FPSO外飄式外轉(zhuǎn)塔改裝技術(shù)研究

鄭克雄

(大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧 大連 116113)

某浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置 (FPSO)改裝前是一艘服役超過20年的超大型油船(VLCC)，本次改裝主要對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)換新改裝，增加艏部外轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)(TMS)、直升機(jī)平臺、獨立生活區(qū)以及甲板上相關(guān)功能模塊等。按轉(zhuǎn)塔所處位置的差異，轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)可分為外轉(zhuǎn)塔式和內(nèi)轉(zhuǎn)塔式[1]，本文闡述的項目為外轉(zhuǎn)塔式。

我公司在FPSO改裝方面經(jīng)驗豐富，但對于外飄式外轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)的建造及整合是首次承建，同時這次改裝工作是國內(nèi)最大的外轉(zhuǎn)塔改裝工程，其技術(shù)及建造難度可想而知。攻克其技術(shù)難關(guān)及精度控制難題勢在必行，同時也為現(xiàn)場項目順利施工創(chuàng)造便利條件。

1 項目面對的問題及難點分析

1.1 項目改裝背景

1)改裝母船為一艘30萬噸級的VLCC，船長320 m，寬58 m，型深27 m，其艏部從FR110向前均需切除，質(zhì)量約770 t，艏部結(jié)構(gòu)改裝范圍示意圖如圖1所示。圖1中，區(qū)域①陰影為需切除的球鼻艏區(qū)域；區(qū)域②為原船保留結(jié)構(gòu)；區(qū)域③為增設(shè)的外轉(zhuǎn)塔支撐結(jié)構(gòu)(TSS)，質(zhì)量約2 600 t，且部分區(qū)域為新老結(jié)構(gòu)錯位連接。船東供貨的TMS通過大型浮吊進(jìn)行吊裝合龍，外轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)包括外轉(zhuǎn)塔(THS，質(zhì)量約2 650 t)和轉(zhuǎn)塔維護(hù)平臺(SAS，質(zhì)量約1 200 t)2部分。

圖1 艏部結(jié)構(gòu)改裝范圍示意圖

1.2 改裝范圍及難點

1)依據(jù)改裝工作范圍，需解決以下難題。

(1)原船結(jié)構(gòu)的切除。從項目控制成本角度，項目組要求盡可能發(fā)揮我公司碼頭50 t岸吊數(shù)量多的優(yōu)勢，提高原結(jié)構(gòu)切除效率，為縮短項目整體工期創(chuàng)造有利條件。

(2)原船外板艏部區(qū)域為雙曲線型，而新制TSS為錐狀的立體結(jié)構(gòu)，其對接相貫線復(fù)雜、曲折，對接難度極高。同時船東無法準(zhǔn)確提供原船線型數(shù)據(jù)，而且運(yùn)營超過20年的船舶，其結(jié)構(gòu)變形狀態(tài)也是未知數(shù)。

2)新增改裝結(jié)構(gòu)難點。

(1)TSS建造及TMS整合的對接精度控制是本項目的重點和難點。精度控制包括3部分：①TSS本身的建造及合龍；②TSS與TMS模塊之間的整合口；③SAS的4根支腿與外轉(zhuǎn)塔上4個基座之間的對接，尤其是SAS的4個基座跨TSS和THS 2部分，精度控制難度更進(jìn)一層。

(2)TMS包括THS及SAS兩部分，其中THS是目前國內(nèi)改裝的最大質(zhì)量外轉(zhuǎn)塔，超大型模塊吊裝方案設(shè)計也是本項目的設(shè)計難點之一。

2 解決方案

2.1 舊結(jié)構(gòu)切除技術(shù)方案

本項目母船艏部切除質(zhì)量近800 t，為達(dá)到提高碼頭施工效率及減少塢期占用的目的，精細(xì)化切除方案設(shè)計是唯一途徑。

1)首次對切除的舊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段劃分，并設(shè)計吊裝方案，滿足碼頭吊車的吊裝要求。母船結(jié)構(gòu)圖僅有掃描圖紙，無法進(jìn)行編輯，技術(shù)人員通過對原圖紙數(shù)據(jù)編輯加工并進(jìn)行三維建模，準(zhǔn)確繪制了結(jié)構(gòu)圖紙；并依據(jù)三維模型提取質(zhì)量質(zhì)心，為保障吊裝的安全性和高效性提供了有力的技術(shù)支持。整個艏部區(qū)域共劃分成65個小分段進(jìn)行拆除，最大分段質(zhì)量約30 t。

2)對切除范圍進(jìn)行劃分。通過對船舶碼頭系泊浮態(tài)進(jìn)行計算，評估船艏吃水?dāng)?shù)據(jù)，確定碼頭系泊階段及塢內(nèi)切除范圍。碼頭階段通過岸吊吊裝，水線下部分則在進(jìn)塢時切除。

2.2 新增TSS的建造工藝方案

1)新增結(jié)構(gòu)的分段劃分。新增的TSS總質(zhì)量達(dá)2 600 t，依據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙及建造吊裝策劃，將TSS劃分為42個分段建造，合并為3個總段進(jìn)行吊裝合龍。

2)TSS結(jié)構(gòu)3個總段模型圖如圖2所示(部分結(jié)構(gòu)為合龍散裝)。

圖2 TSS結(jié)構(gòu)3個總段模型圖

其中，下總段包含4個分段，以8520平臺為基面反組，總組完成翻身后通過420 t平板車對接合龍，開創(chuàng)了總段合龍新工法的先河。中總段包含19個分段，其中10分段正態(tài)預(yù)組為整體總段，因斷面為臺階狀，其他9個分段單獨上船合龍，并通過浮吊進(jìn)行吊裝，中總段浮吊合龍如圖3所示。為保證合龍順利實施，技術(shù)人員依據(jù)各專業(yè)三維模型數(shù)據(jù)及項目計劃安排，編制三維模型合龍干涉檢查報告，為現(xiàn)場干涉檢查提供技術(shù)支持。上總段包含19個分段，其中18個分段正態(tài)預(yù)組為整體總段，1個分段單獨上船合龍，總段浮吊合龍。為提高施工效率及安全性，大合龍口處的施工腳手架及安全護(hù)欄均在總段建造階段完成，減少浮態(tài)施工量。

圖3 中總段浮吊合龍

2.3 新增TSS及外轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)整合精度控制方案

本項目的外轉(zhuǎn)塔為外飄式結(jié)構(gòu)，對接面相貫線為雙曲面與立體面的對接，形狀復(fù)雜、曲折，精度控制對本項目至關(guān)重要[2]。為獲取對接面準(zhǔn)確型值數(shù)據(jù)，現(xiàn)場精度控制人員通過全站儀測量關(guān)鍵位置的實際型值數(shù)據(jù)，并反饋給技術(shù)部門，對圖紙設(shè)計的理論值進(jìn)行修正，以保證改裝圖紙與船舶實際數(shù)值相吻合。外轉(zhuǎn)塔建造及合龍精度控制方案如下。

1)設(shè)立基準(zhǔn)線。對于TSS分段的建造和合龍，設(shè)置基準(zhǔn)線是必要的。其中分段的劃線精度為±2 mm，總段的劃線精度為±4 mm。

2)分段建造階段的精度控制。①基于基準(zhǔn)線標(biāo)記和測量分段建造的精度；②分段完工后，應(yīng)將肋位檢查線、中心線、縱向檢查線標(biāo)記完成；③分段精度控制表格完成后送審船東、船檢。

3)分段/總段合龍階段的精度控制。①測量分段/總段中心線偏差；②測量分段/總段肋位線偏差；③測量分段/總段縱向線偏差；④測量分段/總段水平偏差；⑤測量分段/總段之間的間隙值；⑥測量分段/總段結(jié)構(gòu)對位的偏差；⑦分/總段精度控制表完成后送審船東、船檢。

4)TSS與THS系統(tǒng)整合階段的精度控制。①設(shè)置長度方向基準(zhǔn)線：FR153+300(SAS基座中心位置)； ②設(shè)置寬度方向基準(zhǔn)線：中心線；③設(shè)置高度方向基準(zhǔn)線：距基線44 000 mm；④整合雙方需滿足統(tǒng)一的公差要求。

5)引入模塊整合對接口第三方數(shù)據(jù)評估機(jī)制。①為避免對接數(shù)據(jù)主觀測量偏差，引入第三方評估機(jī)制；②船廠及外轉(zhuǎn)塔供貨方將精度測量數(shù)據(jù)提供第三方評估；③第三方對雙方提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行評估和復(fù)核，并確定對接端面的余量切割數(shù)據(jù)。

2.4 超重型THS模塊吊裝方案的優(yōu)化設(shè)計

項目設(shè)計之初，依據(jù)船東在國外改裝船廠經(jīng)驗判斷，吊裝本項目THS模塊(總質(zhì)量約3 350 t，其中模塊質(zhì)量2 650 t、索具質(zhì)量700 t)時，需考慮租用5 000 t起重能力的浮吊。通常此級別的浮吊僅派遣費(fèi)(不含吊裝費(fèi)用)就能達(dá)到500萬元以上，無論對船東或船廠，僅此一項費(fèi)用就給項目成本控制帶來極大的挑戰(zhàn)。雖然這部分費(fèi)用按合同規(guī)定為船東支付，但本著對項目負(fù)責(zé)的態(tài)度，和船東及設(shè)計公司一起對模塊的吊裝方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。為滿足吊裝要求，需從2個方面考慮：減輕模塊質(zhì)量和提高吊車起重能力[3]。

1)依據(jù)設(shè)計公司提供的初步圖紙及重控報告，設(shè)計初步吊裝方案供設(shè)計公司參考。設(shè)計公司參考我們的吊裝方案，盡量從設(shè)計維度降低模塊整體質(zhì)量及偏心量，從而提高吊車起重能力。表1為THS模塊質(zhì)量質(zhì)心控制表。

表1 THS模塊質(zhì)量質(zhì)心控制表

表1中，LCG為質(zhì)心的縱向位置，TCG為質(zhì)心的橫向位置，VCG為質(zhì)心的垂向位置。從表1可以看出，通過設(shè)計優(yōu)化減輕模塊質(zhì)量約210 t。

2)除減輕模塊本身質(zhì)量，我們還需從提供吊車能力上下功夫。我公司常用吊車資源為3 600 t海吊，其自帶吊排質(zhì)量約320 t，實際吊裝能力約3 280 t。通過對模塊吊點分布狀態(tài)研究，決定用“井”字型雙層吊桿代替原吊車自帶吊排[4]，以減輕吊索具質(zhì)量。井字型吊桿布置如圖4所示，具體見虛線圈定的范圍。最終確定吊裝方案吊索具質(zhì)量約600 t，比最初方案減輕100 t。

圖4 井字型吊桿布置

通過以上措施，最終將模塊整體質(zhì)量控制在3 100 t以內(nèi)(2 440 t+600 t=3 040 t)，成功實現(xiàn)了用3 600 t浮吊代替5 000 t浮吊的外轉(zhuǎn)塔模塊吊裝方案設(shè)計。

3 結(jié)束語

本項目外轉(zhuǎn)塔改裝方案的設(shè)計與實施，填補(bǔ)了國內(nèi)無超大型FPSO外轉(zhuǎn)塔建造和改裝的空白，尤其是雙曲外板與錐狀外轉(zhuǎn)塔支撐結(jié)構(gòu)的光順對接、浮吊降級替代的模塊海吊方案設(shè)計，贏得船東的高度評價，進(jìn)一步鞏固了我公司在FPSO改裝市場的技術(shù)優(yōu)勢。