章怡圣 張東亮 李君華 楊 翔

(海洋石油工程股份有限公司)

海洋平臺發(fā)電機(jī)組調(diào)平可控液壓頂升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

章怡圣 張東亮 李君華 楊 翔

(海洋石油工程股份有限公司)

針對渤海蓬萊19-3油田二期開發(fā)平臺超大、超重且重心超高的發(fā)電機(jī)組吊裝后造成機(jī)組底座變形、需對機(jī)組進(jìn)行二次調(diào)平的問題,通過對現(xiàn)有稱重系統(tǒng)進(jìn)行改造,設(shè)計(jì)了8組控制回路控制16個頂升點(diǎn)的可控液壓頂升系統(tǒng),并成功地對機(jī)組進(jìn)行了二次調(diào)平作業(yè)。與傳統(tǒng)的手動液壓頂升方式相比,利用可控液壓頂升系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)平,工藝流程連續(xù)、簡捷,就位精度高,對同類工程作業(yè)具有較高的參考價值。

海洋平臺 發(fā)電機(jī)組 設(shè)備調(diào)平 可控液壓頂升系統(tǒng)

隨著海洋平臺技術(shù)的發(fā)展和油田開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,大型設(shè)備越來越多地被用于平臺,在渤海蓬萊19-3油田二期開發(fā)中,由兩臺透平發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電機(jī)組(單臺發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)功率為28.7 MW,重約390 t)坐落在底座基礎(chǔ)上。為保證發(fā)電機(jī)正常投入使用,需要對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行二次調(diào)平作業(yè),更換掉臨時支撐墊塊。對海上平臺如此超大、超重且重心高的設(shè)備進(jìn)行二次調(diào)平作業(yè),目前國內(nèi)尚屬首次。通過對海洋平臺稱重系統(tǒng)進(jìn)行改造,采用可控液壓頂升系統(tǒng),成功地完成了此次海上調(diào)平作業(yè),對同類工程作業(yè)有較高的參考價值。

1 整個發(fā)電機(jī)組調(diào)平的難點(diǎn)

(1)平臺空間狹小 平臺主甲板尺寸約為66 m×32m,發(fā)電機(jī)組安裝后占據(jù)整個甲板約2/3的空間,設(shè)備最高處高約20 m,如果采用大型起重設(shè)備吊裝,一是起吊空間不足,主甲板已無足夠的空間容納大型起重設(shè)備;二是受平臺額定承載能力影響,甲板不允許再放置此類大型設(shè)備,且平臺設(shè)備集中,存在重大安全隱患。

(2)作業(yè)船難以完成二次吊裝作業(yè) “藍(lán)疆號”完成發(fā)電機(jī)組海上初次吊裝作業(yè)后,在進(jìn)行海上二次調(diào)平作業(yè)過程中,因受海上風(fēng)、浪等氣候影響,無法對毫米級調(diào)平要求的設(shè)備在空中進(jìn)行姿態(tài)控制,尤其是在設(shè)備回落過程中,無法保證整個機(jī)組能平穩(wěn)、精確就位,不可避免地會對平臺產(chǎn)生巨大的沖擊,造成平臺底座再次變形,特別是在空間狹小、設(shè)備集中的平臺上,安全性很難保證而且作業(yè)費(fèi)用高。

(3)傳統(tǒng)手動液壓作業(yè)不能滿足要求 利用多人同時操作多臺液壓千斤頂?shù)膫鹘y(tǒng)操作方式很難保證各頂點(diǎn)同步頂升和回落,會造成各頂點(diǎn)承受載荷不均,某些頂點(diǎn)會因承載過大而被破壞,造成設(shè)備發(fā)生偏移或者對平臺產(chǎn)生巨大沖擊。若設(shè)備發(fā)生偏移,還要啟用“藍(lán)疆號”作業(yè)船再次進(jìn)行就位吊裝,這樣海上施工費(fèi)用將會大大增加。

2 可控液壓頂升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 液壓同步頂升設(shè)計(jì)

要保證發(fā)電機(jī)組在提升和回落過程中姿態(tài)平穩(wěn),并能精確就位,傳統(tǒng)手動液壓頂升作業(yè)方式很難做到這一點(diǎn)。

利用現(xiàn)有稱重系統(tǒng)對海洋平臺進(jìn)行重量及重心測量時,需將平臺頂升到某一平衡位置,通過各頂升點(diǎn)所受壓力及各頂升點(diǎn)之間相對位置來計(jì)算平臺的重量及重心位置。要把平臺控制在某一平衡位置,系統(tǒng)只能以“位移”優(yōu)先來控制各頂升點(diǎn)位移。以位移優(yōu)先來控制各頂升點(diǎn)位移量,會導(dǎo)致各頂升點(diǎn)之間所承受的壓力有很大差別,這就對各頂承載能力和基礎(chǔ)承載能力有較高的要求。要避免單點(diǎn)承載過大并保證各頂升點(diǎn)均勻受力,系統(tǒng)要以“壓力”為優(yōu)先來控制各頂升點(diǎn)位移量,將整個機(jī)組提升到一定高度,更換臨時支撐墊塊后平穩(wěn)就位,即可完成調(diào)平工作,也無需將機(jī)組頂升到平衡位置。可控液壓頂升技術(shù)利用中央操作平臺對各頂點(diǎn)集中控制,能把各液壓千斤頂位移和承載精度控制在允許的范圍內(nèi),使整個設(shè)備在提升和回落過程中處于完全可控狀態(tài),從而保證設(shè)備姿態(tài)平穩(wěn)并能精確就位,避免設(shè)備在調(diào)平過程發(fā)生傾斜或偏移。

現(xiàn)有稱重系統(tǒng)僅能提供8組可升降回路,可以對8個點(diǎn)進(jìn)行升降控制。系統(tǒng)通過8組控制回路,分別對8個頂升點(diǎn)進(jìn)行控制。如上所述,如果將受力點(diǎn)從8個分解成16個,那么各點(diǎn)所承受的載荷將會大大降低。現(xiàn)場各頂升點(diǎn)位置布置時,若兩頂升點(diǎn)之間距離過大,可能會引起機(jī)組底座彎曲變形。若用一組控制回路同時控制兩個液壓千斤頂,要考慮兩頂升點(diǎn)位置、油管線長短對油缸內(nèi)油壓產(chǎn)生的影響。系統(tǒng)控制中心將兩個油缸的壓力差設(shè)置在一定的范圍內(nèi),工作時壓力傳感器將檢測到的壓力傳給控制中心,若兩個油缸的壓差超出設(shè)定范圍,控制中心通過控制電磁換向閥關(guān)閉壓力較高的油缸進(jìn)油,另一個油缸保持進(jìn)油,使壓差達(dá)到設(shè)定的范圍。

2.2 液壓千斤頂設(shè)計(jì)

現(xiàn)場千斤頂作業(yè)空間最大高度為140 mm,目前稱重系統(tǒng)自帶的液壓千斤頂?shù)谋倔w高度(380 mm)無法滿足要求,新設(shè)計(jì)的千斤頂本體高度必須滿足現(xiàn)場作業(yè)要求,液壓頂升結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 液壓頂升結(jié)構(gòu)圖

“藍(lán)疆號”在海上對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行吊裝作業(yè)時已造成機(jī)組平臺基礎(chǔ)變形,這給機(jī)組調(diào)平作業(yè)帶來很大的難度和不確定性。受現(xiàn)場頂升作業(yè)空間和液壓千斤頂工作行程的限制,千斤頂設(shè)計(jì)中一是考慮平臺基礎(chǔ)單點(diǎn)承載能力不能過大,過大會產(chǎn)生二次變形;二是單頂額定設(shè)計(jì)承載不能過大,過大對千斤頂加工制造的要求會更高,費(fèi)用會大大增加。鑒于以上兩點(diǎn),控制點(diǎn)數(shù)量和額定設(shè)計(jì)承載是千斤頂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,必須保證各點(diǎn)所承受的重量控制在額定設(shè)計(jì)承載范圍之內(nèi)。液壓千斤頂設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 液壓千斤頂設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 液壓千斤頂布置

從現(xiàn)場各底板相對高度測量數(shù)據(jù)來看,在靠近設(shè)備重心位置平臺基礎(chǔ)已發(fā)生變形,因此在千斤頂布置上要考慮此因素的影響。為保證機(jī)組在提升和下放過程的安全性,靠近設(shè)備重心兩側(cè)布置了10個千斤頂,以便各頂盡可能均勻地受力。液壓千斤頂布置見圖2。

2.4 液壓頂升操作程序

頂升系統(tǒng)的操作流程為頂升準(zhǔn)備、參數(shù)設(shè)置、頂緊操作、系統(tǒng)頂升、到位和調(diào)整、更換墊片、系統(tǒng)下降、到位停機(jī)。整個頂升回落過程連續(xù)、簡捷、周密,系統(tǒng)頂升到位后,對于單點(diǎn)達(dá)不到要求的,也可進(jìn)行手動單獨(dú)控制操作。

圖2 平臺基礎(chǔ)和液壓千斤頂布置示意圖

由于發(fā)電機(jī)組在升降過程中各頂受力復(fù)雜,為確保頂升作業(yè)的安全,頂升過程中必須對各頂所受壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,以確保各頂所承受載荷控制在允許范圍內(nèi)。為控制機(jī)組在提升和下放過程的姿態(tài),保證機(jī)組平穩(wěn)精確就位,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,選取在①、④、⑤和⑧號千斤頂上分別布置1個位移傳感器,對設(shè)備整個姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

本次發(fā)電機(jī)組調(diào)平共進(jìn)行了4次頂升操作,選擇第一次頂升過程中各點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行分析。第一次頂升操作液壓千斤頂行程設(shè)置14.4 mm,位移傳感器初始值置“0”,系統(tǒng)警報(bào)壓力50M Pa,系統(tǒng)8組控制回路中,選擇用兩個液壓千斤頂并聯(lián)共用一個回路,系統(tǒng)分別對兩點(diǎn)進(jìn)行控制,頂升系統(tǒng)第一次頂升操作液壓千斤頂實(shí)測數(shù)據(jù)見表2。

表2 頂升系統(tǒng)第一次頂升操作液壓千斤頂實(shí)測數(shù)據(jù)

從表2可以看出,最大承載點(diǎn)是○16號頂(39.8 M Pa,fman=32.1 t),與理論上計(jì)算出的最大承載點(diǎn)不一致,這是因?yàn)槔碚撚?jì)算值是在假設(shè)各頂升點(diǎn)在同一水平面上且各頂升點(diǎn)之間距離很小的情況下得出的,而現(xiàn)場實(shí)際頂升點(diǎn)的位置發(fā)生了變化,各頂升點(diǎn)所受的力也更為復(fù)雜。因此,系統(tǒng)必須控制各點(diǎn)所承受的重量不超過額定設(shè)計(jì)承載。

通過對各點(diǎn)所受壓力進(jìn)行計(jì)算,整個機(jī)組重量為421 t,超出理論重量(390 t)8%。表1中單點(diǎn)最大計(jì)算承載是在機(jī)組底座未發(fā)生變形且各支撐點(diǎn)在同一水平面上所計(jì)算出來的最大理論計(jì)算值,沒有考慮機(jī)組臨時支撐支架重量的影響。若按實(shí)際重量計(jì)算,單點(diǎn)最大計(jì)算承載為31.1 t,和實(shí)際單點(diǎn)最大承載非常接近。在整個機(jī)組升降過程中,設(shè)備姿態(tài)平穩(wěn),四點(diǎn)同步位移誤差均控制在1 mm內(nèi),重心兩側(cè)各點(diǎn)受力比較均勻。

此次作業(yè)實(shí)際結(jié)果與理論估算結(jié)果整體上比較吻合。由于各支撐點(diǎn)受力復(fù)雜,從經(jīng)濟(jì)性上和海上施工的安全性上考慮,合理的安全系數(shù)以及額定設(shè)計(jì)載荷的選擇是十分重要的。

3 可控液壓頂升系統(tǒng)與傳統(tǒng)手動液壓頂升方式的比較

與傳統(tǒng)的手動頂升方式相比,可控液壓頂升系統(tǒng)的工藝流程連續(xù)、簡捷、周密、精度高。在系統(tǒng)頂升、回落過程中,能使設(shè)備重心基本保持不變,這樣就消除了整個機(jī)組在調(diào)平過程發(fā)生偏移傾覆的危險(xiǎn)?？煽匾簤喉斏到y(tǒng)與傳統(tǒng)手動液壓頂升方式效果對比見表3。

表3 可控液壓頂升系統(tǒng)與傳統(tǒng)頂升系統(tǒng)效果對比

另外,當(dāng)手動液壓頂升作業(yè)操作不當(dāng)導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生滑落時,將會再次動員“藍(lán)疆號”完成海上吊裝作業(yè),因此從安全及費(fèi)用上來看,與傳統(tǒng)頂升作業(yè)方式相比,采用可控液壓頂升系統(tǒng)優(yōu)勢明顯,特別是在空間狹小、人員集中的海上平臺上作業(yè)。

4 結(jié)束語

隨著海洋平臺技術(shù)的發(fā)展和油田開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,大型設(shè)備會越來越多地用于平臺,傳統(tǒng)整體吊裝作業(yè)對起重作業(yè)船要求較高,項(xiàng)目投資也較大,采用可控液壓同步頂升技術(shù)對平臺大型設(shè)備進(jìn)行調(diào)平作業(yè),是一種既經(jīng)濟(jì)又快捷的方法。

(編輯:葉秋敏)

Design and application of controllable hydraulic jacking system for genera tor package leveling on offshore platform

Zhang Yisheng Zhang Dongliang Li Junhua Yang Xiang
(China Offshore Oil Engineering Co. Ltd.,Tianjin,300452)

During the phase II development of PL19-3 oil field in Bohai Sea,the base of turbine generator package deform ed after lifting it integrally onto the platform due to its overlarge size,overweight and over high center of gravity,sore-leveling the package is needed on the platform.Through modifying the current weighing system,we designed acontrollable hydraulic jacking system with eight group s of control loop s to control sixteen hydraulic jacks,which was used successfully for the re-leveling operation.Com pared with the traditional manual hydraulic jacking method,the controllable hydraulic jacking system is characterized with continuous and simple technical process as well as high positioning precision,so it has high reference value to the similar projects later.

offshore platform;turbine generator;equipment leveling;controllable hydraulic jacking system

章怡圣,男,高級工程師,主要從事海洋平臺生產(chǎn)裝置的聯(lián)接調(diào)試。地址:天津市塘沽區(qū)閘北路3號536信箱(郵編: 300452)。E-mail:zhangys@m ail.cooec.com.cn。

2008-10-23 改回日期:2009-03-02