FPSO總裝的門式起重機(jī)吊裝方案

張 興，方 興，趙佳寧，劉立靜，王珂楠

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引 言

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO)是深海油氣開發(fā)的重要裝備[1-2]。但對(duì)于資本密集的FPSO產(chǎn)業(yè)來說，各國油氣生產(chǎn)商仍在尋找較具成本效益的船廠建造新設(shè)施。與亞洲其他國家船廠相比，中國船廠在成本控制上具有明顯競爭力，但在生產(chǎn)率上卻遠(yuǎn)不如新加坡、日本和韓國[3]。因此，中國船廠如何在低成本下提高建造生產(chǎn)率成為在全球競爭中無法回避的問題。

按結(jié)構(gòu)形式劃分，F(xiàn)PSO由上部生產(chǎn)模塊和船體組成，生產(chǎn)模塊負(fù)責(zé)原油加工處理，船體負(fù)責(zé)儲(chǔ)存原油。目前，F(xiàn)PSO建造均采用模塊化方式，生產(chǎn)模塊和船體可同時(shí)施工，最后拼裝合龍[4-5]。隨著海洋油氣開發(fā)逐漸向深海和遠(yuǎn)海發(fā)展，F(xiàn)PSO的功能更多、工藝系統(tǒng)更復(fù)雜，生產(chǎn)模塊的設(shè)備更多、質(zhì)量更大，對(duì)合龍吊裝提出更高的要求。通常在合龍吊裝時(shí)需要根據(jù)吊裝計(jì)算結(jié)果進(jìn)行布置，包括特定繩長和特定繞繩方式。在吊裝前需要采購不同繩長的吊繩，費(fèi)用高達(dá)百萬元，成本支出較大。因此，若在吊裝時(shí)通過合理布置以統(tǒng)一繩長的吊繩進(jìn)行吊裝，則可降低成本，大幅縮短采辦周期，提高船廠市場競爭力。

1 FPSO上部生產(chǎn)模塊特點(diǎn)

該FPSO位于我國南海，水深420 m，上部共有14個(gè)生產(chǎn)模塊，如圖1所示。

圖1 FPSO總體布置

由于各生產(chǎn)模塊的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)形式不同，2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)、7號(hào)和13號(hào)生產(chǎn)模塊采用浮式起重機(jī)裝船，其他9個(gè)生產(chǎn)模塊采用門式起重機(jī)裝船。由于各生產(chǎn)模塊的功能、質(zhì)量、尺寸和總體規(guī)劃不同，應(yīng)單獨(dú)制訂吊裝方案。門式起重機(jī)吊裝生產(chǎn)模塊參數(shù)如表1所示。

表1 門式起重機(jī)吊裝生產(chǎn)模塊參數(shù)

2 門式起重機(jī)特點(diǎn)

門式起重機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于通過二級(jí)平衡梁可實(shí)現(xiàn)同一吊排上的吊繩力相等，吊裝平穩(wěn)性好、精度高、合龍難度小、安裝效率高，但難點(diǎn)在于吊排間距固定、吊點(diǎn)多，對(duì)生產(chǎn)模塊布置提出更高要求。

所使用的門式起重機(jī)由主梁、剛性腿、柔性腿、平衡梁和輪架等鋼結(jié)構(gòu)件組成門架，主梁與剛性腿間為焊接連接，與柔性腿間設(shè)置鉸性連接。主梁底距地面高度為76 m，梁高為12 m；上小車主鉤額定起重量為2×400 t，2個(gè)主鉤允許吊重差小于150 t，其橫移距離為14～17 m；下小車主鉤額定起重量為400 t。

3 吊裝模擬與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于排扣式門式起重機(jī)同吊排吊繩力相等的特點(diǎn)，在進(jìn)行吊裝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確模擬二級(jí)平衡梁[6]。在SACS軟件計(jì)算中，桿件六自由度分別為x、y、z、rx、ry和rz，規(guī)定0代表約束，1代表釋放，因此對(duì)旋轉(zhuǎn)軸自由度進(jìn)行釋放即桿件約束選用000001-000000。為保證計(jì)算收斂，對(duì)平衡桿端部加x方向和y方向彈簧(110000)。通過二級(jí)平衡梁模擬方式(見圖2)可準(zhǔn)確模擬平衡梁，保證同吊排吊繩力相等的計(jì)算結(jié)果。

圖2 二級(jí)平衡梁模擬方式

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循如下原則：

(1)根據(jù)門式起重機(jī)及總圖布置合理布局。盡可能將吊繩布置于主梁；為保證更多的設(shè)備隨生產(chǎn)模塊一起吊裝，可在合理位置布置強(qiáng)梁供吊裝使用。

(2)吊點(diǎn)布置盡可能對(duì)稱，吊點(diǎn)間距盡可能大。門式起重機(jī)吊裝質(zhì)量較小，應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化吊點(diǎn)供不同生產(chǎn)模塊選擇，可減少風(fēng)險(xiǎn)、增加效率。

4 吊裝方案

由于9個(gè)生產(chǎn)模塊的質(zhì)量、重心和總體布置明顯不同，因此需要布置9種吊裝方案以滿足吊裝施工。門式起重機(jī)吊裝生產(chǎn)模塊重心分布如圖3所示，其中：標(biāo)記處為生產(chǎn)模塊重心。

圖3 門式起重機(jī)吊裝生產(chǎn)模塊重心分布

門式起重機(jī)吊裝吊點(diǎn)布置方案分為y方向?qū)ΨQ布置和x方向?qū)ΨQ布置，如圖4所示?；诳傮w布置，5號(hào)和12號(hào)生產(chǎn)模塊采用y方向?qū)ΨQ布置，其他生產(chǎn)模塊采用x方向?qū)ΨQ布置。

圖4 門式起重機(jī)吊裝吊點(diǎn)布置方案

門式起重機(jī)吊裝吊繩布置方案分為對(duì)稱繞繩和交叉繞繩，如圖5所示。兩繩長度相差在0.5 m內(nèi)可對(duì)稱繞繩；若存在設(shè)備干涉或吊點(diǎn)適應(yīng)主梁布置問題，則交叉繞繩。5號(hào)和10號(hào)生產(chǎn)模塊采用交叉繞繩布置，其他生產(chǎn)模塊采用對(duì)稱繞繩布置。門式起重機(jī)吊裝模型與模擬結(jié)果如圖6所示。通過2種吊點(diǎn)布置與2種吊繩布置的排列組合，以12根24 m等長吊繩完成9個(gè)生產(chǎn)模塊的吊裝。若在吊裝時(shí)桿件遭到破壞，則桿件顯示紅色。在吊裝系數(shù)為1.5的工況條件下，9個(gè)生產(chǎn)模塊的吊裝均可滿足現(xiàn)場施工。

圖5 門式起重機(jī)吊繩布置方案

圖6 門式起重機(jī)吊裝模型與模擬結(jié)果

5 結(jié) 語

在FPSO上部組塊9個(gè)生產(chǎn)模塊的吊裝設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)吊點(diǎn)布置方案直接決定吊繩長度。在進(jìn)行吊點(diǎn)布置時(shí)，首先應(yīng)考慮對(duì)稱布置，選擇對(duì)稱繞繩；若存在設(shè)備干涉或吊點(diǎn)適應(yīng)主梁布置問題，導(dǎo)致吊點(diǎn)位置不對(duì)稱，則選擇交叉繞繩。2種布置方案均可保證吊繩長度一致，實(shí)現(xiàn)采用1套固定長度的吊繩完成多個(gè)生產(chǎn)模塊吊裝。