董鶴，王稱心，蔣家坤

(啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司，江蘇 啟東 226200)

浮式海洋油氣平臺主要是由主船體及上部油氣處理模塊組成，火炬臂是上部油氣處理模塊的一個(gè)重要組成部分。海底原油采集及石油海上初加工過程中會(huì)產(chǎn)生一定的有毒有害廢氣。火炬臂的主要功能是將油氣平臺從海底采上來的原油經(jīng)過分離后所產(chǎn)生的一氧化碳等有害氣體進(jìn)行燃燒，以防止污染大氣環(huán)境。

火炬臂主體大多是由鋼制圓管組成的細(xì)長形結(jié)構(gòu)，長度設(shè)計(jì)一般在60 m左右[1]。但是隨著海洋原油的開采深入，海洋平臺的大型化及平臺上部模塊油氣處理工藝等各種條件的影響，火炬臂的尺寸及重量也在逐步增加。當(dāng)前在某些超大型浮式海洋油氣平臺上，火炬臂設(shè)計(jì)的高度尺寸已經(jīng)達(dá)到130 m左右，重量也接近900 t。目的是保證海洋平臺作業(yè)的安全，避免火炬臂頂端氣體燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量輻射到下方甲板模塊影響安全。但隨之影響的是其相關(guān)的建造及安裝難度也越來越高，對船廠的場地設(shè)備資源及施工難度增加。

1 火炬臂規(guī)格

本文以世界首座圓筒形海洋油氣處理平臺項(xiàng)目上的大型火炬臂建造、安裝方法及相關(guān)要求進(jìn)行闡述，描述了火炬臂安裝過程中的重量重心控制、吊裝吊點(diǎn)的位置選擇、索具的連接方法，以及在吊裝過程中火炬臂結(jié)構(gòu)受力變形情況的有限元分析等[2]。該火炬臂總長約96 m，吊裝重量224.8 t。總體分為3段進(jìn)行建造，然后再進(jìn)行分段總組，形成總段后采用浮吊一次性吊裝完成，見圖1。

圖1 火炬臂安裝位置(尺寸單位：mm)

2 火炬臂分段建造

2.1 分段劃分制作

根據(jù)建造資源結(jié)合火炬臂結(jié)構(gòu)的參數(shù)信息等，火炬臂在車間制作階段整體劃分為3個(gè)分段分別制作，在3個(gè)分段的總組合攏口位置采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精度控制，確保分段完成后總組形成一個(gè)整體時(shí)的精度在可控范圍內(nèi)。在最下端分段與船上火炬臂基座對接合攏口處需提前控制與基座制作精度保持一致，以使火炬臂在吊裝上船時(shí)能精準(zhǔn)定位，減小因偏差導(dǎo)致的現(xiàn)場修割等[3]。

火炬臂分段劃分后，其中分段一長34.8 m，結(jié)構(gòu)重量為72.5 t，分段二長26.6 m，結(jié)構(gòu)重量為29.7 t，分段三長42.3 m，結(jié)構(gòu)重量為43.2 t，加上結(jié)構(gòu)中的管路、舾裝件等重量共200.4 t。

2.2 火炬臂設(shè)備附件安裝

火炬臂分段在車間制作完成后通過廠內(nèi)運(yùn)輸平板車等裝備運(yùn)輸至噴涂工場進(jìn)行打砂及油漆作業(yè)，主結(jié)構(gòu)特殊區(qū)域在涂裝時(shí)會(huì)額外做防火涂層保護(hù)。噴涂結(jié)束后的火炬臂分段主結(jié)構(gòu)運(yùn)送至分段總組場地，進(jìn)行分段總組及相關(guān)附件的安裝作業(yè)，主要包括：管支架、燃?xì)夤苈贰㈦姎鈨x表，以及燃燒頭設(shè)備等。安裝總組作業(yè)完成后對焊縫合攏口及安裝附件接口處進(jìn)行后續(xù)的油漆修補(bǔ)作業(yè)。在附件安裝過程中為保證其安裝的精度，總組場地的清理和平整標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格按施工要求實(shí)施。

3 火炬臂整體吊裝合攏

3.1 重量及重心分布

火炬臂重量重心見表1。

表1 火炬臂重量重心

3.2 吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

限于火炬臂獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式及安裝狀態(tài)的特殊性，為控制火炬臂安裝時(shí)合攏口對接精度及吊裝過程中結(jié)構(gòu)對接口調(diào)節(jié)的便利，特選擇4個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)是多樣性的，可直接在吊裝位置焊接吊裝眼板，然后通過連接卸扣的方式吊裝，也可以利用結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)及考慮吊裝操作時(shí)的掛鉤解鉤便利性綜合考慮吊點(diǎn)形式。由于火炬臂主結(jié)構(gòu)為管狀結(jié)構(gòu)，因此，在此吊裝中，通過在吊裝節(jié)點(diǎn)處增加凸軸，使用吊帶直接纏繞管結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行提升吊裝。吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)兼顧整個(gè)吊裝過程各個(gè)環(huán)節(jié)施工的可行性及便利性，吊點(diǎn)設(shè)計(jì)需參照火炬臂相關(guān)圖紙進(jìn)行，如火炬臂重量控制報(bào)告、整個(gè)項(xiàng)目的總布置圖、火炬臂結(jié)構(gòu)圖，以及火炬臂吊裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析報(bào)告等。

根據(jù)制定的火炬臂吊裝方案通過Sesam/GeniE對結(jié)構(gòu)建立有限元模型，在不同工況下進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及變形量分析，確?；鹁姹鄣跹b節(jié)點(diǎn)位置的集中應(yīng)力及整體結(jié)構(gòu)在吊裝過程中的變形量均控制在允許值范圍內(nèi)的情況下選擇最佳吊點(diǎn)。計(jì)算時(shí)的系數(shù)取值參考規(guī)范DNV-OS-C101(Design of Offshore Steel Structures, General_07/2014)、DNV-OS-H205(Lifting Operations),通過分析，在吊點(diǎn)處的最大應(yīng)力值為125 MPa，最大變形量為26.2 mm，均滿足吊裝要求。

圖2 火炬臂整體變形分布

3.3 吊機(jī)選擇

火炬臂安裝位于平臺36.5 m甲板，其自身高度為96 m，根據(jù)其65°傾角的安裝要求及吊點(diǎn)位置，吊裝時(shí)所需吊高為92.5 m，綜合考慮并結(jié)合船廠資源，最終選擇采用浮吊進(jìn)行吊裝合攏。火炬臂由于是需要65°斜插式安裝，對浮吊的操作要求極高，因此，對火炬臂與主船體上基座對接口處的導(dǎo)向封固工裝要求提出非常高的要求。

圖3 浮吊吊裝示意

浮吊選擇時(shí)需要對浮吊各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行校核，確保其工作狀態(tài)最大工況能夠滿足火炬臂吊裝整個(gè)過程(起吊、翻身、安裝)的需求。該火炬臂吊裝時(shí)需要的最大吊高是92.5 m，該浮吊最大吊高是120 m，滿足使用要求。結(jié)構(gòu)物與吊機(jī)臂桿之間的間隙最少間距約為12 m，滿足要求。浮吊吊裝時(shí)選擇的作業(yè)角度為62°，根據(jù)吊重曲線顯示，此時(shí)浮吊的起重能力滿足使用要求。

4 安裝導(dǎo)向及封固工裝設(shè)計(jì)

火炬臂由3根管結(jié)構(gòu)組成，因其安裝方式的特殊性，需提前在與主船體基座對接口處的安裝導(dǎo)向封固工裝。工裝分為2部分安裝，在傾斜角外側(cè)的工裝提前安裝在火炬臂主管上，在傾斜角內(nèi)側(cè)的工裝則提前焊接在基座上，這樣既可保證火炬臂吊裝到位時(shí)可以斜靠式進(jìn)入導(dǎo)向并能與基座完全對接。

圖4 導(dǎo)向工裝設(shè)計(jì)圖及應(yīng)力分布

火炬臂吊裝對接時(shí)通過浮吊操作需緩慢進(jìn)入導(dǎo)向，火炬臂與基座完全對接后，需通過精控測量，確認(rèn)對接結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)果合格后需立即對導(dǎo)向工裝進(jìn)行封焊，每個(gè)主管上布置8塊導(dǎo)向工裝，全部封焊結(jié)束后，浮吊方可松鉤釋放所有載荷，然后再通過精控進(jìn)行測量火炬臂對接后數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化。

5 火炬臂吊裝要求及注意事項(xiàng)

吊裝時(shí)應(yīng)在風(fēng)速小于10.7 m/s，有效波高小于1 m，水流速度應(yīng)小于4 kn的情況下進(jìn)行。確認(rèn)火炬臂整體結(jié)構(gòu)按照項(xiàng)目計(jì)劃建造完成，結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位置應(yīng)全部焊接到位并做質(zhì)量檢測后結(jié)果合格。吊裝前在36.5 m生產(chǎn)甲板上火炬臂基座周圍2 m范圍內(nèi)的安裝區(qū)域與火炬臂對接相沖突的結(jié)構(gòu)物應(yīng)被移除?；鹁姹弁鈬駯旁谄涞跹b后安裝或其外圍1 m范圍內(nèi)散裝。吊裝時(shí)所用索具需提供合格證書，浮吊公司需提供浮吊相關(guān)證書。根據(jù)吊裝調(diào)載程序提前準(zhǔn)備好壓載艙及壓載設(shè)備，并在吊裝前根據(jù)方案要求對平臺進(jìn)行調(diào)載使浮態(tài)滿足吊裝要求。吊裝前應(yīng)檢查浮吊上的設(shè)備及壓載系統(tǒng)，確保這些設(shè)備及壓載系統(tǒng)可用。在吊裝區(qū)域應(yīng)劃定安全控制區(qū)，與操作無關(guān)人員不能進(jìn)入吊裝區(qū)域。吊裝前所有參與該作業(yè)的人員(包括技術(shù)、生產(chǎn)、質(zhì)檢、安全等)應(yīng)在現(xiàn)場召開操作前的班組會(huì)議，逐項(xiàng)排查確保各項(xiàng)提前準(zhǔn)備工作全部完成。

6 吊裝過程

1)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，用拖輪移動(dòng)浮吊進(jìn)入到指定位置，并調(diào)整好平臺及吊機(jī)的狀態(tài)。

2)根據(jù)吊裝方案中的要求慢慢調(diào)節(jié)浮吊臂桿的角度和鉤頭的高度，根據(jù)設(shè)計(jì)方案將鋼絲繩卸扣等吊索具提前掛鉤連接完成。

3)首先進(jìn)行試吊，用浮吊緩慢將火炬臂整體吊起離開擱墩約500 mm，跟蹤吊機(jī)讀數(shù)，停止約5 min，檢查結(jié)構(gòu)及吊機(jī)讀數(shù)的變化，確認(rèn)安全后，浮吊方能繼續(xù)升鉤。高度達(dá)到預(yù)定高度后，根據(jù)現(xiàn)場指揮要求，用拖輪對浮吊進(jìn)行移位，移位過程中繼續(xù)提升火炬臂上升到合適的高度。

4)當(dāng)火炬臂底部移動(dòng)到安裝位置時(shí)，緩慢地將其放下，距離基座連接位置約200 mm時(shí)停止浮吊作業(yè)。將輔助導(dǎo)鏈拉上，導(dǎo)鏈與浮吊間相互配合緩慢調(diào)節(jié)，直到火炬臂根部完全進(jìn)入導(dǎo)向并與基座完全無誤對接到位，對火炬臂進(jìn)行封固焊接在基座上。3個(gè)底座用卡板固定后，在松鉤前，所有馬板焊接處須作100%MT檢測。浮吊載荷逐步釋放到80%,50%,20%,0%，保留5 min，沒有影響放可松鉤。

5)火炬臂封固完成后，移開浮吊并拆除吊索具及輔助導(dǎo)鏈。后續(xù)火炬臂與基座的焊接工作可根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)行。

7 結(jié)論

火炬臂吊裝是不同于其他結(jié)構(gòu)分段及模塊吊裝的一種復(fù)雜情況，因火炬臂結(jié)構(gòu)的特殊性及差異，再加上不同的船廠建造方設(shè)備資源的差異化，因此，其安裝方法也略有不同。不同的海工平臺根據(jù)其功能作用劃分，對火炬臂結(jié)構(gòu)的要求也不同，也決定了其建造安裝的工藝不同。通過對火炬臂浮態(tài)安裝技術(shù)的實(shí)踐，總結(jié)出多套適用船廠火炬臂建造安裝方案，可提高海工平臺的建造效率，降低項(xiàng)目建造過程中對火炬臂安裝階段的限制要求。