大型火炬臂浮吊與履帶吊合抬吊裝技術(shù)

李雪松，李彤濱，劉超，李記忠，孟維超

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

火炬臂是海洋石油生產(chǎn)平臺的重要組成部分，通常是由鋼制圓管組成的細長型結(jié)構(gòu)，其作用是將石油開采過程中油氣分離出來和生產(chǎn)使用剩余的伴生天然氣引至安全的位置，進行燃燒或放空。在浮式生產(chǎn)平臺中，隨著平臺的大型化和上部模塊油氣處理工藝的變化，火炬臂的尺寸和重量也在逐步增加。在建造過程中，需將其在碼頭由平躺狀態(tài)翻身到在位角度后，再吊裝至FPSO甲板設(shè)計位置，該過程對浮吊能力和吊裝方案設(shè)計形成了挑戰(zhàn)。

1 火炬臂信息

文章以流花16-2油田群“海洋石油119”FPSO(浮式生產(chǎn)儲卸油裝置)的火炬臂吊裝為例，對大型火炬臂的浮吊與履帶吊合抬吊裝技術(shù)進行闡述。該火炬臂長86.7 m，高110 m，重量達到436 t，在建造過程中，呈平躺狀態(tài)。安裝時，需要將其翻身至60°，再吊裝到位于FPSO艏部甲板EL+34.45 m的支座上[1]。本次吊裝過程分兩部分進行：(1)首先由浮吊和履帶吊合抬，將火炬臂平吊離地面一定距離后，對火炬臂進行翻身，翻身完成后，履帶吊摘鉤；(2)浮吊移船至FPSO艏部，將火炬臂下放就位，火炬臂焊接達到要求后，摘除索具，吊裝作業(yè)完成?；鹁姹墼贔PSO布置圖如圖1所示。

圖1 火炬臂信息

2 火炬臂合抬翻身方案

2.1 吊裝準備

(1)精度測量?；鹁姹劢ㄔ爝^程中，施工人員應(yīng)全過程對火炬臂主腿間距和水平度進行測量，使其精度與位于FPSO的支座相匹配，如發(fā)現(xiàn)建造精度超出要求值，應(yīng)及時使用工裝進行調(diào)整?；鹁姹劢ㄔ焱旯ず?，根據(jù)測量尺寸，切除火炬臂支座頂部的預(yù)留段，并打磨好坡口。

(2)摘扣通道搭設(shè)。在火炬臂吊裝前，應(yīng)在火炬臂上搭設(shè)好用于吊裝就位后摘除索具的腳手架通道。需注意的是，翻身過程中索具與火炬臂的相對位置一直在發(fā)生變化，腳手架不能與吊裝索具發(fā)生干涉。

(3)吊裝干涉檢查。吊裝前，對FPSO甲板火炬臂就位區(qū)域進行檢查，支座周圍1.5 m內(nèi)不應(yīng)有其他結(jié)構(gòu)物，需對可能影響吊裝的擋浪墻、火炬臂爬梯等結(jié)構(gòu)提前拆除?；鹁姹鄯磉^程中，履帶吊需根據(jù)翻身的進程移動位置和旋轉(zhuǎn)扒桿，需對建造場地進行檢查，確保有足夠的空間供履帶吊使用。

(3)FPSO調(diào)平。FPSO進行調(diào)載，使其在火炬臂吊裝時，甲板處于水平的狀態(tài)。如果火炬臂吊裝時，F(xiàn)PSO調(diào)載系統(tǒng)沒有完成調(diào)試，還不能使用，需要通過調(diào)載艙在甲板位置的人孔，安裝臨時調(diào)載泵，對FPSO調(diào)平。

2.2 吊裝索具布置

火炬臂外側(cè)由上至下設(shè)置3組耳軸式吊點，上方兩組吊點供浮吊使用，下方一組吊點供履帶吊使用。為滿足浮吊鉤頭豎直受力的要求，浮吊與火炬臂之間通過撐桿進行連接。設(shè)計吊裝方案時，因火炬臂翻身過程中，3組吊點的水平間距一直在發(fā)生變化，所以設(shè)計為平吊和翻身時，只有最上方和最下方的兩組吊點受力，中間吊點不受力，其索具處于松弛狀態(tài)。當?shù)觞c間距變化時，通過履帶吊的移動，使浮吊與履帶吊鉤頭間距與吊點間距同步變化。當火炬臂翻身到設(shè)計角度時，浮吊索具恰好全部處于伸直狀態(tài)。吊裝前對吊裝過程進行模擬，避免浮吊、撐桿與履帶吊發(fā)生碰撞。索具布置圖如圖2所示。

圖2 索具布置

2.3 火炬臂翻身步驟

(1)火炬臂平吊。因火炬臂吊裝就位后，需繼續(xù)保持受力狀態(tài)直至火炬臂主腿完成焊接，整個吊裝過程通常需要約36 h。在決定吊裝前，需確認有足夠長的天氣窗口。港池內(nèi)浮吊吊裝作業(yè)，一般要求未來72 h內(nèi)風(fēng)速小于10 m/s，浪高小于0.5 m。浮吊與履帶吊分別在火炬臂兩側(cè)就位，連接鉤頭與火炬臂之間索具，使用麻繩等對耳軸處索具綁扎，避免吊裝過程中索具脫出。在平吊和翻身過程中索具2處于松弛狀態(tài)，使用浮吊的索具鉤將其拉開，使其遠離火炬臂，防止與火炬臂發(fā)生剮蹭，破壞油漆[2]。火炬臂與建造底座的綁扎固定切除后，浮吊與履帶吊同步提升鉤頭，將火炬臂緩慢吊起離開地面0.5 m，并保持此狀態(tài)1 min，確定沒有問題后，繼續(xù)提升火炬臂約10 m。保持此過程中火炬臂處于水平狀態(tài)。平吊時履帶吊受力230 t，浮吊兩個鉤頭分別受力87 t和286 t。

(2)火炬臂翻身?；鹁姹燮降蹼x開地面穩(wěn)定后，開始翻身扶正。此時浮吊位置不動，緩慢提升鉤頭。履帶吊鉤頭高度不變，隨浮吊鉤頭提升，同步緩慢旋轉(zhuǎn)扒桿并變幅，使火炬臂在朝向不發(fā)生改變的情況下緩慢增加與地面的夾角，直至與地面夾角60°。翻身過程中，浮吊指揮人員應(yīng)與履帶吊指揮人員保持實時溝通，確保兩臺吊機的動作同步可控。翻身過程中，履帶吊受力逐步降低到165 t，浮吊受力逐步增加到89 t和348 t。

(3)重量轉(zhuǎn)移，履帶吊摘鉤?；鹁姹叟c地面夾角達到60°后，索具2即達到伸直狀態(tài)，但還沒有承受火炬臂的重量。此時浮吊與履帶吊扒桿均保持靜止，履帶吊鉤頭緩慢卸力，履帶吊的吊裝力緩慢轉(zhuǎn)移到浮吊。隨著履帶吊卸力，索具2開始逐漸承受火炬臂的重量。在履帶吊完成卸力，即索具3松弛后，重量轉(zhuǎn)移完成，將索具3從火炬臂摘除。浮吊與履帶吊的合抬翻身過程結(jié)束，此時浮吊兩個鉤頭分別受力276 t和326 t?；鹁姹鄯磉^程如圖3所示。

圖3 火炬臂翻身

2.4 火炬臂就位

火炬臂完成翻身后，浮吊繼續(xù)提升主鉤高度，使火炬臂底部高度超過FPSO甲板的支座。隨后，浮吊通過提前在港池鋪設(shè)好的錨系，由碼頭移船至FPSO船艏位置，將火炬臂下放至支座上，此時需繼續(xù)保留一部分吊裝力，使火炬臂保持穩(wěn)定。待火炬臂與支座間的焊接完成后，從火炬臂摘除吊裝索具，火炬臂吊裝完成[3]。火炬臂就位照片如圖4所示。

圖4 火炬臂就位

3 計算分析

在SACS軟件中建立火炬臂的有限元模型，對火炬臂吊裝全過程進行計算分析。根據(jù)火炬臂翻身步驟，分為6個工況，對火炬臂強度進行計算：(1)火炬臂處于平吊狀態(tài)，索具1、索具3受力；(2)火炬臂翻轉(zhuǎn)15°，索具1、索具3受力；(3)火炬臂翻轉(zhuǎn)30°，索具1、索具3受力；(4)火炬臂翻轉(zhuǎn)45°，索具1、索具3受力；(5)火炬臂翻轉(zhuǎn)60°，索具1、索具3受力；(6)火炬臂重量轉(zhuǎn)移完成，索具1、索具2受力；火炬臂的SACS模型如圖5所示。

圖5 火炬臂SACS模型

除對火炬臂強度進行校核外，還需要對吊機和索具能力進行校核。根據(jù)上述6個工況計算出的吊繩力，對每根索具的安全系數(shù)進行校核。并通過吊繩力計算出吊裝過程中，浮吊與履帶吊受到的最大鉤頭力，對浮吊與履帶吊的吊重能力進行校核。

4 結(jié)語

火炬臂相較于其他結(jié)構(gòu)物，受建造和就位角度不同的影響，在吊裝時需首先進行翻身扶正。使用單扒桿雙鉤頭浮吊，在其鉤頭允許側(cè)向受力時，可僅靠自身吊機完成火炬臂翻身動作。但在使用雙扒桿浮吊時，鉤頭不允許側(cè)向受力，僅靠浮吊不能完成火炬臂翻身，面對這種情況，文章以浮吊與履帶吊合抬作為解決方案，對吊裝過程進行詳細的說明和闡述。通過合抬吊裝技術(shù)，增加了浮吊船的適用范圍，降低了對吊機能力的限制，能夠有效降低吊裝成本。