海洋平台发电机组调平可控液压顶升系统的设计与应用

章怡圣 张东亮 李君华 杨 翔

(海洋石油工程股份有限公司)

海洋平台发电机组调平可控液压顶升系统的设计与应用

章怡圣 张东亮 李君华 杨 翔

(海洋石油工程股份有限公司)

针对渤海蓬莱19-3油田二期开发平台超大、超重且重心超高的发电机组吊装后造成机组底座变形、需对机组进行二次调平的问题,通过对现有称重系统进行改造,设计了8组控制回路控制16个顶升点的可控液压顶升系统,并成功地对机组进行了二次调平作业。与传统的手动液压顶升方式相比,利用可控液压顶升系统进行调平,工艺流程连续、简捷,就位精度高,对同类工程作业具有较高的参考价值。

海洋平台 发电机组 设备调平 可控液压顶升系统

随着海洋平台技术的发展和油田开发规模的不断扩大,大型设备越来越多地被用于平台,在渤海蓬莱19-3油田二期开发中,由两台透平发电机组成的发电机组(单台发电机设计功率为28.7 MW,重约390 t)坐落在底座基础上。为保证发电机正常投入使用,需要对发电机组进行二次调平作业,更换掉临时支撑垫块。对海上平台如此超大、超重且重心高的设备进行二次调平作业,目前国内尚属首次。通过对海洋平台称重系统进行改造,采用可控液压顶升系统,成功地完成了此次海上调平作业,对同类工程作业有较高的参考价值。

1 整个发电机组调平的难点

(1)平台空间狭小 平台主甲板尺寸约为66 m×32m,发电机组安装后占据整个甲板约2/3的空间,设备最高处高约20 m,如果采用大型起重设备吊装,一是起吊空间不足,主甲板已无足够的空间容纳大型起重设备;二是受平台额定承载能力影响,甲板不允许再放置此类大型设备,且平台设备集中,存在重大安全隐患。

(2)作业船难以完成二次吊装作业 “蓝疆号”完成发电机组海上初次吊装作业后,在进行海上二次调平作业过程中,因受海上风、浪等气候影响,无法对毫米级调平要求的设备在空中进行姿态控制,尤其是在设备回落过程中,无法保证整个机组能平稳、精确就位,不可避免地会对平台产生巨大的冲击,造成平台底座再次变形,特别是在空间狭小、设备集中的平台上,安全性很难保证而且作业费用高。

(3)传统手动液压作业不能满足要求 利用多人同时操作多台液压千斤顶的传统操作方式很难保证各顶点同步顶升和回落,会造成各顶点承受载荷不均,某些顶点会因承载过大而被破坏,造成设备发生偏移或者对平台产生巨大冲击。若设备发生偏移,还要启用“蓝疆号”作业船再次进行就位吊装,这样海上施工费用将会大大增加。

2 可控液压顶升系统设计

2.1 液压同步顶升设计

要保证发电机组在提升和回落过程中姿态平稳,并能精确就位,传统手动液压顶升作业方式很难做到这一点。

利用现有称重系统对海洋平台进行重量及重心测量时,需将平台顶升到某一平衡位置,通过各顶升点所受压力及各顶升点之间相对位置来计算平台的重量及重心位置。要把平台控制在某一平衡位置,系统只能以“位移”优先来控制各顶升点位移。以位移优先来控制各顶升点位移量,会导致各顶升点之间所承受的压力有很大差别,这就对各顶承载能力和基础承载能力有较高的要求。要避免单点承载过大并保证各顶升点均匀受力,系统要以“压力”为优先来控制各顶升点位移量,将整个机组提升到一定高度,更换临时支撑垫块后平稳就位,即可完成调平工作,也无需将机组顶升到平衡位置。可控液压顶升技术利用中央操作平台对各顶点集中控制,能把各液压千斤顶位移和承载精度控制在允许的范围内,使整个设备在提升和回落过程中处于完全可控状态,从而保证设备姿态平稳并能精确就位,避免设备在调平过程发生倾斜或偏移。

现有称重系统仅能提供8组可升降回路,可以对8个点进行升降控制。系统通过8组控制回路,分别对8个顶升点进行控制。如上所述,如果将受力点从8个分解成16个,那么各点所承受的载荷将会大大降低。现场各顶升点位置布置时,若两顶升点之间距离过大,可能会引起机组底座弯曲变形。若用一组控制回路同时控制两个液压千斤顶,要考虑两顶升点位置、油管线长短对油缸内油压产生的影响。系统控制中心将两个油缸的压力差设置在一定的范围内,工作时压力传感器将检测到的压力传给控制中心,若两个油缸的压差超出设定范围,控制中心通过控制电磁换向阀关闭压力较高的油缸进油,另一个油缸保持进油,使压差达到设定的范围。

2.2 液压千斤顶设计

现场千斤顶作业空间最大高度为140 mm,目前称重系统自带的液压千斤顶的本体高度(380 mm)无法满足要求,新设计的千斤顶本体高度必须满足现场作业要求,液压顶升结构见图1。

图1 液压顶升结构图

“蓝疆号”在海上对发电机组进行吊装作业时已造成机组平台基础变形,这给机组调平作业带来很大的难度和不确定性。受现场顶升作业空间和液压千斤顶工作行程的限制,千斤顶设计中一是考虑平台基础单点承载能力不能过大,过大会产生二次变形;二是单顶额定设计承载不能过大,过大对千斤顶加工制造的要求会更高,费用会大大增加。鉴于以上两点,控制点数量和额定设计承载是千斤顶设计的关键,必须保证各点所承受的重量控制在额定设计承载范围之内。液压千斤顶设计参数见表1。

表1 液压千斤顶设计参数

2.3 液压千斤顶布置

从现场各底板相对高度测量数据来看,在靠近设备重心位置平台基础已发生变形,因此在千斤顶布置上要考虑此因素的影响。为保证机组在提升和下放过程的安全性,靠近设备重心两侧布置了10个千斤顶,以便各顶尽可能均匀地受力。液压千斤顶布置见图2。

2.4 液压顶升操作程序

顶升系统的操作流程为顶升准备、参数设置、顶紧操作、系统顶升、到位和调整、更换垫片、系统下降、到位停机。整个顶升回落过程连续、简捷、周密,系统顶升到位后,对于单点达不到要求的,也可进行手动单独控制操作。

图2 平台基础和液压千斤顶布置示意图

由于发电机组在升降过程中各顶受力复杂,为确保顶升作业的安全,顶升过程中必须对各顶所受压力进行实时监控,以确保各顶所承受载荷控制在允许范围内。为控制机组在提升和下放过程的姿态,保证机组平稳精确就位,根据现场实际情况,选取在①、④、⑤和⑧号千斤顶上分别布置1个位移传感器,对设备整个姿态进行监控。

本次发电机组调平共进行了4次顶升操作,选择第一次顶升过程中各点参数进行分析。第一次顶升操作液压千斤顶行程设置14.4 mm,位移传感器初始值置“0”,系统警报压力50M Pa,系统8组控制回路中,选择用两个液压千斤顶并联共用一个回路,系统分别对两点进行控制,顶升系统第一次顶升操作液压千斤顶实测数据见表2。

表2 顶升系统第一次顶升操作液压千斤顶实测数据

从表2可以看出,最大承载点是○16号顶(39.8 M Pa,fman=32.1 t),与理论上计算出的最大承载点不一致,这是因为理论计算值是在假设各顶升点在同一水平面上且各顶升点之间距离很小的情况下得出的,而现场实际顶升点的位置发生了变化,各顶升点所受的力也更为复杂。因此,系统必须控制各点所承受的重量不超过额定设计承载。

通过对各点所受压力进行计算,整个机组重量为421 t,超出理论重量(390 t)8%。表1中单点最大计算承载是在机组底座未发生变形且各支撑点在同一水平面上所计算出来的最大理论计算值,没有考虑机组临时支撑支架重量的影响。若按实际重量计算,单点最大计算承载为31.1 t,和实际单点最大承载非常接近。在整个机组升降过程中,设备姿态平稳,四点同步位移误差均控制在1 mm内,重心两侧各点受力比较均匀。

此次作业实际结果与理论估算结果整体上比较吻合。由于各支撑点受力复杂,从经济性上和海上施工的安全性上考虑,合理的安全系数以及额定设计载荷的选择是十分重要的。

3 可控液压顶升系统与传统手动液压顶升方式的比较

与传统的手动顶升方式相比,可控液压顶升系统的工艺流程连续、简捷、周密、精度高。在系统顶升、回落过程中,能使设备重心基本保持不变,这样就消除了整个机组在调平过程发生偏移倾覆的危险。可控液压顶升系统与传统手动液压顶升方式效果对比见表3。

表3 可控液压顶升系统与传统顶升系统效果对比

另外,当手动液压顶升作业操作不当导致机组发生滑落时,将会再次动员“蓝疆号”完成海上吊装作业,因此从安全及费用上来看,与传统顶升作业方式相比,采用可控液压顶升系统优势明显,特别是在空间狭小、人员集中的海上平台上作业。

4 结束语

随着海洋平台技术的发展和油田开发规模的不断扩大,大型设备会越来越多地用于平台,传统整体吊装作业对起重作业船要求较高,项目投资也较大,采用可控液压同步顶升技术对平台大型设备进行调平作业,是一种既经济又快捷的方法。

(编辑:叶秋敏)

Design and application of controllable hydraulic jacking system for genera tor package leveling on offshore platform

Zhang Yisheng Zhang Dongliang Li Junhua Yang Xiang
(China Offshore Oil Engineering Co. Ltd.,Tianjin,300452)

During the phase II development of PL19-3 oil field in Bohai Sea,the base of turbine generator package deform ed after lifting it integrally onto the platform due to its overlarge size,overweight and over high center of gravity,sore-leveling the package is needed on the platform.Through modifying the current weighing system,we designed acontrollable hydraulic jacking system with eight group s of control loop s to control sixteen hydraulic jacks,which was used successfully for the re-leveling operation.Com pared with the traditional manual hydraulic jacking method,the controllable hydraulic jacking system is characterized with continuous and simple technical process as well as high positioning precision,so it has high reference value to the similar projects later.

offshore platform;turbine generator;equipment leveling;controllable hydraulic jacking system

章怡圣,男,高级工程师,主要从事海洋平台生产装置的联接调试。地址:天津市塘沽区闸北路3号536信箱(邮编: 300452)。E-mail:zhangys@m ail.cooec.com.cn。

2008-10-23 改回日期:2009-03-02