海洋平臺火炬臂建造工藝研究

王闊

（海洋石油工程（青島）有限公司， 山東 青島 266520）

火炬臂是海洋石油平臺中比較特殊的結(jié)構(gòu)[1,2]，懸臂塔火炬臂是海洋平臺上部模塊常見的結(jié)構(gòu)形式之一，采用傾斜的塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計，為火炬系統(tǒng)等提供支撐[3,4]。部分海洋平臺的上部模塊，因受到安裝條件等限制，需要海上安裝火炬臂，這就對火炬臂的建造提出了更高要求[5]。

受到場地吊機(jī)資源限制等因素影響，常規(guī)試裝火炬臂一般采用正造預(yù)制形式，然后陸地試裝、裝船、與裝船固定支撐焊接，運(yùn)輸?shù)胶Ｉ习惭b。該工藝存在的問題是：（1）正造預(yù)制時，斜梯等附屬結(jié)構(gòu)多需要高位建造，需搭設(shè)大量腳手架，高空作業(yè)多；（2）裝船固定支撐先與運(yùn)輸船主甲板焊接，再吊裝火炬臂就位，因建造精度等原因，火炬臂裝船吊裝就位時，與已焊接完成的裝船固定支撐會存在一定碰撞，裝船固定支撐需要根據(jù)火炬臂重新調(diào)整及焊接固定，同時，火炬臂與裝船支撐的焊接也需要在高位完成。該時間段內(nèi)吊機(jī)需要待機(jī)等待調(diào)整完成，吊機(jī)占用時間長，施工風(fēng)險大。

針對以上工藝存在的問題，本文以某項目火炬臂為例，采用側(cè)向臥式建造，通過吊裝翻身工藝滿足試裝要求，試裝完成后火炬臂直接放置于預(yù)制場地已組裝完成的裝船固定支撐上，該裝船固定支撐與火炬臂固定后一同吊裝裝船，該方案的設(shè)計取得了良好效果，整個建造及吊裝過程中，火炬臂變形小，滿足安裝精度要求。

1 火炬臂基本信息

該平臺火炬臂長56m，寬10m，凈重約60t，如圖1所示。

圖1 火炬臂示意圖

2 火炬臂建造工藝

2.1 預(yù)制階段

火炬臂采用側(cè)向臥式建造，放置在預(yù)制場地的墊墩上，通過水平儀測出的數(shù)值來調(diào)整墊墩的高度，確?；鹁姹墼谕凰矫嫔辖ㄔ欤ＷC火炬臂建造過程中的測量精度。

主要預(yù)制流程如下：步驟一，擺放墊墩或臨時支撐，按要求進(jìn)行放樣劃線，制作臨時墊墩，臨時墊墩放置后，火炬臂腿的最低點應(yīng)距地面600mm以上，見圖2。步驟二，依據(jù)圖紙擺放火炬臂的兩個主腿，然后對斜拉筋位置進(jìn)行標(biāo)注。步驟三，安裝垂直平面的斜拉筋，斜拉筋組對完成后點焊進(jìn)行固定，然后安裝最后一條主腿。步驟四，安裝剩余的斜拉筋，尺寸檢驗合格后安裝斜梯等附屬結(jié)構(gòu)及其他專業(yè)桿件。步驟五，根據(jù)吊裝方案安裝組裝吊點和臨時加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。步驟六，火炬臂預(yù)制完成后，由平板車運(yùn)進(jìn)涂裝車間進(jìn)行整體噴涂。

圖2 臨時墊墩布置圖

注： 為臨時墊墩，墊墩高度不低于600mm，具體高度可根據(jù)所頂位置離地面高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，墊墩數(shù)量不少于圖中數(shù)量。

其他注意事項：（1）各道工序的開始，必須在上道工序測量檢查合格并驗收后進(jìn)行；（2）所有桿件首先通過點焊完成組對，外觀檢驗合格后才可以滿焊；（3）焊接時要有一定的固定措施及焊接順序；（4）臨時吊點使用后應(yīng)及時切除，切除時需在母材上留3～5mm的余量，之后打磨防腐；（5）臨時墊墩可以循環(huán)再利用；（6）根據(jù)實際情況預(yù)留焊接余量，應(yīng)保證成片后的尺寸滿足公差要求。

優(yōu)缺點分析：火炬臂側(cè)向建造，原頂部斜梯等附屬結(jié)構(gòu)可以低位建造，與正造方式相比，腳手架工作量大量減少，高空作業(yè)減少，節(jié)約成本，但試裝時需要多臺吊機(jī)配合，對生產(chǎn)場地吊機(jī)資源要求較高。

2.2 運(yùn)輸階段

火炬臂預(yù)制完成后，需吊裝至平板車進(jìn)行運(yùn)輸并噴涂。

吊裝步驟如下：步驟一，完成吊鉤的掛鉤后緩緩起吊，在吊索張緊受力后，指揮人員、掛扣人員應(yīng)進(jìn)一步確認(rèn)索具的固定情況，無誤后繼續(xù)起吊?；鹁姹垭x開臨時支撐300mm左右時應(yīng)停1分鐘左右的時間，對吊索、卡環(huán)及吊機(jī)等狀態(tài)進(jìn)行觀察，如發(fā)現(xiàn)火炬臂不平，則降低火炬臂回到臨時墊墩上，重新調(diào)整索具以獲得準(zhǔn)確的重心位置，確認(rèn)無異常后方可繼續(xù)起吊。步驟二，吊機(jī)直行，直至火炬臂位于就位位置正上方，之后下放火炬臂，并通過倒鏈或牽引繩的輔助完成火炬臂的最終精確就位。同時，至少要求使用兩條15m長的粗繩用于控制火炬臂的定位，在火炬臂固定后撤離吊機(jī)。步驟三，在釋放鋼絲繩之前，應(yīng)監(jiān)督檢查并確認(rèn)火炬臂的位置是否正確。

根據(jù)圖紙及方案建立運(yùn)輸?shù)跹bSacs模型，見圖3，最終得出應(yīng)力和變形校核結(jié)果如下：在C1（結(jié)構(gòu)凈重）工況下，最大UC值為0.44，最大變形為3.69cm；在C2（C2=1.05×C1，1.05為重量不確定系數(shù)）工況下，最大UC值為0.46，最大變形為3.88cm；在C3（C3=1.1×C2，1.1為動態(tài)放大系數(shù)）工況下，最大UC值為0.50，最大變形為4.26cm；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

圖3 運(yùn)輸?shù)跹b計算模型

2.3 試裝階段

因火炬臂為側(cè)向臥式建造，需要翻身90°才能滿足試裝要求，計算工況考慮15°、30°、60°、90°的吊裝工況，見圖4。在火炬臂吊裝至60°時，使用的250t吊機(jī)將處于最極端工況，所以在60°吊裝工況時的分析考慮三臺吊機(jī)同時吊裝，見圖4（c）。

圖4 火炬臂試裝計算模型

火炬臂試裝以及其他工作如管線試連后，火炬臂要從上部模塊上吊裝下來，此時的吊裝工況與試裝工況相同，不再單獨(dú)計算分析。

根據(jù)圖紙及方案建立試裝工況Sacs模型，試裝工況條件下的應(yīng)力和變形校核結(jié)果如表1：

表1 UC值和變形量

其中：在C1為結(jié)構(gòu)凈重，C2=1.05×C1，1.05為重量不確定系數(shù)，C3=1.1×C2，1.1為動態(tài)放大系數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果，火炬臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足試裝工況要求。

2.4 裝船準(zhǔn)備階段

火炬臂試裝完成后，直接放置于預(yù)制場地裝船固定支撐上，并與裝船固定支撐連接固定。裝船支撐采用井字形設(shè)計，裝船支撐頂部梁在火炬臂就位后焊接，與火炬臂固定。同時，為了防止傾倒，使用倒鏈固定火炬臂及裝船固定支撐，如圖5所示。

圖5 火炬臂固定示意圖

火炬臂運(yùn)輸船到位后，火炬臂與裝船固定支撐同時吊裝就位于運(yùn)輸船主甲板位置。裝船固定支撐與運(yùn)輸船主甲板焊接，滿足火炬臂運(yùn)輸工況要求。

該方案優(yōu)缺點分析：該方案裝船固定支撐隨著火炬臂一起吊裝，解決了裝船固定支撐需要調(diào)整、高位焊接及吊機(jī)待機(jī)時間長的問題，縮短了吊裝時間，提高了資源利用效率和安全性。

3 其他注意事項

火炬臂下端導(dǎo)管需嵌入上部模塊掛鉤形狀結(jié)構(gòu)，如圖6所示，導(dǎo)管外徑與掛鉤內(nèi)口直徑相同，對預(yù)制精度要求極高，預(yù)制完成后需對該部分結(jié)構(gòu)單獨(dú)試裝，如不滿足要求需在該階段完成外形調(diào)整，后期如完成組對則無法調(diào)整。同時，應(yīng)注意下端導(dǎo)管的縱縫與相鄰掛鉤接觸面應(yīng)錯開。

圖6 火炬臂掛鉤支撐示意圖

4 結(jié)論

本文對需海上吊裝火炬臂的建造工藝進(jìn)行了研究，結(jié)合項目實際情況對預(yù)制、運(yùn)輸、試裝、裝船等階段進(jìn)行了介紹分析，并確定最優(yōu)方案，為后續(xù)類似項目的開展提供參考。