淺談FPSO模塊支撐型式與施工特點(diǎn)

王佳波　周遠(yuǎn)雄　譚建均

摘 要：以2艘VLCC姐妹船改裝成FPSO為例，介紹模塊支撐的形式及布置、結(jié)構(gòu)類型、和施工特點(diǎn)等。

關(guān)鍵詞：FPSO；模塊支撐；支撐型式；施工特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U661.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： By taking two sister VLCCs modified into FPSOs as example， this paper introducesthe importance， layout， structure type and construction feature of FPSO module support.

Key words：FPSO； Module Support； Support Type； Construction Feature

1 前言

FPSO是一座對(duì)所開采的石油進(jìn)行油氣水分離、油污水處理、動(dòng)力發(fā)電、供熱、原油儲(chǔ)存和運(yùn)輸、集人員居住與生產(chǎn)指揮系統(tǒng)于一體的綜合性大型海上工廠。

FPSO主甲板上設(shè)置的上部模塊重量可達(dá)數(shù)千噸，布置范圍覆蓋了整個(gè)貨油艙區(qū)。通常采用多個(gè)位于甲板強(qiáng)框或縱、橫艙壁處的支撐結(jié)構(gòu)支持。改裝后的FPSO在拖航與作業(yè)過程中，相關(guān)甲板結(jié)構(gòu)除了承受常規(guī)船體載荷外，還需承受上部模塊自重以及慣性力等局部載荷，因此改裝設(shè)計(jì)需要對(duì)模塊支撐結(jié)構(gòu)位置的甲板強(qiáng)框或縱、橫艙壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)校核結(jié)果確定恰當(dāng)?shù)母难b方案，對(duì)原油船主甲板上設(shè)置上部模塊區(qū)域的主甲板板材、甲板強(qiáng)框和縱、橫艙壁局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加厚，并增設(shè)局部桁材結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

模塊支撐是模塊平臺(tái)結(jié)構(gòu)與主船體的連接，模塊支撐對(duì)施工工藝要求比較高，特別是安裝精度控制方面要求更加嚴(yán)格。

2 FPSO模塊支撐設(shè)計(jì)

2.1模塊支撐材料選用

模塊支撐、主要由管材和板材組成：管材材質(zhì)為API-5L Gr. X52-PSL2 SR5，主要規(guī)格有Φ273.1×12.7、Φ273.1×15.9、Φ406.4×15.9、Φ406.4×21.4；板材材質(zhì)為ABS AH36，主要規(guī)格為10 mm，15 mm，25 mm。支撐材料應(yīng)有證書、爐批號(hào)、化學(xué)成分、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)等信息，以供材料的可追溯性。

2.2 模塊支撐的布置

由于是由VLCC改裝為FPSO，因此在既定的空間范圍內(nèi)合理地布置上部生產(chǎn)設(shè)施、規(guī)劃結(jié)構(gòu)型式是上部模塊設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。根據(jù)FPSO的功能要求，在其主甲板上設(shè)有一層工藝模塊平臺(tái)，布置著生產(chǎn)工藝、惰氣、熱站、計(jì)量、電站、變壓器和控制室模塊等。

以某2艘改裝FPSO的模塊支撐布置為例，從船尾往船頭方向模塊布置分別為：流量計(jì)模塊、發(fā)電模塊A、回注/公用水模塊、發(fā)電模塊B、海水處理模塊、堆放/化學(xué)注入模塊、原油處理模塊A、主燃?xì)鈮嚎s模塊 A、油氣處理模塊B、CO2壓縮模塊、原油處理模塊B、CO2生產(chǎn)分離模塊、油氣處理模塊A、油氣二次回收處理模塊、回注氣體壓縮模塊、主燃?xì)鈮嚎s模塊B、火炬分離模塊、管匯A模塊、管匯B模塊、管匯C模塊、管匯D模塊。

2.3 模塊支撐端部形式

本次改裝中，甲板上部模塊的支撐采用桁架結(jié)構(gòu)形式，并與上甲板剛性連接，亦即上部模塊的支撐受上甲板結(jié)構(gòu)的約束。因此，采用什么樣的節(jié)點(diǎn)形式需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力等方面的計(jì)算分析。該改裝FPSO模塊支撐端部節(jié)點(diǎn)，是采用肘板與API管鑲嵌焊接而成，該結(jié)構(gòu)形式具有承載能力強(qiáng)、受力合理、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、占用主甲板空間小等特點(diǎn)。最典型節(jié)點(diǎn)形式如圖1～4所示：

2.4 模塊支撐結(jié)構(gòu)形式

模塊支撐的結(jié)構(gòu)形式主要采用桁架結(jié)構(gòu)，同時(shí)在主甲板反面增設(shè)大T型梁或大肘板加強(qiáng)。模塊支撐橫向布置典型剖面如圖5所示，模塊支撐具體的結(jié)構(gòu)形式，如圖6、圖7所示。

3 FPSO模塊支撐的施工特點(diǎn)

3.1 模塊支撐預(yù)制

（1）單根支撐部件預(yù)制

根據(jù)模塊支撐的分布特點(diǎn)，對(duì)于獨(dú)立的單根支撐API管和斜撐API管采用散裝的方式，在車間、碼頭進(jìn)行預(yù)制，將API圓管與肘板組合成部件，然后再吊上船現(xiàn)場(chǎng)安裝。

（2）多支撐片體預(yù)制

對(duì)于能夠做成片體的支撐采用片體預(yù)制，如橫向門型支撐先在碼頭平面胎架上預(yù)制成片體，并安裝臨時(shí)槽鋼加強(qiáng)，然后放在托架里再吊上船逐一安裝，為圖8所示。

3.2 模塊支撐現(xiàn)場(chǎng)安裝

（1）首先在甲板找出安裝定位基準(zhǔn)線，以上甲板中心線為基準(zhǔn)分別劃出管子橫向中心線，再以中間肋位為基準(zhǔn)分別劃出前后肋位線；

（2）根據(jù)模塊支撐的劃線報(bào)驗(yàn)后進(jìn)行吊裝，先安裝橫向片體部分并用槽鋼等臨時(shí)固定在甲板面，接著安裝片體之間縱向的斜撐和肘板，最后安裝單獨(dú)的支撐和臨時(shí)加強(qiáng)，安裝順序如圖9所示；

（3） 支撐定位時(shí)，先以FR77肋位的支撐為基準(zhǔn)定位前后的支撐，再以主甲板定位的水平高度基準(zhǔn)，使用全站儀定位支撐頂部的水平高度，支撐定好位后進(jìn)行臨時(shí)固定和加強(qiáng)，經(jīng)過QC、船東、船檢報(bào)驗(yàn)合格后再進(jìn)行焊接；

（4） 模塊基座安裝前，根據(jù)甲板面高度標(biāo)桿的水平基準(zhǔn)及模塊基座的理論高度，使用全站儀定出整個(gè)模塊支架頂部的水平高度，然后整體修割余量，再安裝模塊基座。

3.3 模塊支撐精度控制

（1）劃線的范圍

每個(gè)模塊支撐在主甲板分段上進(jìn)行預(yù)舾裝，劃線包括主甲板面的基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)線、余量線及其200 mm檢查線、所有內(nèi)部構(gòu)件的安裝線、重要結(jié)構(gòu)的理論線同側(cè)100 mm（100+t）檢查線。

（2）劃線的技術(shù)要求

劃線使用的方法應(yīng)當(dāng)可靠，劃線工具應(yīng)統(tǒng)一并符合精度標(biāo)準(zhǔn)。劃線使用的符號(hào)必須統(tǒng)一，中心線、輪廓線、結(jié)構(gòu)線、余量線、對(duì)合線等都要用色漆表示清楚，并打上洋沖標(biāo)注。

（3）控制余量劃線精度

劃線前，劃線人員應(yīng)仔細(xì)研究圖紙和有關(guān)資料，掌握分段的各種關(guān)鍵尺寸，并根據(jù)余量處理方案中的有關(guān)規(guī)定，考慮各個(gè)方向上補(bǔ)償?shù)募臃?，在劃線時(shí)嚴(yán)格控制主要尺寸的精度，保證各主要尺寸的誤差在標(biāo)準(zhǔn)公差要求的范圍之內(nèi)。

所有分段的劃線工作均需向檢驗(yàn)員交檢，通過后方可裝配構(gòu)件。檢驗(yàn)員在驗(yàn)收時(shí)除了結(jié)構(gòu)線外，還應(yīng)控制加放值和余量處理方案的網(wǎng)絡(luò)線和檢查線，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)紕漏錯(cuò)誤。

（4）控制模塊支撐余量切割精度和邊緣坡口質(zhì)量

在切割前必須看清圖紙并掌握坡口角度方可切割，切割過程中應(yīng)該經(jīng)常檢測(cè)切割誤差并隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，切割精度及質(zhì)量必須符合要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

模塊建造是整個(gè)海工船建造的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，模塊支撐僅是模塊結(jié)構(gòu)的一部分。上部模塊支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮主甲板的布置、施工工藝和自身的強(qiáng)度，隨著模塊的功能、大小的不同而需要不斷的改進(jìn)優(yōu)化，以滿足于模塊的使用要求。

模塊支撐在技術(shù)、建造成本和功能上具有特殊地位，其建造水平的高低反映出一個(gè)企業(yè)的海洋工程裝備的建造能力和項(xiàng)目管理水平，因此有必要從行業(yè)角度出發(fā)，及時(shí)調(diào)整自身方向，通過這2艘改裝FPSO船的建造積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)，力爭(zhēng)縮短與先進(jìn)海工裝備制造企業(yè)的差距。為公司在后續(xù)承接其他海工船提供更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支持和建造水平。