大型FPSO模塊安裝的精確定位方法分析

劉傳輝，石 亮，薛玉輝，徐大才

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

0 引 言

從全球范圍來(lái)看，迄今新發(fā)現(xiàn)的油氣田中有60%位于海上，同時(shí)海洋油氣開(kāi)發(fā)正逐漸朝深海、遠(yuǎn)海方向拓展，鋪設(shè)長(zhǎng)距離油氣回收管道的成本越來(lái)越高，風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大。目前解決這一難題最有效的途徑是在海上建設(shè)油氣加工廠，即浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置（Floating Production Storage and Offloading, FPSO）。海洋石油工程（青島）有限公司承建的巴油FPSO P67船部署在巴西東南海域，船長(zhǎng)320m，寬74m，作業(yè)水深200m，上部分布有16個(gè)模塊（見(jiàn)圖1），最重的模塊重約1600t，采用浮吊吊裝到甲板底座上[1]。由于模塊在吊裝過(guò)程中會(huì)受海浪、風(fēng)速及模塊自身因素的影響，很難將其精確安裝到甲板底座位置上，因此尋找一種有效的模塊安裝導(dǎo)向定位方法對(duì)于提高模塊的安裝質(zhì)量、縮短吊機(jī)使用時(shí)間而言至關(guān)重要。本文針對(duì)巴油FPSO P67船模塊安裝集成中的精準(zhǔn)定位方法進(jìn)行相關(guān)分析。

圖1 巴油FPSO P67船模塊布置圖

1 模塊安裝分析

由于巴油FPSO P67船的上部模塊和船體都是在巴西建造、拖運(yùn)至青島吊裝集成的，因此在安裝之前沒(méi)有可參考的甲板底座和立柱位置測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)，立柱與底座中間采用一個(gè)球形支座固定[2]，底座四周通過(guò)限位裝置將立柱卡住[3]，限位裝置與立柱之間塞有橡膠緩沖塊（見(jiàn)圖2），這都與以往的FPSO模塊直接固定到船甲板底座上的方式不同。因此，在安裝模塊過(guò)程中需保證每個(gè)部件的位置，只有如此才能精確地將模塊放置到球形支座上。為了實(shí)現(xiàn)模塊的精確定位安裝，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的使用起著至關(guān)重要的作用。

圖2 模塊安裝示意

2 模塊導(dǎo)向結(jié)構(gòu)分析

模塊導(dǎo)向結(jié)構(gòu)主要有插件式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)2種，巴油FPSO P67船模塊安裝采用插件式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)；導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)形式是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)第一種結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。下面從導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和安裝工藝2個(gè)方面進(jìn)行對(duì)上述2種導(dǎo)向結(jié)構(gòu)分析。

2.1 插件式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

插件式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖3，主要由導(dǎo)向套、導(dǎo)向軸、連接板、十字插件板和筋板組成，導(dǎo)向軸為管式結(jié)構(gòu)，十字插件板插入管內(nèi)，導(dǎo)向套通過(guò)連接板固定在立柱上，導(dǎo)向軸固定在底座上，為防止模塊在插入過(guò)程中發(fā)生變形，四周焊接有筋板[4]。

2.1.2 安裝工藝

導(dǎo)向軸和導(dǎo)向套單面的間隙為12.5mm，在吊裝模塊之前，必須對(duì)各甲板底座和立柱進(jìn)行精確的定位測(cè)量，確保吊裝時(shí)準(zhǔn)確地將模塊插到導(dǎo)向軸內(nèi)。

1) 插件式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)位于A軸外側(cè)（見(jiàn)圖4），測(cè)量上部模塊中心與船體底座中心之間的距離，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均衡上部模塊與船體底座的偏差，確定每根立柱中心在船體底座上的定位點(diǎn)，根據(jù)中心點(diǎn)得到縱向中心線、橫向中心線、球形支座的輪廓線和導(dǎo)向軸的定位線；

圖3 插件式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)示意

2) 根據(jù)立柱中心點(diǎn)確定導(dǎo)向套的位置，并通過(guò)連接板將其焊接至立柱上；

3) 在吊裝模塊過(guò)程中，當(dāng)模塊接近球形支座時(shí)，先將A軸側(cè)的立柱緩慢降至支座上，在此過(guò)程中觀察導(dǎo)向套與導(dǎo)向軸之間的間隙，防止偏斜，隨后將另2個(gè)方向的立柱緩慢降至支座上；

4) 檢查立柱與球形支座的位置，確認(rèn)無(wú)誤之后切除導(dǎo)向套和導(dǎo)向軸，焊接球形支座。

由以上安裝工藝可知，通過(guò)導(dǎo)向軸和導(dǎo)向套可實(shí)現(xiàn)模塊的精確定位，但需在吊裝過(guò)程中緩慢下降，長(zhǎng)時(shí)間占用吊機(jī)；從導(dǎo)向結(jié)構(gòu)安裝的角度來(lái)看，需將導(dǎo)向套焊接到模塊主結(jié)構(gòu)上，每次安裝之后都需將其切除，且需開(kāi)坡口焊接，工作量較大，難以保證把用過(guò)的導(dǎo)向套應(yīng)用到下一個(gè)模塊，不利于模塊的快速安裝。

2.2 導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)

圖5為導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)定位示意，該導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)為三角板形式，由導(dǎo)向板1、導(dǎo)向板2和導(dǎo)向板3組成，根據(jù)模塊立柱下降到甲板底座上的不同順序安裝不同數(shù)量的導(dǎo)向板，全部導(dǎo)向板采用填角焊接，且切除之后不影響再次使用[5]。

圖4 插件式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)定位示意

圖5 導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)定位示意

在吊裝模塊過(guò)程中，當(dāng)模塊接近球形支座時(shí)，先將B軸左側(cè)立柱緩慢降至支座附近約50mm處，在此過(guò)程中觀察立柱與導(dǎo)向板之間的間隙，隨后將另3個(gè)位置的立柱緩慢降至支座附近約50mm處，借助放置在A軸右側(cè)底座外側(cè)導(dǎo)向板處的2個(gè)千斤頂進(jìn)行位置的微調(diào)（見(jiàn)圖6），調(diào)整到位之后將模塊降至球形支座上，實(shí)現(xiàn)模塊的安裝就位。

通過(guò)對(duì)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化可知，采用導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)可使模塊準(zhǔn)確無(wú)誤地安裝到球形支座上，實(shí)現(xiàn)模塊的精確就位，且安裝和拆除簡(jiǎn)單。采用插件式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)雖然定位精度較高，但在安裝時(shí)很難一次性將模塊插到導(dǎo)向軸內(nèi)；同時(shí)，由于每個(gè)模塊重約1000t，在吊裝過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整不僅困難，而且吊機(jī)占用時(shí)間相比導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)更長(zhǎng)，會(huì)提高安裝成本，不利于模塊的快速安裝。

圖6 千斤頂輔助找正示意

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2種導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，采用導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)形式更具有使用價(jià)值。該導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)已在海洋石油工程（青島）有限公司承建的巴油FPSO P70船的模塊安裝中得到應(yīng)用，提高了安裝效率，降低了吊機(jī)占用時(shí)間。該導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用可為其他同類(lèi)模塊的安裝提供借鑒。