鉆機(jī)模塊SPMT 軸線車裝船技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

劉婧LIU Jing；楊昌華YANG Chang-hua；王斌WANG Bin

（①中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津300450；②中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津300450；③海洋石油工程股份有限公司，天津300450）

1 概述

海洋鉆機(jī)模塊屬于海上平臺的一部分，承擔(dān)著海上鉆井任務(wù)，整裝鉆機(jī)模塊包含鉆井支持模塊，鉆井設(shè)備模塊及灰罐三部分，其中鉆井支持模塊重量約1200 噸，鉆井設(shè)備模塊重量約1000 噸，本文主要就該兩部分模塊的裝船模式進(jìn)行分析，以探索出適用性更強(qiáng)，同時(shí)更加經(jīng)濟(jì)高效的裝船方式。

目前海洋鉆機(jī)模塊碼頭裝船絕大多數(shù)采用滑移裝船方式進(jìn)行，個(gè)別在碼頭前沿建造的鉆機(jī)項(xiàng)目可采用浮吊裝船的方式，但是這兩種方式對于建造場地要求比較苛刻?；蒲b船要求場地具備滑道敷設(shè)的條件，同時(shí)滑道承載力必須滿足滑靴受力面積的要求，浮吊裝船要求鉆機(jī)必須在碼頭前沿浮吊覆蓋范圍內(nèi)建造。作者經(jīng)過對北方8 家海洋工程及船舶制造公司現(xiàn)場的考察，得出結(jié)論：滿足滑移裝船承載力及鋪設(shè)滑道的公司僅3 家，且跨距不能滿足鉆機(jī)模塊直接建造，需額外制作大型箱型梁用于支撐建造；對于浮吊裝船，建造過程中需始終占據(jù)碼頭前沿場地，嚴(yán)重影響場地布局及利用率。相對比而言，SPMT 軸線車裝船的要求相對較低，一是不受建造區(qū)域的限制，另外地面承載力不足可以通過增加受力面積彌補(bǔ)，因此越來越多的項(xiàng)目開始采用這種裝船方式。本文以蓬萊某海上平臺、曹妃甸某海上平臺及東方某海上平臺兩個(gè)鉆機(jī)項(xiàng)目裝船為例，對SPMT 軸線車應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析，其中蓬萊某海上平臺鉆機(jī)模塊采用滑移裝船方式進(jìn)行，曹妃甸某海上平臺及東方某海上平臺鉆機(jī)模塊采用SPMT 軸線車滾裝裝船方式完成。

2 SPMT 裝船介紹

2.1 SPMT 軸線車介紹

SPMT（Self-Propelled Modular Transporter）中文名稱為：自行式模塊運(yùn)輸車，別名自行式液壓平板車。SPMT 主要由 4 軸模塊、6 軸模塊及動(dòng)力裝置（PPU）組成，SPMT 6軸模塊如圖1 所示。可通過各種選配設(shè)備形成不同載重噸位，各種運(yùn)輸組合的重載運(yùn)輸系統(tǒng)，可以根據(jù)裝載貨物的不同需求被配置成各種結(jié)構(gòu)、尺寸和重量。廣泛應(yīng)用于大型設(shè)備場地倒運(yùn)作業(yè)。可用于-20℃至+40℃，以及濕度為100%的極端工況地區(qū)，進(jìn)口車輛承載力可達(dá)到每軸48噸。車組模塊可隨汽車公路運(yùn)輸，連接拆解過程中吊車配合進(jìn)行。

圖1 SPMT 6 軸模塊側(cè)視圖

軸線車具備確保在路面不平的情況下自動(dòng)補(bǔ)償功能，以保持平板水平，從而可減少框架應(yīng)力，延長部件使用壽命；保證貨物裝卸順暢，安全性能高。

無論是單臺，還是多臺軸線車，都分布有許多行走機(jī)構(gòu)上的支撐油缸，支撐油缸通過管路和液壓軟管連結(jié)，并配有球閥。支撐油缸必須按照組群進(jìn)行合理的布置才能有效承擔(dān)裝運(yùn)任務(wù)。依據(jù)車組配置、負(fù)載的大小、重心位置以及行駛道路狀況，通過球閥可將頂升油缸分為不同的組別，構(gòu)成不同的支撐方式，大多數(shù)情況下多采用“三點(diǎn)”支撐，也可以采取“四點(diǎn)”支撐形式。在鉆機(jī)模塊項(xiàng)目中通常采用“三點(diǎn)”支撐進(jìn)行承載力計(jì)算。

SPMT 的行走機(jī)構(gòu)依靠電子-液壓多模式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。其組成部分有：帶有多個(gè)轉(zhuǎn)向程序的數(shù)字式轉(zhuǎn)向電子以及液壓轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，齒輪齒條結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向可達(dá)±130°轉(zhuǎn)向程序：直行，橫行，斜行及繞任意旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)穩(wěn)定，摩擦力小，轉(zhuǎn)向精度高，同時(shí)使車輛在靜止和滿負(fù)荷狀態(tài)下都可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和變換程序。

移動(dòng)精度可達(dá)±2mm，采用電子多模式轉(zhuǎn)向技術(shù)，具有極高的靈活性和操控性，縱向或橫行并車或在600×600m的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)開放并車，整個(gè)車輛組合僅需一臺遙控即可實(shí)現(xiàn)所有功能動(dòng)作控制運(yùn)行。遙控器上集中了行車、轉(zhuǎn)向、升降、轉(zhuǎn)向程序變換、制動(dòng)等所有功能。SPMT 進(jìn)行模塊鉆機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)詳見圖2 所示。

圖2 SPMT 軸線車進(jìn)行鉆機(jī)模塊轉(zhuǎn)運(yùn)

SPMT 還可根據(jù)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)進(jìn)行多種方式的組合拼接，既可以使用螺栓、主銷及橫向連接塊進(jìn)行橫向及縱向硬連接，也可以使用液壓軟管和信號線任意角度軟連接。

2.2 SPMT 軸線車裝船

鉆機(jī)模塊項(xiàng)目軸線車裝船通常有兩種方式：

2.2.1 利用通用工裝進(jìn)行裝船模式

采用墊塊+平衡梁形式進(jìn)行裝船，在項(xiàng)目開工前制作或改造平衡梁，布置于模塊支腿下方，裝船期間軸線車進(jìn)車于平衡梁下方，通過起升軸線車達(dá)到頂起模塊的作用。應(yīng)用項(xiàng)目：東方某平臺鉆機(jī)模塊建造項(xiàng)目，裝船現(xiàn)場詳見圖3。

圖3 東方某海上平臺鉆機(jī)模塊裝船現(xiàn)場圖

采用通用工裝裝船的特點(diǎn)主要有：

①該種方式可對墊塊及平衡梁重復(fù)利用，通常制作時(shí)按照歷時(shí)最大重量模塊進(jìn)行考慮，避免在后續(xù)項(xiàng)目中重復(fù)進(jìn)行改造加強(qiáng)；

②支撐點(diǎn)位于模塊支腿下，鉆井支持模塊模塊架高后不影響一層下管線及電纜敷設(shè)，可保證陸地建造完工狀態(tài)；

③需制作大量墊墩及平衡梁，且需在整個(gè)項(xiàng)目建造過程中長期占用，一次性投入高。

2.2.2 利用非通用工裝進(jìn)行裝船模式

通過加強(qiáng)鉆機(jī)模塊結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行裝船，項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段根據(jù)模塊重量及軸線車設(shè)計(jì)，對結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行升級或加強(qiáng)，裝船過程中，軸線車進(jìn)車于該部分結(jié)構(gòu)梁下，通過起升軸線車達(dá)到頂起模塊的作用。應(yīng)用項(xiàng)目：曹妃甸某海上平臺鉆機(jī)模塊EPC 項(xiàng)目。裝船現(xiàn)場詳見圖4。

圖4 曹妃甸某平臺鉆機(jī)模塊裝船現(xiàn)場圖

采用非通用工裝裝船的特點(diǎn)主要有：

①該種方式可避免一次性大量制作工作的產(chǎn)生，不使用平衡梁等大型臨時(shí)職支撐工裝，將原有結(jié)構(gòu)通過計(jì)算進(jìn)行加強(qiáng)；

②因支撐主結(jié)構(gòu)，因此處于結(jié)構(gòu)下的部分管線及電纜在建造期間無法安裝和敷設(shè)，影響鉆機(jī)陸地建造完工狀態(tài)；

③由于是原有結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的形式，與采用平衡梁方式不同，需根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為一次性裝船模式。

3 裝船方式對比

3.1 傳統(tǒng)裝船方式

海洋工程傳統(tǒng)裝船模式為滑移裝船，也稱為滑道牽引裝船。通常設(shè)計(jì)兩條滑道，鉆機(jī)模塊建造滑道區(qū)承載力在60 噸/延米以上，建造前根據(jù)鉆機(jī)模塊跨距完鉆機(jī)下方滑道鋪設(shè)，裝船前繼續(xù)鋪設(shè)滑道至船舶甲板，裝船過程中采用兩臺主絞車布置于鉆機(jī)模塊兩側(cè)，模塊滑靴端及滑道末端均布置兩個(gè)滑輪組，通過主絞車拖動(dòng)鋼絲繩，帶動(dòng)鉆機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦完成裝船，應(yīng)用項(xiàng)目：蓬萊某海上平臺鉆機(jī)模塊EPC 項(xiàng)目，裝船現(xiàn)場詳見圖5。

圖5 蓬萊某平臺鉆機(jī)模塊裝船現(xiàn)場圖

滑道牽引裝船特點(diǎn)如表1 所示。

表1 滑道牽引裝船特點(diǎn)

3.2 軸線車裝船特點(diǎn)如表2 所示

表2 軸線車裝船特點(diǎn)

3.3 兩種裝船方式對比技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)對兩種裝船方式統(tǒng)計(jì)得出兩種方式裝船各項(xiàng)投入，對比數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 對比數(shù)據(jù)

通過技術(shù)及經(jīng)濟(jì)投入對比，可以分析出SPMT 軸線車滾裝裝船具備較多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：①軸線車運(yùn)行平穩(wěn)，通過液壓補(bǔ)償系統(tǒng)可以保證在不平整路面運(yùn)行時(shí)，可以保證車板始終水平穩(wěn)定，從而保證設(shè)備安全，并且軸線車速度相對較快，裝船所需時(shí)間較短。②建造場地要求低，只要滿足承載力、平整度及通行要求即可，對裝船地點(diǎn)距離沒有要求，可降低場地租用費(fèi)用，增加場地利用率。③裝船地點(diǎn)選擇靈活，鉆機(jī)模塊運(yùn)輸過程中軸線車對地平均壓力一般不超過7 噸/平方米，因此對倒運(yùn)路線及裝船碼頭承載力要求較低，裝船地點(diǎn)選擇靈活，可減少場地使用面積。④軸線車滾裝對船舶甲板強(qiáng)度、調(diào)載能力等性能要求相對滑移裝船低，因此對駁船噸位要求較低，船舶選擇范圍廣，降低船舶租賃費(fèi)用。⑤軸線車滾裝裝船前期準(zhǔn)備工作簡單，只需清理出相應(yīng)運(yùn)輸通道，鋪設(shè)鋼結(jié)構(gòu)跳板（或鋼板）即可，且不需要回拖裝置，減少回拖裝置費(fèi)用。⑥由于建造地點(diǎn)選擇靈活，裝船準(zhǔn)備簡單，裝船時(shí)間選擇也較靈活，減少輔助人員費(fèi)用。⑦目前SPMT 軸線車制造成本較高，且部分核心專利技術(shù)多為國外廠家掌握，SPMT 軸線車整體租賃費(fèi)用較高，導(dǎo)致整體裝船成本高于傳統(tǒng)滑道牽引裝船的成本，因此SPMT 裝船方式更適用于建造地點(diǎn)位置不佳、預(yù)算較為寬裕及裝船工期緊張的項(xiàng)目，隨著國產(chǎn)SPMT 軸線車技術(shù)逐步成熟，在使用價(jià)格上將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

SPMT 軸線車在鉆機(jī)模塊中的成功應(yīng)用，為后續(xù)鉆機(jī)模塊建造場地的確定具有重要意義，增加了建造地點(diǎn)的選擇范圍，同時(shí)在裝船過程中大大降低了人員投入和作業(yè)時(shí)間，也有力的降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，值得推廣應(yīng)用。高效的生產(chǎn)效率是保障企業(yè)的良好經(jīng)濟(jì)效益和蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)，SPMT 軸線車裝船方式以其安全、可靠、高效的特點(diǎn)也逐漸使其成為了海洋工程行業(yè)的首選，同時(shí)也是滑道牽引裝船技術(shù)的有益補(bǔ)充，在提高公司單位產(chǎn)能和模塊建造效率具有重要意義。