前40 min，啟動(dòng)SPMT開始裝船，在第一排SPMT上船前通過調(diào)載使駁船的甲板面略高于碼頭200 mm以內(nèi)。

（6）在SPMT行駛過程中，檢查、調(diào)整系泊纜，確保駁船中軸線垂直于碼頭，并監(jiān)視橋板位置的變化，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)駁船進(jìn)行調(diào)載，確保橋板的高度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

（7）SPMT繼續(xù)行駛，直至模塊到達(dá)駁船上的設(shè)計(jì)位置，用SPMT車調(diào)整模塊與裝船支墩間的相對(duì)位置，直至滿足設(shè)計(jì)要求。調(diào)整SPMT車的高度，使模塊就位到支墩上。

（8）按設(shè)計(jì)要求對(duì)模塊進(jìn)行裝船固定，按上船時(shí)進(jìn)入的反方向撤出SPMT，裝船過程結(jié)束。裝船過程如圖17所示

圖17 模塊裝船過程

5 結(jié)束語(yǔ)

SPMT裝船方法需要經(jīng)過詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算和大量的前期準(zhǔn)備工作，在裝船過程中需要仔細(xì)考慮每個(gè)步驟、每個(gè)細(xì)節(jié)。本文只是對(duì)裝船所涉及到的工作內(nèi)容做了簡(jiǎn)單的描述。SPMT裝船方法對(duì)所有海洋結(jié)構(gòu)模塊、LNG模塊、大型設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)等的裝船都適用，是一種比較先進(jìn)、成熟的裝船方法，必將在國(guó)內(nèi)得到很好的發(fā)展，期望本文能為以后類似的工程提供一些借鑒。

[1]鄭茂堯，王娟，趙江達(dá)，等.淺談SPMT裝船工藝下海洋工程結(jié)構(gòu)物建造[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，2012，27（S）：10-14.

[2]魏笑科，羅興民.大型構(gòu)件滾裝上駁船方案探討[J].廣東造船，2014（4）：81-83.

Application ofSPMTin L NGModule L oading-out Course

GAO Zhaoxin
Offshore Engineering Fabrication&Construction Division，CNPC Offshore Engineering Company Limited，Qingdao 266555，China

Slippage loading-out and loading-out with floating crane are common traditional methods used in China，and roll-roll loading-out with SPMT（self-propelled modular trailer） is a relatively advanced method commonly used abroad which has been developed in China in recent years based on the introduction of SPMT.And it is worth of popularization and application.This paper takes loading-out of PAU211 module in YamalLNG Project as an example to describe the method for roll-rollloading-out of module with SPMT，in aspects of the features of roll-rollloading-out with SPMT，SPMTstructure，main parameters of PAU211 module，SPMT layout design，module loading-out calculation and analysis，slipway bearing capacity analysis，design and calculation of water depth in front of dock，connection between dock and transport ship，loading-out time choosing and specific loading-out steps.

SPMT；PAU211 module；loading-out design；loading-out calculation；loading-out steps

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.06.009

高兆鑫（1969-），男，山東梁山人，高級(jí)工程師，1991年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)，長(zhǎng)期從事海洋工程平臺(tái)、LNG模塊建造安裝工作。Email：gaozx.cpoe@cnpc.com.cn

2016-09-30