基于起重船的海洋油氣設(shè)備吊裝工藝分析

鄭興周，劉建峰，李石峰

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

大型設(shè)備的吊裝是海上油氣平臺(tái)大型改造的關(guān)鍵里程碑點(diǎn)，也是施工風(fēng)險(xiǎn)最大的作業(yè)點(diǎn)。海上大型設(shè)備的吊裝需要考慮的因素比較多，根據(jù)API 規(guī)范要求，需要考慮吊耳設(shè)計(jì)、撐桿設(shè)計(jì)、鎖具選擇、起重船選擇、起重船就位等。以某項(xiàng)目透平吊裝為例，詳細(xì)說(shuō)明大型設(shè)備的海上吊裝工藝。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

中海油渤海某平臺(tái)因電力缺口，需要新增一套SOLAR T60 透平機(jī)組，透平機(jī)組本體吊裝重量為40 t。由于該平臺(tái)吊機(jī)使用年限較長(zhǎng)，目前吊機(jī)的吊裝能力僅為15 t 左右，無(wú)法滿足透平機(jī)組本體的吊裝需求，因此需要采用起重船進(jìn)行吊裝作業(yè)。

2 吊裝形式確定

設(shè)備的吊裝形式一般由設(shè)備制造商根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)提供設(shè)備吊裝推薦形式，施工方根據(jù)設(shè)備制造商提供的推薦形式進(jìn)行吊裝分析。本項(xiàng)目中，SOLAR 提供的吊裝形式如圖1 所示，其中撐桿材料選擇4.5 m的H700×300×13×24 的H型鋼進(jìn)行吊裝分析。

圖1 設(shè)備吊裝

3 吊裝分析

3.1 吊裝模型

應(yīng)用SACS 計(jì)算軟件進(jìn)行吊裝模型分析，考慮到透平模塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其底座梁強(qiáng)度較強(qiáng)，不需要進(jìn)行模擬校核，因此在吊裝模型中只模擬了由4 個(gè)吊耳圍成的底座梁框架，該框架的桿件為H600×300×13×24，桿件密度取0.0001 t/m3。而透平整體重量是以集中力的形式加載在其重心的水平位置的節(jié)點(diǎn)上。鋼絲繩的角度選擇，以規(guī)范規(guī)定的最小值60°進(jìn)行設(shè)置[1]。透平的整體吊裝模型如圖2 所示。

圖2 透平吊裝模型桿件

3.2 結(jié)構(gòu)加載

本項(xiàng)目中透平本體自重為400 kN（F01），撐桿自重為5.28 kN（DEAD），考慮1.1 倍的安全系數(shù)及根據(jù)API 規(guī)范要求，對(duì)于開(kāi)敞暴露海域（即海上）進(jìn)行的吊裝，對(duì)于吊點(diǎn)和直接與吊點(diǎn)相連的結(jié)構(gòu)桿件，應(yīng)考慮2.00 的動(dòng)力放大系數(shù)；對(duì)于其他傳遞吊裝力的結(jié)構(gòu)桿件，應(yīng)考慮1.35 的動(dòng)力放大系數(shù)[2]，見(jiàn)表1，加載情況見(jiàn)表2。

3.3 名義應(yīng)力校核

在考慮1.10 倍的不確定系數(shù)和2 倍的動(dòng)載系數(shù)下，結(jié)構(gòu)物所有桿件的UC 值最大為0.47，而撐桿的UC 值最大為0.19，都小于1.00，滿足規(guī)范要求。分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 結(jié)構(gòu)加載工況

3.4 鋼絲繩選取

根據(jù)表4 的分析結(jié)果，該撐桿下方所使用的4 根鋼絲繩的最大拉力為299.83 kN（考慮2 倍的動(dòng)載系數(shù)），上方所使用的2根鋼絲繩的最大拉力為544.31 kN（考慮2 倍的動(dòng)載系數(shù)）。根據(jù)這一結(jié)果，選取合適的鋼絲繩鎖具。

表2 基于泥面標(biāo)高的組合工況匯總

表3 桿件分類匯總（API RP2A 21ST/AISC 9TH）

表4 桿件應(yīng)力與彎矩

3.5 起重船校核

起重船的選擇需要根據(jù)設(shè)備吊裝重量及船舶作業(yè)檔期進(jìn)行初步選擇，然后根據(jù)目標(biāo)起重船的吊裝曲線進(jìn)行校核。本項(xiàng)目的目標(biāo)起重船為海油工程旗下的濱海109 起重船，其吊裝曲線如圖3 所示。起重船的校核主要考慮吊裝能力、吊裝半徑、吊裝高度3 個(gè)因素，3 個(gè)因素同時(shí)滿足才能使用。本項(xiàng)目透平本體加上吊索具的重量整體吊裝重量約為50 t；考慮起重船離海洋油氣平臺(tái)大于10 m 的安全距離，本項(xiàng)目的吊裝半徑為30 m；本項(xiàng)目設(shè)備安裝甲板高度為29 m，吊索具整體高度約為13 m，因此項(xiàng)目整體吊裝高度需要大于42 m。根據(jù)起重船的吊裝曲線，在吊裝半徑為30 m 的情況下，起重船主鉤的吊裝能力為250 t，吊裝高度為62 m，均能滿足項(xiàng)目需求。

4 結(jié)語(yǔ)

圖3 起重船吊裝曲線

隨著海洋工程行業(yè)的發(fā)展，大型海洋油氣設(shè)備的海上吊裝技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但仍屬于海洋工程重大風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于海洋環(huán)境復(fù)雜，目標(biāo)起重船確定以后，需要依據(jù)船舶的性能選擇合適的作業(yè)時(shí)間窗口，根據(jù)油田的周圍的海管海纜路由情況，選擇合適的就位方案。嚴(yán)密的吊裝作業(yè)方案才能保證吊裝過(guò)程順利、安全地實(shí)施。