大型FPSO可解脫式內(nèi)轉(zhuǎn)塔安裝連接施工技術(shù)詳解

胡性濤

摘 要：深海油田的開發(fā)通常由FPSO、多個(gè)井口平臺(tái)、海底輸油管線系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)組成，F(xiàn)PSO作為中心將這些設(shè)施組成一個(gè)整體，起著關(guān)鍵的作用。而系泊系統(tǒng)是FPSO的關(guān)鍵設(shè)施之一，系泊方式主要分為單點(diǎn)系泊、動(dòng)力定位以及多點(diǎn)系泊。就世界范圍來(lái)看，在FPSO和浮式儲(chǔ)油船（FSO）上應(yīng)用最多的系泊系統(tǒng)是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。大型可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊則是其中科技含量最高也是最昂貴的一種，此類內(nèi)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)在建造時(shí)分為3大部分，建造完成后與船體進(jìn)行總裝。由于內(nèi)轉(zhuǎn)塔在FPSO中的關(guān)鍵位置及系泊功能的要求，對(duì)于旋轉(zhuǎn)部分及相關(guān)組件，總裝精度要求極高，安裝連接控制存在很大難度。本文以第一個(gè)在國(guó)內(nèi)進(jìn)行大型可解脫式內(nèi)轉(zhuǎn)塔總裝的PYRENEES FPSO項(xiàng)目為例，詳解內(nèi)轉(zhuǎn)塔總裝的安裝連接技術(shù)，為以后類似項(xiàng)目和科研工作的開展提供參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：FPSO系泊；內(nèi)轉(zhuǎn)塔；連接；調(diào)平；精準(zhǔn)度

中圖分類號(hào)：TE977 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0126-02

1 前言

海洋，是人類可持續(xù)發(fā)展的重要基地。在深海石油開發(fā)中，浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油船F(xiàn)PSO（Floating Production Storage and Offloading ）是一個(gè)重要的裝備。這種船兼有生產(chǎn)、儲(chǔ)油和卸油的功能，在海上與水下采油裝置和穿梭油船組成一套完整的生產(chǎn)系統(tǒng).由于FPSO能很好地解決開采深海油田的經(jīng)濟(jì)性和可行性，所以自FPSO問(wèn)世以來(lái)，，已成為國(guó)際上海上石油開發(fā)的主要設(shè)備。系泊系統(tǒng)是FPSO的關(guān)鍵設(shè)施之一，主要分為單點(diǎn)系泊、動(dòng)力定位以及多點(diǎn)系泊。就世界范圍來(lái)看，在FPSO和浮式儲(chǔ)油船（FSO）上應(yīng)用最多的系泊系統(tǒng)是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。單點(diǎn)系泊又可細(xì)分為浮筒式（CALM等）、塔式（軟剛臂等）和轉(zhuǎn)塔式（內(nèi)轉(zhuǎn)塔和外轉(zhuǎn)塔）。

大型可解脫內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊則是其中科技含量最高也是最昂貴的一種，此類內(nèi)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)在建造時(shí)通常分為幾大部分，分別建造完成后再與船體進(jìn)行總裝。由于內(nèi)轉(zhuǎn)塔在FPSO中的關(guān)鍵位置及系泊功能的要求，對(duì)于旋轉(zhuǎn)部分及相關(guān)組件，總裝精度要求極高，而總裝場(chǎng)地多為碼頭港池，安裝連接控制存在很大難度。

2 大型FPSO可解脫式內(nèi)轉(zhuǎn)塔安裝連接概況

目前國(guó)內(nèi)建造安裝的FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔大多為小型簡(jiǎn)易內(nèi)轉(zhuǎn)塔，由船體甲板上的維修平臺(tái)和船體中心井中的轉(zhuǎn)軸模塊組成，尺寸重量小，形式較簡(jiǎn)單。

隨著單點(diǎn)系泊技術(shù)的發(fā)展，更多的大型FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)得到應(yīng)用。大型FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)在建造時(shí)分為轉(zhuǎn)軸模塊、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及滑環(huán)操作平臺(tái)等幾大部分，總重量超過(guò)千噸，建造完成后分別與船體進(jìn)行總裝，其極高的精度要求對(duì)安裝連接施工工作方式方法提出了挑戰(zhàn)。

PYRENEES FPSO項(xiàng)目?jī)?nèi)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)型式，其貫穿整個(gè)船體月池，分為轉(zhuǎn)軸模塊（LTM）、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（UTM）和滑環(huán)操作平臺(tái)（SAS）3個(gè)部分，總重量達(dá)1200噸，組裝后總高度達(dá)60米，船體月池直徑超過(guò)12米。這給安裝連接內(nèi)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)，尤其是旋轉(zhuǎn)部件帶來(lái)了不少的困難，而合理的安裝連接施工技術(shù)能很好的解決這些問(wèn)題，使得大型內(nèi)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)的安裝連接變得簡(jiǎn)單可行。

3 大型FPSO可解脫式內(nèi)轉(zhuǎn)塔安裝連接施工技術(shù)

下面將以PYRENEES項(xiàng)目為例，分別詳解轉(zhuǎn)軸模塊、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及滑環(huán)操作平臺(tái)相互之間的安裝連接、與船體總裝連接的施工技術(shù)。

3.1 轉(zhuǎn)軸模塊的安裝連接

PYRENEES項(xiàng)目轉(zhuǎn)軸模塊重量為520噸，需要安裝到直徑12米的船體月池中。施工難點(diǎn)在于其精度，安裝中轉(zhuǎn)軸模塊與月池壁最小間隙為40毫米，轉(zhuǎn)軸與月池軸承配合間隙為5毫米，允許位置誤差為0.5毫米。

為了達(dá)到此安裝精度，施工技術(shù)的原理是使用力矩和力計(jì)算位移，具體是利用在軸承支撐位置布置的頂絲配合浮吊調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸模塊的位置，通過(guò)間隙尺和壓力傳感器觀察重心偏移的位置及在相應(yīng)位置的壓力，當(dāng)偏移和壓力數(shù)值時(shí)達(dá)到預(yù)先的計(jì)算值時(shí)，即保證了設(shè)計(jì)的中心定位。

其主要施工步驟詳解如下：

（1）船體在進(jìn)行LTM安裝前進(jìn)行壓載，使船傾斜一定角度（以保證前端壓力傳感器上能顯示讀數(shù)）。并對(duì)已安裝在月池中的軸承段、安裝導(dǎo)向的位置進(jìn)行確認(rèn)，保證LTM和底部軸承之間最大的間隙在船首0度位置。

（2）將若干個(gè)周向頂絲安裝在軸承支撐結(jié)構(gòu)上，保證所有的垂向頂絲和周向頂絲分別與軸承支撐結(jié)構(gòu)的底部和外壁平齊。

（3）慢慢將LTM放入月池，直到軸承支撐環(huán)板的底面離月池尾部180度軸承支撐板中心上表面一定距離，以便灌注CHOCKFAST（一種機(jī)械用填充劑）。吊裝過(guò)程中采用側(cè)向?qū)蚶K來(lái)保證軸承支撐結(jié)構(gòu)周向位置與船體縱向中心線對(duì)齊。

（4）用左右舷的周向頂絲來(lái)將軸承支撐結(jié)構(gòu)定位在月池的中心位置。用浮吊將LTM向船尾方向移動(dòng)，直到軸承支撐結(jié)構(gòu)的外壁接觸到月池尾部180度中心位置結(jié)構(gòu)內(nèi)壁。

（5）手動(dòng)將軸承支撐結(jié)構(gòu)上的垂向頂絲擰緊，直到所有垂向頂絲全部接觸到月池支撐板。應(yīng)用間隙尺來(lái)檢查確認(rèn)LTM在底部軸承的定位，并繼續(xù)使用周向頂絲來(lái)調(diào)整。

（6）擰緊最后面的周向頂絲使LTM向船首方向偏移，偏移的距離應(yīng)能在底部軸承位置產(chǎn)生需要的壓力。

（7）測(cè)量檢查距離船首中心線左右舷一定角度位置上LTM上所受的預(yù)應(yīng)力，2千斤頂應(yīng)同時(shí)作業(yè)，同時(shí)對(duì)LTM施加頂力，直到LTM與月池底部軸承面在船首方向0度位置的間隙值達(dá)到一定要求時(shí)，記錄下千斤頂?shù)淖x數(shù)。

（8）如果上一個(gè)步驟的預(yù)應(yīng)力讀數(shù)不符合要求，LTM的位置需要重新進(jìn)行調(diào)整。

3.2 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及滑環(huán)操作平臺(tái)的安裝連接

旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的底部與直徑2米的轉(zhuǎn)軸中心柱相對(duì)接，頂部需要安裝支撐整個(gè)滑環(huán)組的直徑2.2米，厚度200毫米的滑環(huán)底板（SSB）。施工難點(diǎn)在于其要求的水平度及同心度允許偏差僅為1毫米。施工的基本原理為先使用導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、木楔塊配合浮吊進(jìn)行安裝調(diào)平；而滑環(huán)底板安裝原理是考慮到旋轉(zhuǎn)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滑環(huán)操作平臺(tái)不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，故在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及滑環(huán)操作平臺(tái)安裝連接完成后安裝，利用固定在中心軸柱上的頂絲和布置在滑環(huán)底板周向和垂向百分表讀數(shù)，配合旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和中心軸柱的轉(zhuǎn)動(dòng)，逐步實(shí)現(xiàn)滑環(huán)底板的中心水平定位。

主要施工步驟如下：

（1）安裝前在UTM外邊緣安裝若干個(gè)臨時(shí)支撐，防止UTM的重量全部集中在中心節(jié)點(diǎn)部位，臨時(shí)支撐焊接在UTM第一層甲板下，在船體上準(zhǔn)備木塊和木楔用于UTM的調(diào)平，在與LTM中心軸柱對(duì)接部位安裝導(dǎo)向板。

（2）浮吊將UTM吊起就位，通過(guò)在臨時(shí)支撐下方放置的木塊、木楔和千斤頂來(lái)調(diào)整與LTM的垂直度使得符合要求。UTM周向位置也應(yīng)與LTM對(duì)齊。

（3）在UTM調(diào)平工作完成后，對(duì)UTM和LTM中心節(jié)點(diǎn)、斜支撐進(jìn)行組對(duì)焊接。并去除吊點(diǎn)和臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。

（4）在SAS結(jié)構(gòu)安裝完畢后，便可進(jìn)行SSB的安裝。SSB的水平度和同心度需要通過(guò)旋轉(zhuǎn)UTM和LTM來(lái)測(cè)量。

（5）根據(jù)圖紙，提前標(biāo)注SSB在UTM上的定位點(diǎn)。

（6）準(zhǔn)備2套百分表，固定在SAS結(jié)構(gòu)支撐上，一個(gè)百分表測(cè)量SSB的水平度，一個(gè)百分表測(cè)量SSB的同心度。

（7）為SSB調(diào)平工作準(zhǔn)備支撐導(dǎo)向和頂絲，SSB應(yīng)保證水平度和同心度。

（8）通過(guò)碼頭吊和滑輪旋轉(zhuǎn)UTM， 百分表讀數(shù)每轉(zhuǎn)一定角度時(shí)記錄一次。保證SSB的水平度和同心度不超出允許誤差。

（9）如果SSB的水平度和同心度誤差超出，應(yīng)通過(guò)調(diào)整頂絲和重復(fù)旋轉(zhuǎn)UTM/LTM來(lái)調(diào)整SSB位置，直到SSB的水平度和同心度滿足誤差要求。

（10）在SSB位置調(diào)整好后進(jìn)行SSB的焊接（增設(shè)控制焊接變形結(jié)構(gòu)），需要進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。

（11）完成SSB的焊接后，再次旋轉(zhuǎn)UTM/LTM和測(cè)量百分表讀數(shù)確認(rèn)水平度和同心度在允許誤差范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

由于大型FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔的重量大，起重船的使用必不可少，合理的施工技術(shù)的運(yùn)用在上述關(guān)鍵步驟上最大限度的壓縮了浮吊工作時(shí)間，節(jié)省了昂貴的船天，并在其他步驟上做到合理的優(yōu)化，使得項(xiàng)目在較少的人力物力投入下成功按時(shí)的完成。在PYRENEES FPSO項(xiàng)目中，安裝連接施工還經(jīng)受了不良天氣、人員經(jīng)驗(yàn)不足、物資缺陷等一系列考驗(yàn)，在上述合理的施工技術(shù)的使用下最終使得內(nèi)轉(zhuǎn)塔在預(yù)定工期內(nèi)成功安裝，并使得FPSO提前順利投產(chǎn)。