張子良， 楊風艷， 宮 晨， 王 娟， 宋廣興

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266520)

0 引 言

在陵水17-2桁架式半潛平臺管線回接系統(tǒng)設計中，采用了技術(shù)成熟、抗疲勞效果良好的鋼懸鏈線立管(steel catenary riser， SCR)作為水下生產(chǎn)設施與浮式系統(tǒng)之間關(guān)鍵的生產(chǎn)介質(zhì)輸送通道[1]，其立管卡子接口及配套立管提升系統(tǒng)的調(diào)試安裝在綜合考慮桁架式半潛平臺總裝建造方式及合攏方式后，對用于提升鋼懸鏈線立管的滑輪組安裝造成了較大的難度[2]。對應滑輪組各個滑輪之間不僅要滿足精準布置于立管卡子上方設計位置，還要滿足鋼絲繩合適的導向角度，滑輪同時也要具備充足的負載提升能力。

在陵水17-2桁架式半潛平臺建造過程中，采用船體部分和桁架式上部組塊部分分別建造并總裝裝船，而后泰山吊整體吊裝組塊與船體合攏的集成方式?；谏喜拷M塊總裝及裝船過程中結(jié)構(gòu)的強度計算，裝船滑靴設計布置在組塊2軸與5軸立柱節(jié)點下方,其中位于C2軸位置的裝船滑靴占據(jù)了用于提升組塊下方立管的定滑輪安裝位置,如圖1所示。如果待組塊與裝船滑靴脫離并與船體合攏后再進行安裝，將不得不從水面上提升定滑輪至就位位置，施工難度巨大，安裝精度難以保證，同時高空長距離提升定滑輪存在著與組塊下已安裝的結(jié)構(gòu)碰撞的問題，極大地增加了人員操作的風險。本文為解決該技術(shù)問題，提出滑移提升安裝定滑輪的技術(shù)方案。設計了用于臨時固定(見圖2)與合攏后滑移提升定滑輪的工裝結(jié)構(gòu)，具體設計方案見下文闡述。

圖1 滑靴與滑移工裝相對位置Fig.1 Position of skid shoe and slid platform

圖2 臨時固定平臺三維圖Fig.2 Three dimensional chart of slid platform

1 安裝工藝設計

1.1 工裝設計

成功應用于陵水17-2桁架式半潛平臺立管提升系統(tǒng)主定滑輪安裝的工藝，其設計前提條件主要包含以下因素： ①桁架式半潛平臺上部組塊的總裝建造高度為11.5 m，而一層甲板下3 m的高度內(nèi)分布有管線，電氣儀表部件及相關(guān)專業(yè)支架，如圖2所示。②上部組塊采用泰山吊整體吊裝下放至船體集成的方式，陵水17-2桁架式半潛平臺的上部模塊總質(zhì)量為15 534 t，目前能滿足整體吊裝集成要求的龍門吊為國內(nèi)2萬噸級泰山吊，泰山吊吊起組塊后，將下部船體拖航至組塊正下方，基于泰山吊吊裝要求被吊物與下部合攏船體最小安全距離為5 m，在船體水平移動進入組塊下方的過程中，組塊一層甲板下懸掛的結(jié)構(gòu)與半潛船體腿柱艙之間的距離不小于5 m，避免船體移動過程中干涉碰撞。同時為合攏預留出調(diào)整空間。③所安裝定滑輪設備包含底座總計20 t，高度超過4 m，定滑輪就位位置與組塊2軸呈23°的夾角。④在配套滑移提升的設備工具中，滾輪小車工作載荷需要考慮定滑輪及滑移工裝的重量，手拉葫蘆的額定工作載荷也要滿足提升整個臨時固定平臺的重量，同時手拉葫蘆提升工作鏈條有效長度要滿足定滑輪就位提升高度的要求。

基于以上設計安裝背景進行工裝設計，將定滑輪安裝的工裝分為4個部分，分別如下： ①用于固定定滑輪并整體滑移提升的定滑輪滑移工裝；滑移工裝由底部型鋼框架、四根支撐立柱、立柱蓋板及十字花加強筋板組成；滑移工裝4個支撐立柱外側(cè)分別進行開槽貫通，開槽口尺寸滿足可以插入板式吊點[3]、焊接板式吊點與立柱。②用于放置滑移工裝及定滑輪的臨時固定平臺；臨時就位平臺由型鋼框架、4根支撐立柱及立柱間拉筋、折疊合葉組成，如圖3所示。③構(gòu)成滑移路徑及工人操作路徑的滑移通道平臺，該滑移平臺分2部分，一個部分通過折疊設計與臨時固定平臺固定，滑移平臺在折疊后其外沿需符合最小吊裝合攏安全距離的要求。另一部分預制成整體提前固定在臨時固定平臺附近，這部分滑移平臺在滑移前與折疊部分的滑移平臺拼接在一起。④由多組手拉葫蘆及布置于平臺一層甲板下吊點和工裝上的吊點組成的輔助滑移提升控制系統(tǒng)。

考慮平臺吊裝集成的最小安全碰撞距離，臨時固定平臺安裝位置距離組塊A軸水平方向大于5 m，同時為了保證定滑輪在滑移工裝上放置的角度與安裝角度保持一致，避免提升后旋轉(zhuǎn)定滑輪，對應措施是加長滑移平臺，滑移工裝行走距離由直線路徑的6 m改變?yōu)?4.5 m。另外，從定滑輪臨時固定位置至就位位置這一斜直線路徑的角度與距離確定后，還需在三維模型中檢查是否具有焊接固定工裝立柱空間的位置，盡量避開甲板下管線及電氣儀表線路，最終篩選出滿足強度要求同時沒有干涉的懸掛支撐立柱的安裝位置。

圖3 滑移通道平臺折疊部件設計及折疊過程示意圖Fig.3 Design of folding parts and folding process of sliding path platform

1.2 工裝安裝流程

1.2.1 定滑輪固定與運輸

定滑輪由制造廠家運輸至總裝場地時是呈水平狀態(tài)放置于運輸框架上的，運輸至總裝場地后安裝定滑輪。通過定滑輪上的吊耳，將定滑輪吊裝至高墊墩上焊接定滑輪底座及定滑輪底座上的吊點。而后利用定滑輪底座上的吊點進行吊裝翻身后，定滑輪以直立狀態(tài)嵌入滑移工裝4根立柱中間，滑移工裝立柱頂端的十字花筋板與底座焊接固定。然后將滑移工裝吊裝至臨時操作平臺上，焊接固定滑移工裝上用于固定滑移工裝與臨時固定平臺的限位筋板。

1.2.2 臨時固定平臺的安裝

待折疊的滑移平臺合葉與臨時固定平臺一側(cè)的合葉經(jīng)通過銷軸連接。手拉葫蘆連接待折疊的滑移平臺和臨時固定平臺一側(cè)立柱上的吊點，操作手拉葫蘆手鏈，將滑移平臺折疊至臨時固定平臺一側(cè)，可折疊的滑移平臺的長度及折疊角度的確定需要考慮避開甲板下的管線及支架，確保下放折疊滑移平臺的過程中滑移平臺外邊緣不碰撞管線支架。然后使用液壓平板運輸車將臨時固定平臺運輸至場地建造的桁架式半潛平臺上部模塊甲板下，如圖4所示。通過Navisworks三維模型模擬出甲板下用于提升臨時固定平臺的吊點位置，進行焊接，同時檢查手拉葫蘆與吊點連接后手拉葫蘆鏈條與管線的干涉情況。確認無干涉后，操作手拉葫蘆手鏈條將臨時固定平臺提升直至立柱與上部模塊梁下翼緣接觸，對立柱及下翼緣接觸位置進行焊接固定。臨時固定平臺懸掛固定在桁架式半潛平臺的上部模塊一層甲板下方。

圖4 臨時固定平臺提升過程示意圖Fig.4 Promotion process of temporary fixed platform

1.2.3 滑移平臺拼接及軌道布設

桁架式半潛平臺上部組塊與船體集成后，下放折疊的滑移平臺，合葉端口處的型鋼T形口插入臨時固定平臺的型鋼框架內(nèi)焊接，同時下放提前布置于臨時固定平臺附件的剩余的滑移平臺部分，與折疊的滑移平臺拼接，然后安裝滑移平臺兩側(cè)的支撐立柱。在滑移平臺中間兩根型鋼上安裝槽鋼軌道。

1.3 定滑輪滑移提升安裝

定滑輪的安裝總體包括預提升，布置滾輪小車，滑移，就位提升4個主要節(jié)點。如圖5(a)～圖5(e)所示，具體步驟如下： ①預先布置在甲板下的吊點和定滑輪底座上的吊點通過手拉葫蘆連接，切割滑移工裝的限位筋板，操作手拉葫蘆手鏈，將滑移工裝預提升200 mm，留出放置滾輪小車的空間，滾輪小車高度為180 mm，放置滾輪小車在滑移工裝上的槽鋼軌道內(nèi)，4個滾輪小車位置分別位于4根滑移工裝立柱下方。②下放滑移工裝至滾輪小車上，直至滾輪小車承擔滑移工裝及定滑輪的全部重量。③滑移工裝框架上的吊點與滑移平臺立柱上的吊點通過手拉葫蘆連接，作為牽引端向前水平拖拉滑移工裝，后端滑移工裝型鋼框架上的吊點同樣連接手拉葫蘆至臨時固定平臺立柱位置焊接的吊點上，作為控制端控制滑移過程的速度?；乒ぱb移動到相應位置時，定滑輪底座與甲板下的吊點通過手拉葫蘆連接，維持手拉葫蘆在輕微張緊的狀態(tài)，作為防止滑移工裝側(cè)傾的保護手段，三處手拉葫蘆協(xié)同配合直至定滑輪滑移至就位位置立柱節(jié)點下方。④將甲板下節(jié)點板周圍的4個吊點與滑移工裝立柱的4個插入板吊點通過手拉葫蘆連接，提升滑移工裝直至定滑輪底座與節(jié)點板接觸，微調(diào)定滑輪角度，將定滑輪底座與立柱下節(jié)點板焊接固定，如圖6所示。⑤切割滑移工裝與定滑輪底座之間連接十字花筋板，滑移工裝與定滑輪主體分離，通過手拉葫蘆下放滑移工裝至平臺上，定滑輪安裝完成。

(a) 滑移過程1

(b) 滑移過程2

(c) 滑移過程3

(d) 提升定滑輪

(e) 下放滑移工裝

(a) 滑移工裝牽引至就位節(jié)點下 (a) Movement of sliding platform to the position

(b) 定滑輪提升到位

1.4 工裝強度校核

1.4.1 滑移平臺強度校核

定滑輪及滑移工裝從臨時固定平臺提升放置在滾輪小車上開始滑移，到滑移至定滑輪就位位置正下方的過程中，對滑移工裝在不同位置時臨時固定平臺及滑移平臺的立柱支撐強度及平臺型鋼框架強度。使用SACS軟件建模，采用WSD AISC 13th/API 21st規(guī)范核算[4]，滑移平臺立柱規(guī)格為φ325×13的鋼管；邊界條件為立柱頂端全約束，如圖7所示，計算構(gòu)件的總體重量信息如表1所示。

圖7 滑移平臺SACS模型及約束條件Fig.7 SACS model and constrain condition of sliding platform

表1 結(jié)構(gòu)總體重量信息Tab.1 Weight information of structure

計算工況選取了滑移工裝在起始位置、中間位置、就位位置三處核算，需滑移部件總重為21.337 t，計算時采用2倍安全系數(shù)，即4個立柱分別對滑移平臺施加向下的110 kN的力，對立柱及型鋼框架強度進行檢驗，SACS軟件中工況顯示及最危險工況下主要構(gòu)件類型的計算結(jié)果如圖8所示。

計算結(jié)果立柱抗拉強度都在允許范圍內(nèi)，型鋼框架的強度及變形均滿足滑移施工的安全要求。不同位置運動過程中SACS計算結(jié)果如圖9所示。

圖8 主要構(gòu)件類型的計算結(jié)果Fig.8 Calculation results of main component types

(a) 滑移工裝初始位置工況 (a) Calculative condition of initial position of slip tooling

(b) 滑移工裝初始位置計算UC云圖 (b) Calculative UC chart of initial position of slip tooling

(c) 滑移工裝中間位置工況 (c) Calculative condition of middle position of slip tooling

(d) 滑移工裝中間計算UC云圖 (d) Calculative UC chart of middle position of slip tooling

(e) 滑移工裝就位位置工況 (e) Calculative condition of final position of slip tooling

(f) 滑移工裝就位位置計算UC云圖 (f) Calculative UC chart of final position of slip tooling

1.4.2 提升板式吊點強度校核

對于框架類結(jié)構(gòu)通常設計采用直接將板式吊點焊接與立柱管壁，而本文中的滑移工裝所采用的是將板式吊點主板插入立柱中，通過有限元軟件ANSYS Workbench軟件應用von-Mises法[5]分別對直接焊接板式吊點與開槽后焊接插入式的板式吊點進行計算，發(fā)現(xiàn)在立柱管直接焊接板式吊點立柱管局部達到768.4 MPa，如圖10(a)所示，不符合強度要求。而采用插入式板式吊點其最大應力只有123.92 MPa，如圖10(b)所示，因此方案中選用開槽焊接板式吊點的方案滿足滑移工裝提升強度要求。

(a) 直接焊接板式吊點計算應力云圖

(b) 焊接貫穿式板式吊點計算應力云圖

2 優(yōu)化設計

本工藝方法相較于傳統(tǒng)設備側(cè)裝方案，主要有3處亮點設計： ①優(yōu)化安裝工藝所需的提升吊點設計，對立柱規(guī)格和板厚要求更低，同時提升負載能力更強[6]。②擴展了轉(zhuǎn)軸式平臺安裝技術(shù)的應用范圍，創(chuàng)新應用于超高空設備滑移平臺固定中，降低甲板下滑移平臺安裝和對接難度。③未來應用可根據(jù)實際設備位置和安裝角度進行調(diào)整，可滿足更高的安裝高度，更長的滑移距離的設備安裝，此工藝具有可推廣應用的潛質(zhì)。

3 結(jié) 語

本文所述超高空定滑輪滑移提升安裝工藝為國內(nèi)獨創(chuàng)的距水面60 m以上大型設備的甲板下安裝工藝，并已首次成功應用于陵水17-2桁架式半潛平臺定滑輪設備安裝中。工藝具有保障桁架式半潛平臺合攏建造的完整性及流暢性，對平臺一體化調(diào)試管線電纜破壞小，解除對所需安裝定滑輪的尺寸及重量要求限制，保證了大型設備安裝的精確度及安全性等優(yōu)勢，極大地提高了工效，同時為國內(nèi)超高空水面上長距離水平滑移提升安裝大型設備組件提供了可借鑒的技術(shù)工藝及施工經(jīng)驗。