劉 超， 李 挺， 鹿勝楠， 于嘉驥

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

荔灣3-1CEP關(guān)鍵建造技術(shù)研究

劉 超， 李 挺， 鹿勝楠， 于嘉驥

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

荔灣3-1CEP作為世界最大的海洋平臺(tái)之一，設(shè)計(jì)總重量超過(guò)3.2萬(wàn)噸，包括2.8萬(wàn)噸的上部組塊和0.4萬(wàn)噸的DSF，平面最大尺寸為110 m×77 m，平臺(tái)重量和尺寸給建造帶來(lái)巨大難題。該文針對(duì)荔灣3-1CEP建造創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行研究，在高位建造及荷載轉(zhuǎn)移、MRU提升滑移、模塊化建造、超大型火炬臂建造安裝等關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行研究，取得了一定的技術(shù)積累，為后續(xù)項(xiàng)目研究提供了經(jīng)驗(yàn)。

超大型組塊；荷載轉(zhuǎn)移；提升滑移；模塊化建造；火炬臂安裝

0 引言

荔灣3-1CEP組塊作為國(guó)際上最大的組塊之一，其設(shè)計(jì)重量3.2萬(wàn)噸，包括2.8萬(wàn)噸的上部組塊和0.4萬(wàn)噸DSF，平面尺寸107 m×77 m，組塊與DSF之間的連接設(shè)置有彈性緩沖裝置DSU，荔灣組塊及DSU示意圖如圖1所示。

該文以荔灣3-1CEP組塊的實(shí)際建造為例，從上部組塊高位建造及荷載、MRU提升滑移安裝、模塊化建造、超大型火炬臂建造安裝等方面詳細(xì)介紹超大型組塊建造的關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 荔灣組塊及DSU示意圖

1 高位建造及荷載轉(zhuǎn)移

荔灣3-1組塊與DSF之間有DSU，DSU具有彈性緩沖作用，是組塊浮托安裝所必需的構(gòu)件。DSU內(nèi)部為特制橡膠，受壓有效期90天，所以上部組塊與DSF需要分開(kāi)建造，建造完成后將DSF拖拉至組塊下方，然后完成組塊與DSF的對(duì)接。這種建造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 可以保證DSU的受壓有效期；(2) 分開(kāi)同時(shí)建造可以縮短建造工期。但這種建造方式的難點(diǎn)在于如何完成組塊與DSF的對(duì)接，將組塊的重量荷載轉(zhuǎn)移至DSF，組塊重量達(dá)到2.8萬(wàn)噸，在空間中移動(dòng)重量巨大的結(jié)構(gòu)物成為制約組塊建造成功的關(guān)鍵因素。

1.1 常規(guī)荷載轉(zhuǎn)移

常規(guī)荷載轉(zhuǎn)移的做法是組塊在前端低位建造，建造時(shí)僅預(yù)留出頂升設(shè)備的安裝空間，此時(shí)組塊的建造高度相對(duì)較低(稱為低位建造)，待組塊與DSF建造完成之后，安裝頂升設(shè)備將組塊頂升，再將裝有DSU的DSF運(yùn)輸至組塊的下端就位，組塊下放至DSF上，將組塊重量荷載由臨時(shí)支撐轉(zhuǎn)移至DSF，完成組塊與DSF的對(duì)接。組塊頂升工作一般由國(guó)際上較為知名的專業(yè)公司完成，有MAMMOET公司的連續(xù)頂升設(shè)備(如圖2所示)和ALE公司的整體頂升設(shè)備(如圖3所示)。此種方法能夠較好的完成超大型組塊的荷載轉(zhuǎn)移，組塊的建造高度較低，相對(duì)建造效率較高，缺點(diǎn)是費(fèi)用較高。由于項(xiàng)目巨大，建造難點(diǎn)多，一旦項(xiàng)目工期出現(xiàn)問(wèn)題，分包費(fèi)用可能成倍增加，且較為依賴頂升設(shè)備的穩(wěn)定性，存在較大頂升風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 MAMMOET公司的連續(xù)頂升 圖3 ALE公司的整體頂升

1.2 荔灣組塊的荷載轉(zhuǎn)移

荔灣組塊采用高位建造的方法，在國(guó)際通用做法的基礎(chǔ)上，將組塊加高建造，建造高度比最終與DSF對(duì)接高度高出510 mm，省掉組塊頂升的步驟，待組塊與DSF建造完成之后，拆除臨時(shí)支撐，將DSF拖拉至組塊下端就位，然后利用千斤頂將組塊下放至DSF上。為實(shí)現(xiàn)千斤頂下放組塊的目標(biāo)，專門設(shè)計(jì)了一個(gè)可以循環(huán)下放的工裝，實(shí)現(xiàn)了行程為150 mm的千斤頂將組塊下放510 mm。荷載轉(zhuǎn)移完成后，再將立柱支撐拆除，最終完成組塊與DSF的整體建造。組塊及DSF的位置初始建造高度如圖4所示。

1.2.1 工裝設(shè)計(jì)及校核

由于千斤頂?shù)男谐讨挥?50 mm，不能一次將組塊下放510 mm，需要設(shè)計(jì)能夠下放組塊的專門工裝，使之滿足組塊下放距離的要求。設(shè)計(jì)的工裝結(jié)構(gòu)主要為一根箱型梁，箱型梁的兩端下方放置墊板，中間放置墊圈，箱型梁中間的上端裝置接長(zhǎng)立柱，與組塊的主立柱相連接，通過(guò)操作千斤頂循環(huán)拆除墊圈和墊板的方法實(shí)現(xiàn)組塊整體高度的下降。墊圈及墊板的厚度均為50 mm，共設(shè)置13層墊板和墊圈，總的加高高度為50 mm，滿足組塊下放的空間需求。單個(gè)循環(huán)的操作如圖5所示。

圖4 荔灣組塊和DSF場(chǎng)地布置及初始建造高度

圖5 工裝單個(gè)循環(huán)

為保證千斤頂受力均勻，根據(jù)支反力的情況進(jìn)行千斤頂布置，再根據(jù)千斤頂布置情況校核工裝的結(jié)構(gòu)。由于千斤頂工作時(shí)動(dòng)作較慢，工程可簡(jiǎn)化為靜力計(jì)算，為保證安全，對(duì)在千斤頂位置施加的力為1.5倍支反力進(jìn)行校核。結(jié)果顯示強(qiáng)度滿足要求，如圖6所示。

圖6 工裝設(shè)計(jì)及校核

1.2.2 地基承載力校核

由于組塊重量巨大，荷載轉(zhuǎn)移時(shí)需要進(jìn)行地基承載力校核，校核分組塊建造及荷載轉(zhuǎn)移2種工況，組塊放置在滑道上進(jìn)行建造，滑道為樁基式無(wú)梁大板結(jié)構(gòu)。根據(jù)滑道形式，采用Robot有限元進(jìn)行校核，整體結(jié)果滿足要求，如圖7所示。

圖7 地基承載力校核

1.2.3 實(shí)際建造

2.2.1 氣缸套安裝位置不當(dāng)。如果柴油機(jī)的止口平面上存在雜物，或者是機(jī)體支承凸肩承孔清理不當(dāng)，導(dǎo)致氣缸套的安裝不到底，或者是在安裝氣缸套時(shí)未使用專用的工具，對(duì)氣缸套采取不合理的敲擊而強(qiáng)行壓緊；氣缸套的螺栓在扭緊時(shí)，導(dǎo)致力矩過(guò)大或者不均勻，氣缸蓋壓緊力無(wú)法達(dá)到要求；由于加工不合格，導(dǎo)致氣缸套凸出的距離過(guò)大；氣缸套墊片薄厚不均勻，墊片的質(zhì)量不合格，進(jìn)而導(dǎo)致氣缸套的凸肩斷裂［2］。

荔灣3-1組塊在公司5#滑道前端建造，DSF在組塊后端建造，如圖8所示。建造完成后，將DSF牽引至組塊下端就位，如圖9所示，利用40 000 t精確稱重系統(tǒng)對(duì)組塊進(jìn)行荷載轉(zhuǎn)移，整個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程安全、平穩(wěn)。最終共抽出11層墊圈和11層墊板，將組塊下放510 mm，組塊與DSF順利對(duì)接，成功完成組塊的荷載轉(zhuǎn)移。

圖8 組塊與DSF分開(kāi)建造 圖9 DSF牽引至組塊底端

2 提升滑移

MRU位于組塊頂層甲板EL.(+)41 000上，組塊頂層甲板離地高度37.74 m，采用1 600 t的吊機(jī)不能將其安裝就位，因此利用塔架提升滑移的方式進(jìn)行整體安裝，此方法能夠提高海洋工程模塊化建造的水平。其主要操作步驟如下：

(1) 采用SPMT卸船運(yùn)輸MRU模塊，其尺寸為21 m×21 m×23 m，重量為870 t。

(2) 采用塔架與組塊頂層安裝提升牛腿相配合的方法提升MRU模塊。組塊外側(cè)提升吊點(diǎn)為2 副2.4 m塔架，如圖10所示，內(nèi)側(cè)的提升吊點(diǎn)位于組塊頂層甲板上。

圖10 提升塔架

(3) 采用拉力千斤頂提升MRU模塊，提升速度約4 m/h，提升高度約38 m。

(4) 采用拉力千斤頂橫向拖拉MRU模塊，速度約6 m/h ～8 m/h，在組塊頂層甲板的滑移距離35m。利用槽鋼作為拖拉軌道，在軌道上鋪設(shè)不銹鋼板，并在其支撐點(diǎn)安裝MEG板，能夠極大的減小摩擦力。

(5) 采用千斤頂將MRU頂起，拆除拖拉滑道。

(6) 完成MRU與組塊的焊接固定。

3 模塊化建造

圖11 模塊化建造流程

(1) 在設(shè)計(jì)階段明確建造方法，并根據(jù)建造方法編制總體計(jì)劃，做出總體建造方案，并不斷細(xì)化和調(diào)整總體建造方案。

(2) 建造方與設(shè)計(jì)方共同細(xì)化每一分段的建造方法，建造方最大限度地影響詳細(xì)設(shè)計(jì)，使詳細(xì)設(shè)計(jì)更加符合建造方場(chǎng)地的實(shí)際情況。

(3) 詳細(xì)設(shè)計(jì)按照建造方法里的建造順序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(4) 建造方法作為建造項(xiàng)目執(zhí)行的依據(jù)，所有的建造流程都要納入項(xiàng)目管理，要求項(xiàng)目管理內(nèi)容更加精細(xì) ，并且各流程之間的制約關(guān)系需要體現(xiàn)。

(5) 項(xiàng)目管理的施工計(jì)劃需要綜合考慮各專業(yè)提前安裝在甲板片上的小型結(jié)構(gòu)件的預(yù)制、安裝以及設(shè)備安裝作業(yè)項(xiàng)。

(6) 項(xiàng)目管理的采辦計(jì)劃需要綜合考慮大型設(shè)備采辦、到貨及設(shè)備資料提供時(shí)間作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制。

模塊化建造方法貫穿于整個(gè)荔灣3-1CEP項(xiàng)目，極大的節(jié)省了項(xiàng)目工期及費(fèi)用，并提高了施工的質(zhì)量。與非模塊化建造工藝對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 模塊化建造對(duì)比

4 超大型火炬臂建造安裝

荔灣組塊火炬臂的重量和尺寸均超過(guò)常規(guī)，重量達(dá)到492 t，長(zhǎng)度達(dá)到110 m，結(jié)構(gòu)桿件最大管徑914 mm ×32 mm，工作量相當(dāng)于一個(gè)小型導(dǎo)管架，是國(guó)內(nèi)迄今為止最大的火炬臂，安裝后最高點(diǎn)離地面達(dá)100 m。

4.1 分段建造

對(duì)火炬臂進(jìn)行初分段，根據(jù)火炬臂的初分段進(jìn)行吊裝和運(yùn)輸校核。如果校核結(jié)果不滿足規(guī)范要求，需要調(diào)整火炬臂的分段，荔灣組塊的火炬臂分為3段預(yù)制，分段預(yù)制完成后，火炬臂的三個(gè)分段信息如圖12所示。

圖12 火炬臂分段

4.2 尺寸控制

對(duì)于火炬臂的尺寸控制主要分兩個(gè)方面：(1) 分段建造精度的尺寸控制；(2) 就位精度的尺寸控制。

(1) 分段建造精度尺寸控制

為保證整體建造的火炬臂能夠符合安裝精度，需要對(duì)分段的尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制，由檢驗(yàn)人員定期對(duì)火炬臂分段的尺寸進(jìn)行測(cè)量(尤其是三個(gè)火炬臂分段的接口處)，將實(shí)測(cè)尺寸與理論尺寸比較、分析，并修改火炬臂的尺寸，確保火炬臂建造精度滿足規(guī)范及安裝要求。圖13為火炬臂尺寸控制圖。

圖13 火炬臂分段尺寸控制

(2) 安裝精度尺寸控制

火炬臂與組塊連接處分上下兩部分：上部分為掛鉤形式，采用鉸接連接；下部分為頂靠形式，與頂板焊接在一起。由于連接形式的特殊性，為保證安裝精度，火炬臂與組塊安裝位置處的尺寸精度需要更加嚴(yán)格的控制。

由于實(shí)際測(cè)量的結(jié)果與理論尺寸存在一定的偏差，以及火炬臂吊裝過(guò)程中，自身存在變形，會(huì)導(dǎo)致火炬臂安裝精度差、安裝不到位等現(xiàn)象出現(xiàn)，對(duì)火炬臂的整體受力不利。為確保整體建造的火炬臂能夠準(zhǔn)確安裝在組塊上，在火炬臂分段建造完成后，需要對(duì)火炬臂分段進(jìn)行一次試裝，以確?；鹁姹壅w組裝的安裝精度。圖14為火炬臂安裝位置的尺寸控制。

圖14 火炬臂下段試裝

4.3 分段組裝

將火炬臂下段移動(dòng)至靠近最終安裝位置的空曠區(qū)域，布置好臨時(shí)支撐，以與組塊連接的下段為基準(zhǔn)。完成中段與下段的組裝，在完成相關(guān)焊接工作之后，再完成與上段的總裝。這樣的組裝順序可以使得火炬臂整體安裝誤差減小，上段與中段的誤差，不會(huì)對(duì)下段與組塊的對(duì)接口產(chǎn)生大的影響。圖15為火炬臂的組裝順序。

圖15 火炬臂分段組裝

4.4 吊裝安裝

火炬臂整體組裝完成后，進(jìn)行火炬臂的總裝吊裝。總裝吊裝待用4臺(tái)大型吊機(jī)，其中2臺(tái)750 t和2臺(tái)600 t。吊裝之前需要對(duì)火炬臂的整體強(qiáng)度及吊機(jī)總裝站位進(jìn)行碰撞校核，在校核結(jié)構(gòu)滿足要求的前提下，才能進(jìn)行吊裝，校核火炬臂強(qiáng)度需要從火炬臂的平吊至就位與地面傾斜45°整個(gè)過(guò)程進(jìn)行校核。

5 結(jié)語(yǔ)

荔灣3-1CEP組塊為中國(guó)南海深水超大組塊，其建造的難點(diǎn)多且都無(wú)可借鑒經(jīng)驗(yàn)，該文所列的關(guān)鍵技術(shù)成功應(yīng)用于荔灣項(xiàng)目的建造，為項(xiàng)目的順利完工提供了技術(shù)保障，確保了氣田按期投產(chǎn)，對(duì)中國(guó)南海油氣田順利開(kāi)采具有重要意義。荔灣3-1CEP組塊在青島場(chǎng)地的順利完工，標(biāo)志著中國(guó)具有承建3萬(wàn)噸級(jí)組塊的建造能力，荔灣組塊建造中使用的關(guān)鍵技術(shù)成果創(chuàng)造了高效、高質(zhì)量、低成本大型海洋平臺(tái)組塊總體建造方法，填補(bǔ)我國(guó)深水海洋平臺(tái)組塊建造技術(shù)的空白。

[1] API RP 2A. Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms-working stress design[S].2007.

[2] AISC.Load and resistance factor design specification for structural steel buildings[S].2010.

Research on the Key Fabrication Technology of Mega LW3-1 CEP Topside

LIU Chao, LI Ting, LU Sheng-nan， YU Jia-ji

(Offshore Oil Engineering (Qingdao) Co.， Ltd, Shandong Qingdao 266520, China)

LW3-1 CEP Topside plus DSF, total weight reaches 32 000 tons, is one of the largest topsides in the world, the maximum plane size of topside is 110 m×77 m. It encounter great difficulties in the fabrication process because of the mega weight and dimension. This paper makes a study on the Key fabrication technology of mega LW3-1 topside which has the world class difficulty, focus on the technology of high fabrication and load transference of mega topside, installation of MRU by lifting and skidding, Modular fabrication, fabrication and onshore installation of mega flare boom. Experience is gained and the key technology will be benefit for the similar project.

mega topside; load transference; lifting and skidding; modular fabrication; mega flare boom

2014-07-25

劉 超(1983-)，男，工程師。

1001-4500(2015)04-0025-07

P75

A