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(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)作為深水浮式平臺(tái)的一種典型型式，集生產(chǎn)、儲(chǔ)油、外輸?shù)榷喙δ苡谝惑w，具有易搬遷、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，被稱(chēng)為“流動(dòng)的生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)”。同時(shí)，圓筒形FPSO具有較強(qiáng)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(guó)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(chē)間分片預(yù)制、分段建造、船塢合龍的方式完成。該FPSO船體總計(jì)分成94個(gè)分段，共計(jì)4層，其中底層由29個(gè)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(duì)底層分段在船塢內(nèi)的合龍方式進(jìn)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(nèi)合龍時(shí)，主要通過(guò)位置和姿態(tài)的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)分段的準(zhǔn)確定位。在傳統(tǒng)分段合龍方案中，往往采取不同的設(shè)備，船體分段的空間位置和姿態(tài)的調(diào)整方法也不相同。在確定合龍方案時(shí)，應(yīng)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(mén)吊吊裝合龍

由于合龍分段重量都在百?lài)嵰陨希诖瑝]內(nèi)搭載合龍底層分段，采用門(mén)式起重機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)“龍門(mén)吊”)吊裝。龍門(mén)吊吊起的船體分段受到海邊強(qiáng)勁風(fēng)力的影響，會(huì)隨之左右晃動(dòng)，且分段對(duì)接處空間狹小，合龍方式定位不準(zhǔn)確，易造成分段合龍口的錯(cuò)位，精度不易控制，影響對(duì)接的質(zhì)量和效率。對(duì)接工作需反復(fù)微調(diào)，將長(zhǎng)時(shí)間占用起重設(shè)備，延長(zhǎng)造船合龍的工期[4]。

1.2 滑移合龍

在分段滑移合龍時(shí)采用滑移小車(chē)沿著固定的軌道向著基準(zhǔn)分段運(yùn)動(dòng)[5]，上面安裝頂升液壓油缸，可進(jìn)行高度調(diào)整，此種方式一般較多使用于長(zhǎng)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(gè)扇形分段，成三角形合龍狀態(tài)。在分段滑移合龍時(shí)只能朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)四角的分開(kāi)移動(dòng)，且在移動(dòng)過(guò)程中底部整體起升和下降，與之對(duì)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(chǎn)生對(duì)接錯(cuò)位現(xiàn)象。

根據(jù)上述分析，傳統(tǒng)合龍方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)圓筒形FPSO分段整體合龍的精確對(duì)接以及3個(gè)方向的位置調(diào)整，較難一次性地完成對(duì)接任務(wù)，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(duì)圓筒形FPSO底層分段合龍方案進(jìn)行優(yōu)化，以快速地實(shí)現(xiàn)分段合龍的精確對(duì)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(duì)接精度要求，降低起重機(jī)使用時(shí)間，在分段搭載合龍中采用三維調(diào)整機(jī)的合龍對(duì)接調(diào)整方式，實(shí)現(xiàn)縱向、橫向和豎向等3個(gè)維度的調(diào)整，以確保各分段的平穩(wěn)對(duì)接和精確合龍，縮短圓筒形FPSO在船塢內(nèi)的合龍周期，提高船體建造質(zhì)量。

2.1 三維調(diào)整機(jī)基本組成

三維調(diào)整機(jī)主要由頂升液壓缸、伸縮液壓缸、機(jī)械鎖緊螺母、鞍座、行走控制手柄、摩擦副、前驅(qū)動(dòng)輪、叉車(chē)槽、線(xiàn)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(diào)整機(jī)結(jié)構(gòu)示例

2.2 三維調(diào)整機(jī)基本原理

以圓筒形FPSO分段合龍中使用的三維調(diào)整機(jī)為例，單臺(tái)設(shè)備承載能力為200～300 t，垂直方向調(diào)整范圍為0～250 mm，水平方向調(diào)整范圍為0～150 mm。行走輪升降機(jī)構(gòu)采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，起升后離地面高度可達(dá)50 mm，水平伸縮液壓缸和垂直頂升液壓缸可使分段在3個(gè)維度、6個(gè)方向精確調(diào)整,頂升液壓缸設(shè)置有機(jī)械鎖緊螺母和升降閥組，可確保在分段調(diào)整結(jié)束后高度方向不動(dòng)、重載下降平穩(wěn)、頂升停頓時(shí)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(kuò)大底盤(pán)，能對(duì)船體分段不平整狀況進(jìn)行調(diào)整。線(xiàn)控手柄按鈕盒可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備操作，也可通過(guò)聯(lián)動(dòng)控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)集中操作，實(shí)現(xiàn)同步頂升、移動(dòng)和三維調(diào)整定位，多臺(tái)頂升聯(lián)動(dòng)同步誤差在2 mm以?xún)?nèi)。主頂升液壓缸設(shè)置壓力傳感器，可在同步控制器上顯示每臺(tái)設(shè)備的承載噸位和總噸位，避免超載。

2.3 分段精度測(cè)量及搭載模擬

一般情況下，在進(jìn)行分段合龍作業(yè)時(shí)，先將基準(zhǔn)分段吊裝于船塢塢墩上進(jìn)行定位，再吊裝后續(xù)分段，通過(guò)全站儀監(jiān)控后續(xù)分段與基準(zhǔn)分段之間的相對(duì)位置關(guān)系。由于各個(gè)分段外板在合龍成整體時(shí)存在一定的變形，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位現(xiàn)象，因此需要提前對(duì)合龍分段進(jìn)行精度測(cè)量和搭載模擬，合龍時(shí)裕量切割后借助三維調(diào)整機(jī)進(jìn)行分段的二次調(diào)整，完成分段的精確對(duì)接。圖3所示為對(duì)126A、126B分段合龍進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)和搭載模擬分析。

圖3 126A、126B分段合龍示例

具體過(guò)程如下：

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

(2) 根據(jù)選取的理論測(cè)量點(diǎn)，標(biāo)識(shí)三維坐標(biāo)點(diǎn)(x，y，z)，并在分段上貼上移動(dòng)標(biāo)靶，采用全站儀進(jìn)行各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的采集，存儲(chǔ)在手持測(cè)量?jī)x內(nèi)。

(3) 將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入ECO-BLOCK精度測(cè)量軟件中[7]，對(duì)分段測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，如圖4和圖5所示，顯示出x、y、z相對(duì)于理論坐標(biāo)的誤差量。

圖4 126A分段精度測(cè)量點(diǎn)示例

圖5 126B分段精度測(cè)量點(diǎn)示例

(4) 將分段測(cè)量數(shù)據(jù)與搭載環(huán)境數(shù)據(jù)導(dǎo)入ECO-OTS進(jìn)行數(shù)據(jù)搭載模擬，系統(tǒng)自動(dòng)就搭載對(duì)齊點(diǎn)進(jìn)行搭載偏差分析，計(jì)算2個(gè)分段存在的坐標(biāo)偏差，如表1所示。

表1 搭載模擬坐標(biāo)及偏差 mm

續(xù)表1 搭載模擬坐標(biāo)及偏差 mm

2.4 三維調(diào)整機(jī)布置及分段合龍調(diào)整

將三維調(diào)整機(jī)布置于船塢塢底，4臺(tái)為1組，可頂升分段進(jìn)行三維方向的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)126A、126B及相鄰分段的平穩(wěn)對(duì)接。

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

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

圖6 三維調(diào)整機(jī)布置示例

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

(4) 分析兩分段搭載模擬數(shù)據(jù)可知，x方向偏差最大為48.9 mm，由于126B分段與其他分段對(duì)接的位置預(yù)留50 mm裕量，沿x方向?qū)?26B分段偏差量切除并修正[8]。

(5) 將三維調(diào)整機(jī)預(yù)頂升，同時(shí)檢查受力狀態(tài)，保證每個(gè)三維調(diào)整機(jī)受力均勻。

(6) 4臺(tái)三維調(diào)整機(jī)同時(shí)頂升，使最低點(diǎn)脫離塢墩約5 mm，在頂升過(guò)程中不可超過(guò)許用受力值(見(jiàn)表2)，調(diào)整分段至合龍位置，使其相對(duì)于基準(zhǔn)分段準(zhǔn)確對(duì)接到位，旋緊機(jī)械鎖緊螺母，在移動(dòng)過(guò)程中采用全站儀監(jiān)控分段是否到位。

表2 4臺(tái)三維調(diào)整機(jī)受力情況

(7) 調(diào)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(diào)整機(jī)，完成分段的最終合龍精確對(duì)接。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)分段合龍方案的分析、優(yōu)化，采用ECO-BLOCK軟件和全站儀對(duì)分段進(jìn)行精度測(cè)量和搭載模擬，可提前預(yù)知對(duì)接分段間的偏差，并借助三維調(diào)整機(jī)進(jìn)行3個(gè)方向上的二次調(diào)整，有效地保證分段之間合龍的對(duì)接精度，提高了安裝效率，降低了起重機(jī)占用時(shí)間。此三維調(diào)整機(jī)的使用可為其他同類(lèi)船體分段合龍對(duì)接起到借鑒作用，具有良好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。