FPSO船體進(jìn)塢精準(zhǔn)落墩工藝

石亮

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300461)

目前國(guó)內(nèi)FPSO建造模式按照施工分為兩個(gè)階段:船體建造階段，上部模塊、單點(diǎn)與船體進(jìn)行集成階段。船體由船廠建造，然后將船體拖航至海工場(chǎng)地進(jìn)行集成作業(yè)。內(nèi)轉(zhuǎn)塔單點(diǎn)安裝精度要求高，需要FPSO船體進(jìn)入干船塢內(nèi)進(jìn)行集成。常規(guī)船體進(jìn)塢落墩只需要控制船體就位位置即可滿足要求，F(xiàn)PSO船體進(jìn)塢進(jìn)行單點(diǎn)集成需要嚴(yán)格控制單點(diǎn)艙區(qū)域水平度，達(dá)到±5mm要求。圍繞船體高精度就位要求，需要進(jìn)行船體測(cè)量控制點(diǎn)布置、集成船塢測(cè)量點(diǎn)布置、塢墩布置設(shè)計(jì)、進(jìn)塢落墩精就位監(jiān)控等工作。

1 精度分析

按照建造分工，某FPSO船體在船廠建造，建造完成后需要起浮出塢濕拖至集成船塢內(nèi)進(jìn)行模塊和單點(diǎn)的集成。為保證單點(diǎn)精準(zhǔn)對(duì)位，單點(diǎn)設(shè)計(jì)方提出單點(diǎn)區(qū)域水平度要求不能超過(guò)±5 mm。查閱船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)塢墩的高度偏差為±8 mm[1]，對(duì)于船體實(shí)際落墩后的水平?jīng)]有明確提出。對(duì)于15萬(wàn)t級(jí)的FPSO，船寬達(dá)到50 m，如果以甲板中心為基準(zhǔn)，水平變化5 mm 時(shí)，垂直度傾斜大約0.03°。圖1顯示了單點(diǎn)中心與單點(diǎn)艙中心的垂直度偏差，如落墩控制不良將導(dǎo)致單點(diǎn)集成同心度偏差變大，垂直度超差引起的上下連接部位的問(wèn)題可能導(dǎo)致單點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常。為了確保單點(diǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，整體中心點(diǎn)必須一致。FPSO船體落墩后滿足單點(diǎn)區(qū)域水平度±5 mm要求，除了要保證船底板平面度要求外，還要進(jìn)一步提高塢墩水平度要求，同時(shí)制定落墩控制工藝，嚴(yán)格細(xì)化控制流程。

圖1 單點(diǎn)中心與單點(diǎn)艙中心偏差

2 船體控制點(diǎn)布置與調(diào)平

某FPSO船體的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，船舶進(jìn)塢前需確定完工狀態(tài)，主要參數(shù)見表1。

表1 某FPSO船體進(jìn)塢狀態(tài) m

為保證FPSO船體順利完成塢內(nèi)落墩作業(yè)，需在船體建造塢內(nèi)完成如下準(zhǔn)備工作。

1)船體外板定位落墩標(biāo)記設(shè)置。

2)主甲板調(diào)平標(biāo)記設(shè)置。

2.1 船體定位標(biāo)記設(shè)置

為確保FPSO船體移位落墩后的定位精度，需在船廠干塢內(nèi)船體起浮前，預(yù)先在船上設(shè)置定位標(biāo)記。通過(guò)測(cè)量船體左右船舷及艏艉外板的控制點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)船體塢內(nèi)落墩，見圖2。

圖2 船舷外板測(cè)量點(diǎn)布置示意

船體右舷3個(gè)測(cè)量點(diǎn)用于船體主要定位點(diǎn)。標(biāo)記點(diǎn)2處設(shè)置標(biāo)尺并作為落墩時(shí)控制縱向定位和監(jiān)控坐墩高度的主標(biāo)尺。舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)1、舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)3處設(shè)置的靶紙作為落墩時(shí)控制FPSO船體橫向定位的主標(biāo)尺，使用測(cè)距儀進(jìn)行觀測(cè)；船艏設(shè)置的標(biāo)尺作為落墩時(shí)控制FPSO船體橫向定位的輔助標(biāo)尺，使用全站儀[2]。

利用全站儀，分別測(cè)量舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)1和舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)3的半寬值，見圖3，測(cè)量舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)1與舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)2之間，以及舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)2與舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)3之間的間距并記錄。用于集成船塢內(nèi)船體精準(zhǔn)就位的數(shù)據(jù)修正。

圖3 船體定位標(biāo)記點(diǎn)示意

2.2 主甲板水平標(biāo)記設(shè)置

船體進(jìn)塢的調(diào)平監(jiān)測(cè)通過(guò)布置在主甲板上的10個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行控制，通過(guò)U形管原理測(cè)量甲板水平及單點(diǎn)艙區(qū)域水平，具體布置見圖4。標(biāo)記點(diǎn)1、2、3、4、7、8主要用于監(jiān)控整船在碼頭的調(diào)平狀態(tài)，標(biāo)記5、6、9、10用于調(diào)載時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)轉(zhuǎn)塔甲板水平。待船體落墩完成后，對(duì)單點(diǎn)艙基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)測(cè)，根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移至塢底以及主甲板上，用于后期的單點(diǎn)集成。

圖4 甲板水平標(biāo)記點(diǎn)設(shè)置

2.3 船體調(diào)平

在船體解脫進(jìn)塢前，需要先將船體調(diào)平。通過(guò)調(diào)整左右舷壓載艙內(nèi)水量實(shí)現(xiàn)調(diào)平。通過(guò)U型管原理測(cè)量船體水平，觀察各水管水位相對(duì)于距基水平線的高度，可以確定出船舶的縱、橫傾狀態(tài)。船舶橫傾應(yīng)控制在30 mm以內(nèi)，縱傾控制在100 mm以內(nèi)，最大程度的減少縱、橫傾，實(shí)現(xiàn)船體精就位[3]。

3 船塢控制點(diǎn)布置

船體在干塢內(nèi)位置根據(jù)單點(diǎn)、組塊集成要求確定。單點(diǎn)模塊使用浮吊吊裝，單點(diǎn)艙所在船頭位置需靠近塢門，便于浮吊吊裝。具體位置根據(jù)浮吊吊裝能力、回轉(zhuǎn)半徑確定。為避免引起混淆，集成船塢場(chǎng)地所有勘劃的地面標(biāo)記點(diǎn)，均與船體建造船塢放線依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)一致。

3.1 塢內(nèi)標(biāo)記點(diǎn)設(shè)置

集成塢底放線時(shí)，將船體中心線上船艉(肋位FR41)、船舯(FR67)、船艏(FR86)和1～8號(hào)地標(biāo)一并放出，并做好標(biāo)記，注明肋位號(hào)、距中值，見圖5。

圖5 集成塢內(nèi)標(biāo)記

需要確認(rèn)集成船塢放線肋位間距最終是以船體實(shí)際肋距為依據(jù)勘劃，還是以理論肋距進(jìn)行勘劃。若以實(shí)際肋距勘劃，集成船塢放線時(shí)應(yīng)舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)1和舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)2、舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)2和舷側(cè)標(biāo)記點(diǎn)3之間間距的實(shí)測(cè)值確定FR41、FR86之間的位置關(guān)系。

3.2 塢內(nèi)標(biāo)記測(cè)量修正

在船塢放水前，利用全站儀完成船塢定位標(biāo)記數(shù)據(jù)測(cè)量記錄。由于建造誤差，F(xiàn)PSO船體實(shí)際肋位位置和地線肋位標(biāo)記可能會(huì)存在一定的誤差，為了降低此誤差對(duì)定位落墩精度的影響，對(duì)比船廠塢內(nèi)定位標(biāo)記數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果和集成船塢定位標(biāo)記數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果，分析確定出數(shù)據(jù)偏差，計(jì)算出后續(xù)集成船塢定位數(shù)據(jù)偏差監(jiān)控值，從而確保縱向和橫向精準(zhǔn)定位。

4 布墩設(shè)計(jì)

單點(diǎn)區(qū)域重量集中，塢墩布置需要結(jié)合塢底承載力進(jìn)行適當(dāng)加密，以滿足承載力要求。單點(diǎn)集成期間要在塢內(nèi)做一系列的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，塢墩的布置還要避開單點(diǎn)錨鏈盤旋轉(zhuǎn)區(qū)域。為滿足單點(diǎn)區(qū)域落墩后的水平度達(dá)到±5 mm，將塢墩布置在單點(diǎn)艙區(qū)域水平偏差控制在±3 mm以內(nèi)，其他區(qū)域水平偏差控制在±5 mm。

對(duì)于塢墩布置采用全船有限元進(jìn)行計(jì)算和校核，船體質(zhì)量分布通過(guò)質(zhì)量點(diǎn)施加在船體強(qiáng)結(jié)構(gòu)處進(jìn)行模擬。在布置設(shè)計(jì)中為減少因?yàn)閴]墩沉降不均造成偏差，對(duì)單個(gè)塢墩受力大的區(qū)域適當(dāng)加密盡量使塢墩均衡受力，使墩木壓縮量盡量一致[4]。尾部及機(jī)艙區(qū)域最大應(yīng)力為120 MPa，單點(diǎn)艙及首部最大應(yīng)力為79 MPa，貨倉(cāng)區(qū)最大應(yīng)力為58 MPa，所有塢墩支反力均小于200 t，船底應(yīng)力云圖見圖6。

圖6 船底應(yīng)力云圖

塢墩擺放應(yīng)提前規(guī)劃，內(nèi)轉(zhuǎn)塔周邊均墩擺放時(shí)應(yīng)由內(nèi)向外擺放，確保每個(gè)塢墩都能順利放置到位，避免擺放順序不合理而倒墩。在進(jìn)塢前需消除縱、橫傾，塢墩布置位置準(zhǔn)確并保證頂面水平[5]。為滿足水平度要求，所有墩木使用新木頭，采取刨平方式控制。全船塢墩布置見圖7。

圖7 全船塢墩布置

5 船體精就位

船體調(diào)平后，塢內(nèi)測(cè)量點(diǎn)設(shè)置、塢墩布置就位等準(zhǔn)備工作完成后，可實(shí)施進(jìn)塢落墩工藝。FPSO船體通過(guò)拖船移位、在牽引小車牽引下移至預(yù)定落墩地點(diǎn)，拉緊4根調(diào)整鋼絲纜。塢門拖至塢口復(fù)位，關(guān)閉塢門，船塢排水。將塢內(nèi)水排放至船底板距塢墩上表面約500 mm時(shí)，進(jìn)行落墩精就位[6]。船體進(jìn)塢定位過(guò)程示意于圖8。

圖8 船體進(jìn)塢定位過(guò)程

1)船塢放水完畢，用引船小車將船體拖至預(yù)定落墩地點(diǎn)，帶好臨時(shí)纜繩和調(diào)整鋼絲纜。

2)在船體右側(cè)塢面船腫(FR67)標(biāo)記處布置全站儀，監(jiān)測(cè)船體外板船腫(FR67)處的標(biāo)尺，調(diào)整全站儀的水平和高度。

3)在船體右側(cè)塢面船艉(FR41)處布置一個(gè)測(cè)距儀，監(jiān)測(cè)船體外板FR41處靶紙和地標(biāo)5之間的距離，利用全站儀調(diào)整測(cè)距儀位置，確保測(cè)距儀激光出線和地標(biāo)5、地標(biāo)6兩點(diǎn)的連線在同一鉛垂面內(nèi)。

4)在船體右側(cè)塢面船艏(FR86)處布置一個(gè)測(cè)距儀，監(jiān)測(cè)船體外板FR86處靶紙和地標(biāo)1之間的距離，利用全站儀調(diào)整測(cè)距儀位置，確保測(cè)距儀激光出線和地標(biāo)1、地標(biāo)2兩點(diǎn)的連線在同一鉛垂面內(nèi)。

5)利用塢面FR86、FR67、FR41測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向及橫向的初步定位，當(dāng)此數(shù)據(jù)與修正的數(shù)據(jù)誤差在100 mm以內(nèi)時(shí)，塢內(nèi)緩緩排水至某FPSO船體船底板距塢墩上表面200 mm，觀測(cè)各點(diǎn)讀數(shù)，并根據(jù)情況逐步調(diào)整船舶位置。

6)當(dāng)測(cè)量的數(shù)據(jù)誤差在40 mm以內(nèi)時(shí)，把塢內(nèi)水排放至船體船底板距塢墩上表面100 mm，塢內(nèi)緩緩排水至船體落墩。

7)船體坐墩后，船塢繼續(xù)排水，船體吃水下降300 mm時(shí)，繼續(xù)讀取各儀器測(cè)量數(shù)據(jù)，要求縱向坐墩偏移≤50 mm，橫向坐墩偏移量≤50 mm，F(xiàn)R41和FR86船上標(biāo)記橫向相對(duì)偏差≤100 mm。船體落墩監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2，單點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3，船體落墩滿足單點(diǎn)集成要求。

表2 船體就位數(shù)據(jù)監(jiān)控

表3 單點(diǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

6 結(jié)論

FPSO船體進(jìn)塢落墩精就位實(shí)施關(guān)鍵點(diǎn)在于船體單點(diǎn)區(qū)域水平度控制，影響主要因素有船底板水平度、塢墩頂面水平度、船體進(jìn)塢過(guò)程中就位精度控制。通過(guò)對(duì)以上因素的識(shí)別分析，制定了一系列控制措施并貫穿于實(shí)施過(guò)程中，最終落墩后，船體檢測(cè)結(jié)果達(dá)到預(yù)期。此次FPSO船體進(jìn)塢落墩實(shí)踐順利實(shí)施，證明相關(guān)措施行之有效。