圓筒形FPSO底層分段合龍方案優(yōu)化

劉傳輝，崔 良，石 亮，張 耀，李 思，李繼奎

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

0 引 言

圓筒形浮式生產儲卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)作為深水浮式平臺的一種典型型式，集生產、儲油、外輸等多功能于一體，具有易搬遷、可重復利用等特點，被稱為“流動的生產儲油平臺”。同時，圓筒形FPSO具有較強的抵御惡劣作業(yè)環(huán)境的能力，適合深海作業(yè)[1]。公司承制的某圓筒形FPSO位于英國北海海域，船體直徑為87.5 m，高度為32.0 m，作業(yè)水深為160～170 m，船體重量約12 000 t，采用車間分片預制、分段建造、船塢合龍的方式完成。該FPSO船體總計分成94個分段，共計4層，其中底層由29個分段組成[2]，如圖1所示。最重分段約465 t。以126A、126B分段合龍為例，針對底層分段在船塢內的合龍方式進行具體分析。

圖1 底層分段劃分布置

1 傳統(tǒng)分段合龍方案

船體分段在船塢內合龍時，主要通過位置和姿態(tài)的調整來實現基準分段的準確定位。在傳統(tǒng)分段合龍方案中，往往采取不同的設備，船體分段的空間位置和姿態(tài)的調整方法也不相同。在確定合龍方案時，應考慮合龍分段整體空間位置、船體分段大小等方面的因素[3]。

1.1 龍門吊吊裝合龍

由于合龍分段重量都在百噸以上，在船塢內搭載合龍底層分段，采用門式起重機(簡稱“龍門吊”)吊裝。龍門吊吊起的船體分段受到海邊強勁風力的影響，會隨之左右晃動，且分段對接處空間狹小，合龍方式定位不準確，易造成分段合龍口的錯位，精度不易控制，影響對接的質量和效率。對接工作需反復微調，將長時間占用起重設備，延長造船合龍的工期[4]。

1.2 滑移合龍

在分段滑移合龍時采用滑移小車沿著固定的軌道向著基準分段運動[5]，上面安裝頂升液壓油缸，可進行高度調整，此種方式一般較多使用于長形FPSO，主要從一端向另一端合龍，相互間不存在空間狹小的情況。圓筒形FPSO底層為蛋糕形狀，分割成多個扇形分段，成三角形合龍狀態(tài)。在分段滑移合龍時只能朝一個方向運動，無法實現四角的分開移動，且在移動過程中底部整體起升和下降，與之對接的分段存在分片變形或者塢墩高低不平的情況下，容易產生對接錯位現象。

根據上述分析，傳統(tǒng)合龍方案無法實現圓筒形FPSO分段整體合龍的精確對接以及3個方向的位置調整，較難一次性地完成對接任務，且占用起重資源，不利于船體其他分段的快速合龍。因此，本文對圓筒形FPSO底層分段合龍方案進行優(yōu)化，以快速地實現分段合龍的精確對接，提高船體的分段搭載效率。

2 合龍方案優(yōu)化

為保證分段搭載合龍中的對接精度要求，降低起重機使用時間，在分段搭載合龍中采用三維調整機的合龍對接調整方式，實現縱向、橫向和豎向等3個維度的調整，以確保各分段的平穩(wěn)對接和精確合龍，縮短圓筒形FPSO在船塢內的合龍周期，提高船體建造質量。

2.1 三維調整機基本組成

三維調整機主要由頂升液壓缸、伸縮液壓缸、機械鎖緊螺母、鞍座、行走控制手柄、摩擦副、前驅動輪、叉車槽、線控按鈕盒、電控箱和液壓控制柜等組成，如圖2所示。

圖2 三維調整機結構示例

2.2 三維調整機基本原理

以圓筒形FPSO分段合龍中使用的三維調整機為例，單臺設備承載能力為200～300 t，垂直方向調整范圍為0～250 mm，水平方向調整范圍為0～150 mm。行走輪升降機構采用液壓缸驅動，起升后離地面高度可達50 mm，水平伸縮液壓缸和垂直頂升液壓缸可使分段在3個維度、6個方向精確調整,頂升液壓缸設置有機械鎖緊螺母和升降閥組，可確保在分段調整結束后高度方向不動、重載下降平穩(wěn)、頂升停頓時分段高度不變。主頂升液壓缸配備5°可傾斜抗偏載鞍座和擴大底盤，能對船體分段不平整狀況進行調整。線控手柄按鈕盒可實現單臺設備操作，也可通過聯(lián)動控制臺實現多臺集中操作，實現同步頂升、移動和三維調整定位，多臺頂升聯(lián)動同步誤差在2 mm以內。主頂升液壓缸設置壓力傳感器，可在同步控制器上顯示每臺設備的承載噸位和總噸位，避免超載。

2.3 分段精度測量及搭載模擬

一般情況下，在進行分段合龍作業(yè)時，先將基準分段吊裝于船塢塢墩上進行定位，再吊裝后續(xù)分段，通過全站儀監(jiān)控后續(xù)分段與基準分段之間的相對位置關系。由于各個分段外板在合龍成整體時存在一定的變形，會產生錯位現象，因此需要提前對合龍分段進行精度測量和搭載模擬，合龍時裕量切割后借助三維調整機進行分段的二次調整，完成分段的精確對接。圖3所示為對126A、126B分段合龍進行測量點和搭載模擬分析。

圖3 126A、126B分段合龍示例

具體過程如下：

(1) 將分段模型導入ECO-BLOCK精度測量軟件中，在分段外輪廓線(底板、外板與T形梁、球扁鋼交接位置)選取測量點[6]。

(2) 根據選取的理論測量點，標識三維坐標點(x，y，z)，并在分段上貼上移動標靶，采用全站儀進行各個測量點的采集，存儲在手持測量儀內。

(3) 將測量數據導入ECO-BLOCK精度測量軟件中[7]，對分段測量數據與理論數據進行比較分析，如圖4和圖5所示，顯示出x、y、z相對于理論坐標的誤差量。

圖4 126A分段精度測量點示例

圖5 126B分段精度測量點示例

(4) 將分段測量數據與搭載環(huán)境數據導入ECO-OTS進行數據搭載模擬，系統(tǒng)自動就搭載對齊點進行搭載偏差分析，計算2個分段存在的坐標偏差，如表1所示。

表1 搭載模擬坐標及偏差 mm

續(xù)表1 搭載模擬坐標及偏差 mm

2.4 三維調整機布置及分段合龍調整

將三維調整機布置于船塢塢底，4臺為1組，可頂升分段進行三維方向的移動，從而實現126A、126B及相鄰分段的平穩(wěn)對接。

(1) 在分段合龍吊裝前，調整塢墩高度，使其比理論布墩高度降低約10 mm。

(2) 通過控制手柄將每臺三維調整機x、y方向水平油缸各伸出約50 mm，三維調整機的布置如圖6所示。

圖6 三維調整機布置示例

(3) 將126B分段利用龍門吊吊裝至合龍分段附近位置撤鉤，與地樣線及相鄰分段的偏差控制在50 mm左右，保證分段對位后可進行多次調整。

(4) 分析兩分段搭載模擬數據可知，x方向偏差最大為48.9 mm，由于126B分段與其他分段對接的位置預留50 mm裕量，沿x方向將126B分段偏差量切除并修正[8]。

(5) 將三維調整機預頂升，同時檢查受力狀態(tài)，保證每個三維調整機受力均勻。

(6) 4臺三維調整機同時頂升，使最低點脫離塢墩約5 mm，在頂升過程中不可超過許用受力值(見表2)，調整分段至合龍位置，使其相對于基準分段準確對接到位，旋緊機械鎖緊螺母，在移動過程中采用全站儀監(jiān)控分段是否到位。

表2 4臺三維調整機受力情況

(7) 調整塢墩頂部楔木，使其與分段接觸并敲緊，下放并移除三維調整機，完成分段的最終合龍精確對接。

3 結 語

通過對分段合龍方案的分析、優(yōu)化，采用ECO-BLOCK軟件和全站儀對分段進行精度測量和搭載模擬，可提前預知對接分段間的偏差，并借助三維調整機進行3個方向上的二次調整，有效地保證分段之間合龍的對接精度，提高了安裝效率，降低了起重機占用時間。此三維調整機的使用可為其他同類船體分段合龍對接起到借鑒作用，具有良好的推廣和應用價值。