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深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)上部模塊陸地安裝技術(shù)研究

2022-12-10 02:30
江蘇科技信息 2022年32期
關(guān)鍵詞:潛式船塢框架結(jié)構(gòu)

張 偉

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 211100)

0 引言

海洋平臺(tái)由下浮體和上部模塊組成。上部模塊是海洋平臺(tái)一個(gè)非常重要的組成部分,布置了油氣處理、電站動(dòng)力、生活樓等大型模塊。與下浮體相比,上部模塊的構(gòu)成較為復(fù)雜,對(duì)于海洋平臺(tái)的施工與管理造成一定影響[1]。上部模塊是海洋平臺(tái)作業(yè)的核心部位,因此對(duì)其建造以及安裝方案進(jìn)行研究具有重大工程意義。本文以一深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)為例,結(jié)合國(guó)內(nèi)某大型船廠現(xiàn)有硬件設(shè)施條件,對(duì)該平臺(tái)上部模塊的陸地安裝技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 平臺(tái)概述

目標(biāo)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)由下浮體和立柱(以下簡(jiǎn)稱“下部結(jié)構(gòu)”)以及上部模塊組成。下部結(jié)構(gòu)包括環(huán)形下浮體、立柱,環(huán)形下浮體為整個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)提供浮力,并調(diào)節(jié)各種工況下的吃水;立柱承上啟下,內(nèi)部通道很多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。上部模塊采用框架式結(jié)構(gòu),主甲板上布置了油氣處理、電站動(dòng)力、生活樓等大型模塊。

上部模塊(包括:主體框架和其他次要結(jié)構(gòu)、主甲板以上的獨(dú)立模塊結(jié)構(gòu)以及所有固定設(shè)備、管線等)的質(zhì)量約32 000 t。半潛式生產(chǎn)平臺(tái)上部模塊主體結(jié)構(gòu)采用主甲板(Main Deck)與下沉甲板(Cellar Deck)之間的桁架式框架結(jié)構(gòu)。該框架結(jié)構(gòu)包括由方鋼連接而成的位于主甲板與下沉甲板高度的兩個(gè)平面框架,以及由支柱與斜撐組成的若干橫向和縱向框架。主體結(jié)構(gòu)框架以外,根據(jù)模塊布置需要在橫向和縱向擴(kuò)展延伸出懸臂結(jié)構(gòu),同時(shí)部分生產(chǎn)工藝模塊、動(dòng)力共用模塊以及生活模塊作為獨(dú)立的模塊結(jié)構(gòu)坐落于主體框架結(jié)構(gòu)的主甲板面以上。

2 上部模塊塢內(nèi)安裝方案

對(duì)于目標(biāo)半潛式生產(chǎn)平臺(tái),由于上部模塊的質(zhì)量達(dá)到32 000 t,船廠不具備對(duì)該平臺(tái)上部模塊進(jìn)行整體吊裝的能力;整體滑移法和整體提升法需要用到大量的工裝件,材料耗費(fèi)大,工裝件重復(fù)利用率低,成本太高,另外下部結(jié)構(gòu)整體高度接近50 m,上部模塊需要抬升的高度非常大,安全性大大降低,也不適用于目標(biāo)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)。因此,基于該船廠現(xiàn)有硬件資源條件,對(duì)目標(biāo)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)上部模塊采用塢內(nèi)總段吊裝合攏方案進(jìn)行整體安裝[2]。

半潛式生產(chǎn)平臺(tái)上部模塊在塢內(nèi)采用總段吊裝進(jìn)行總裝合攏的建造方案基本思路如下:

(1)在完成半潛式生產(chǎn)平臺(tái)下部結(jié)構(gòu)整體總裝合攏的基礎(chǔ)上,利用平板車將建造完成的上部模塊分段/總段運(yùn)至船塢的外場(chǎng),為總段吊裝搭載做好準(zhǔn)備。

(2)利用船塢龍門吊把平臺(tái)組裝所用的支撐工裝吊至船塢,將其架設(shè)起來(lái)。

(3)再次利用龍門吊,吊裝上部模塊分段/總段至下部結(jié)構(gòu)上方進(jìn)行搭載,完成上部模塊結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的對(duì)接安裝。

(4)平臺(tái)在塢內(nèi)完成上部模塊總裝建造,打開(kāi)塢門放水,由拖輪將平臺(tái)拖出船塢,靠泊碼頭。

上部模塊在船塢內(nèi)安裝完成后,要開(kāi)啟塢門放水使平臺(tái)漂浮,之后由拖輪將平臺(tái)拖出船塢,因此需要考慮船塢深度是否滿足平臺(tái)漂浮所需達(dá)到的吃水。經(jīng)計(jì)算,船塢深度滿足平臺(tái)漂浮所需吃水。

2.1 分段/總段搭載方案

上部模塊結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為2 864 t,超出了1號(hào)龍門吊起重的最大能力,因此將上部模塊分為9個(gè)分段,單個(gè)分段質(zhì)量控制在240~400 t,最大分段尺寸為31 m×33 m。上部模塊主體框架結(jié)構(gòu)的分段劃分方案如圖1所示。901~903分段為跨中分段,921~923(931~933)為左右舷對(duì)稱分段。其中,901~903構(gòu)成了總段90A,921+922組成了總段92A,931+932組成了總段93A。

上部模塊分段搭載在船塢中進(jìn)行,由于受限于吊車起重能力,無(wú)法進(jìn)行整體吊裝,因此需要將搭載過(guò)程分解為5吊:首先,搭載92A總段,完成跨中總段90A的吊裝搭載;其次,單獨(dú)吊裝923分段;最后吊裝93A總段和933分段,完成整個(gè)上部模塊的搭載工作,具體吊裝步驟如圖3所示。

上部模塊的搭載過(guò)程,主要需要確定船塢內(nèi)上部模塊支撐胎架的尺寸,并保證其水平精度。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),選擇桁架式的胎架,以克服胎架因大尺寸引起的柔性變形問(wèn)題。在船塢內(nèi)劃好定位格子線,完成胎架布置工作后,使用經(jīng)緯儀,測(cè)量每個(gè)胎架頂部的水平度,必要時(shí),調(diào)整胎架底部墊高。

92A總段吊裝到位后,保持龍門吊連接狀態(tài)直至總段和立柱之間確定連接后,松開(kāi)掛鉤。90A總段為第2個(gè)搭載的總段,吊裝前,需要對(duì)92A進(jìn)行測(cè)量,并切除搭載余量;90A與92A之間焊接節(jié)點(diǎn)較多,需要安排8個(gè)焊工進(jìn)行總段定位焊,在90A完成焊接后,對(duì)其寬度進(jìn)行測(cè)量。在搭載923分段前,需要對(duì)90A總段與923分段對(duì)接處進(jìn)行測(cè)量,再切割90A相應(yīng)的搭載余量,最后吊裝923分段,完成左舷和跨中部分的模塊搭載。右舷總段和分段的吊裝與左舷一側(cè)一致,需要根據(jù)精度布置圖和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果,切除搭載余量,保證模塊整體的尺寸精度。

在完成上部模塊搭載后,需要對(duì)其總體精度進(jìn)行測(cè)量,并繪制其完工精度圖。

2.2 分段/總段吊裝方案

結(jié)合目標(biāo)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)分段/總段的劃分方案,采用“總段吊裝法”進(jìn)行總裝建造時(shí),需要根據(jù)平臺(tái)上部模塊各分段/總段結(jié)構(gòu)特點(diǎn),保證吊裝作業(yè)的安全性,控制吊裝作業(yè)對(duì)平臺(tái)上部模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的影響,從而制定合理的吊裝方案。

在本次搭載方案中,根據(jù)起重要求,合理布置吊耳位置,選擇合適的吊裝方案,如表1所示。

表1 上部模塊結(jié)構(gòu)吊裝方案

本節(jié)選取一質(zhì)量最大的總段90A,對(duì)其吊裝方案進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析。該總段位于上部模塊框架結(jié)構(gòu)中間區(qū)域,由901,902和903分段組成。90A總段由主甲板和下沉甲板中間的框架結(jié)構(gòu)組成,質(zhì)量約800 t,長(zhǎng)81.15 m,寬31 m,高9.5 m。該總段結(jié)構(gòu)長(zhǎng)高比、長(zhǎng)寬比均較大,結(jié)構(gòu)剛度小,容易產(chǎn)生變形,吊裝過(guò)程中要充分考慮這一特點(diǎn),合理布置吊點(diǎn)位置。分析總段特點(diǎn),可由1號(hào)船塢內(nèi)的兩臺(tái)龍門吊以抬吊方式進(jìn)行吊裝。

采用有限元軟件MSC.PATRAN建立90A總段結(jié)構(gòu)的有限元模型。根據(jù)結(jié)構(gòu)分布特點(diǎn),在框架特定位置處,即方鋼結(jié)構(gòu)相交處設(shè)置6個(gè)吊點(diǎn),每個(gè)吊點(diǎn)處有2個(gè)吊耳,由于吊耳和框架結(jié)構(gòu)是以焊接的方式連接的,因此在建立邊界條件時(shí),在吊點(diǎn)處進(jìn)行簡(jiǎn)支處理,有限元模型和邊界條件加載如圖3所示。載荷僅考慮總段所受重力作用,同時(shí)考慮到吊裝過(guò)程中可能產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)加速度,將總段質(zhì)量放大到1.1倍。

分析有限元計(jì)算結(jié)果可知,框架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值為74.9 MPa,出現(xiàn)在第四道橫向框架中間處。結(jié)構(gòu)材料為AH40鋼,根據(jù)ABS MODU[3]規(guī)范,許用應(yīng)力為280 MPa,UC值為0.27,因此結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)整體的變形值為40.9 mm,考慮到模塊的大尺度,該變形較小,因此也滿足要求。綜上所述,抬吊時(shí)上部模塊結(jié)構(gòu)是安全的,吊裝時(shí)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)結(jié)果如圖4—5所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于一深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)上部模塊,結(jié)合國(guó)內(nèi)某大型船廠現(xiàn)有硬件設(shè)施條件,考慮其結(jié)構(gòu)型式及質(zhì)量,對(duì)其分段/總段在塢內(nèi)搭載方案以及吊裝方案進(jìn)行了研究,避免了修建巨型工裝,為后續(xù)的碼頭浮吊安裝模塊方案奠定了基礎(chǔ)。

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