海洋石油平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)吊裝工藝的研究

方春偉，劉寶祎，高指林，王楊健，劉佳

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

1 引言

隨著海上油氣田開發(fā)逐步向深海推進(jìn)，海上平臺(tái)和FPSO正在向大型化、模塊化方向發(fā)展，陸地建造涉及鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、管線、電氣儀表通訊及防腐舾裝等施工工作。海上平臺(tái)和FPSO上設(shè)備數(shù)量眾多，重量涵蓋從幾噸至上百噸不等，設(shè)備吊裝是平臺(tái)建造的重要工作任務(wù)。目前，燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)作為海洋石油平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備，不同廠家，或者同一廠家的不同型號(hào)的設(shè)備，吊裝工藝都有所差異。

本文基于國(guó)內(nèi)海洋油氣田開發(fā)項(xiàng)目常用的Solar TurbinesT130 GS 和Solar TurbinesT60 GS，對(duì)兩種不同類型大型重型設(shè)備的吊裝工藝進(jìn)行了相關(guān)探討，為后續(xù)類似設(shè)備的吊裝工藝具有一定的指導(dǎo)意義。

2工作原理和特點(diǎn)

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)的功能是將燃料油或油氣田產(chǎn)生的天然氣與空氣混合燃燒后驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)用于平臺(tái)的電力能源設(shè)備，其主要由燃?xì)馔钙綑C(jī)（壓氣機(jī)、燃燒室和動(dòng)力渦輪）、發(fā)電機(jī)、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)等組成。壓氣機(jī)連續(xù)從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料（通過柴油系統(tǒng)或天然氣系統(tǒng)供給）混合后燃燒，成為高溫燃?xì)獠a(chǎn)生機(jī)械動(dòng)能，隨即流入燃?xì)馔钙街信蛎涀鞴?，推?dòng)透平葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；通過聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，為海上石油平臺(tái)提供電能[1]。

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)具有系統(tǒng)效率高，工作可靠，應(yīng)用靈活，節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，同時(shí)，成撬設(shè)計(jì)集成度非常高，其中燃料系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，同期裝置和勵(lì)磁系統(tǒng)均成撬，設(shè)備安裝工期短，適用于海上石油平臺(tái)的電力能源設(shè)備[2]。

3吊裝關(guān)鍵工藝

燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)是集燃料系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，同期裝置和勵(lì)磁系統(tǒng)成撬的大型復(fù)雜設(shè)備，主要由透平機(jī)、發(fā)電機(jī)、底座、冷凝器、控制柜、空氣進(jìn)氣濾器、進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)、消音器和排煙系統(tǒng)等部分組成[3]，總體模型見圖1所示。國(guó)內(nèi)外各廠家設(shè)計(jì)的成撬結(jié)構(gòu)大同小異，本文基于國(guó)內(nèi)海洋油氣田開發(fā)項(xiàng)目常用的Solar TurbinesT130 GS 和Solar TurbinesT60 GS為例，對(duì)兩種不同類型設(shè)備的整體和分體吊裝工藝進(jìn)行談?wù)?，總結(jié)出各自的優(yōu)勢(shì)，為燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)吊裝工藝的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行技術(shù)積累。

設(shè)備詳細(xì)參數(shù)見表1所示。吊裝過程中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括撐桿設(shè)計(jì)、吊索具設(shè)計(jì)和安裝形式等方面內(nèi)容。

表1 Solar TurbinesT60 GS和T130 GS詳細(xì)參數(shù)表

Solar燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)主撬設(shè)備為美國(guó)進(jìn)口，外面采取出口木箱作為保護(hù)，設(shè)備的重量和重心等詳細(xì)信息需要在設(shè)備木箱上需要標(biāo)識(shí)，以便于設(shè)備的吊裝和運(yùn)輸。設(shè)備木箱吊裝和撐桿掛扣的典型圖見圖3所示。

圖2 設(shè)備木箱和撐桿典型圖

廠家的吊裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為吊杠或者吊耳板，用于設(shè)備本體的吊裝工作，其吊裝的典型圖見圖3所示。

圖3 設(shè)備吊裝結(jié)構(gòu)典型圖

3.1 整體吊裝工藝

整體吊裝工藝為一種常見的吊裝流程，適用于透平機(jī)和發(fā)電機(jī)集成在同一底座的設(shè)備[4]。Solar TurbinesT60 GS主體重量為51.8噸，廠家將透平機(jī)和發(fā)電機(jī)成撬于同一底座，有利于整體吊裝工藝的實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)拆除運(yùn)輸木箱后的狀態(tài)圖見圖4所示。設(shè)備廠家根據(jù)裝箱設(shè)備的重量和重心信息，設(shè)計(jì)專用撐桿和吊索具，以保證設(shè)備吊裝過程中的平穩(wěn)，Solar TurbinesT60 GS的詳細(xì)配扣信息見圖5所示。從配扣信息中可以發(fā)現(xiàn)，透平端和發(fā)電機(jī)端的鋼絲繩長(zhǎng)度是不同的，這是在保證吊裝水平的條件下，依據(jù)設(shè)備重量和重心詳細(xì)計(jì)算的結(jié)果。因此，設(shè)備吊裝應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D中信息進(jìn)行配扣，不然將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故，造成難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。

圖4 Solar TurbinesT60 GS裝箱示意圖

圖5 Solar TurbinesT60 GS配扣圖

3.2 分體吊裝工藝

分體吊裝工藝適用于設(shè)備整體重量較大或者設(shè)備的不同功能模塊無法設(shè)計(jì)在同一底座的情況[5]。Solar TurbinesT130 GS的主體重量為92噸，廠家綜合考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模塊化建造和維修等因素，將燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)劃分為透平機(jī)和發(fā)電機(jī)兩個(gè)模塊制造，其中，透平機(jī)模塊為47噸，發(fā)電機(jī)模塊為45噸，每個(gè)模塊單獨(dú)裝箱運(yùn)輸。Solar TurbinesT130 GS的透平機(jī)和發(fā)電機(jī)的詳細(xì)配扣信息分別見圖6和圖7所示。從配扣信息中可以發(fā)現(xiàn)，透平機(jī)和發(fā)電機(jī)的配扣信息是不同的，以保證分體吊裝的獨(dú)立模塊的安全性。

圖6 Solar TurbinesT130 GS透平機(jī)配扣圖

3.3 綜合比較

通過對(duì)不同類型的燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)應(yīng)用整體吊裝和分體吊裝工藝，從吊裝效率、安裝進(jìn)度和質(zhì)量等方面綜合對(duì)比，得出以下結(jié)論。

（1）分體吊裝一般適用于重型設(shè)備或設(shè)備不同模塊無法集成的情況。采用分體吊裝時(shí)，對(duì)人力和工機(jī)具資源配置要求高，占用時(shí)間長(zhǎng)，將在一定程度上增加施工成本，滯后設(shè)備安裝進(jìn)度。在保證設(shè)備吊裝安全的條件下，通過設(shè)計(jì)使用兩臺(tái)吊車站位滑道兩側(cè)，對(duì)透平機(jī)和發(fā)電機(jī)協(xié)同吊裝的方案，可以有效提高吊裝效率和安裝進(jìn)度。

（2）局限于設(shè)備重量和重心等因素，整體吊裝工藝作為一種常見的吊裝流程，具有效率高和成本低特點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文以國(guó)內(nèi)海洋油氣田開發(fā)項(xiàng)目常用的Solar TurbinesT130 GS 和 Solar TurbinesT60 GS為依托，分析了吊裝工藝中關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的措施。燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)價(jià)值高，制造周期長(zhǎng)，作為海洋石油平臺(tái)的核心設(shè)備，如何安全有效地完成平臺(tái)成撬至關(guān)重要。因此，吊裝方案的優(yōu)劣，對(duì)提高安裝效率極其重要。通過對(duì)整體吊裝和分體吊裝兩種吊裝工藝做了相關(guān)探討，總結(jié)出各自的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明，整體吊裝工藝具有效率高和成本低特點(diǎn)；而分體吊裝設(shè)計(jì)兩臺(tái)吊車對(duì)透平機(jī)和發(fā)電機(jī)協(xié)同吊裝的方案，可以有效提高吊裝效率和安裝進(jìn)度，明顯縮短項(xiàng)目工期，減少項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，上述經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似工程項(xiàng)目具有重要的指導(dǎo)意義。