大型FPSO模块安装的精确定位方法分析

2019-05-20刘传辉薛玉辉徐大才

船舶与海洋工程 2019年2期

刘传辉，石亮，薛玉辉，徐大才

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

0 引言

从全球范围来看，迄今新发现的油气田中有60%位于海上，同时海洋油气开发正逐渐朝深海、远海方向拓展，铺设长距离油气回收管道的成本越来越高，风险越来越大。目前解决这一难题最有效的途径是在海上建设油气加工厂，即浮式生产储油卸油装置（Floating Production Storage and Offloading, FPSO）。海洋石油工程（青岛）有限公司承建的巴油FPSO P67船部署在巴西东南海域，船长320m，宽74m，作业水深200m，上部分布有16个模块（见图1），最重的模块重约1600t，采用浮吊吊装到甲板底座上[1]。由于模块在吊装过程中会受海浪、风速及模块自身因素的影响，很难将其精确安装到甲板底座位置上，因此寻找一种有效的模块安装导向定位方法对于提高模块的安装质量、缩短吊机使用时间而言至关重要。本文针对巴油FPSO P67船模块安装集成中的精准定位方法进行相关分析。

图1 巴油FPSO P67船模块布置图

1 模块安装分析

由于巴油FPSO P67船的上部模块和船体都是在巴西建造、拖运至青岛吊装集成的，因此在安装之前没有可参考的甲板底座和立柱位置测量数据。同时，立柱与底座中间采用一个球形支座固定[2]，底座四周通过限位装置将立柱卡住[3]，限位装置与立柱之间塞有橡胶缓冲块（见图2），这都与以往的FPSO模块直接固定到船甲板底座上的方式不同。因此，在安装模块过程中需保证每个部件的位置，只有如此才能精确地将模块放置到球形支座上。为了实现模块的精确定位安装，导向结构的使用起着至关重要的作用。

图2 模块安装示意

2 模块导向结构分析

模块导向结构主要有插件式导向结构和导向板结构2种，巴油FPSO P67船模块安装采用插件式导向结构；导向板结构形式是通过现场施工对第一种结构的改进。下面从导向结构的特点和安装工艺2个方面进行对上述2种导向结构分析。

2.1 插件式导向结构

2.1.1 结构组成

插件式导向结构示意见图3，主要由导向套、导向轴、连接板、十字插件板和筋板组成，导向轴为管式结构，十字插件板插入管内，导向套通过连接板固定在立柱上，导向轴固定在底座上，为防止模块在插入过程中发生变形，四周焊接有筋板[4]。

2.1.2 安装工艺

导向轴和导向套单面的间隙为12.5mm，在吊装模块之前，必须对各甲板底座和立柱进行精确的定位测量，确保吊装时准确地将模块插到导向轴内。

1) 插件式导向结构位于A轴外侧（见图4），测量上部模块中心与船体底座中心之间的距离，根据实测数据均衡上部模块与船体底座的偏差，确定每根立柱中心在船体底座上的定位点，根据中心点得到纵向中心线、横向中心线、球形支座的轮廓线和导向轴的定位线；

图3 插件式导向结构示意

2) 根据立柱中心点确定导向套的位置，并通过连接板将其焊接至立柱上；

3) 在吊装模块过程中，当模块接近球形支座时，先将A轴侧的立柱缓慢降至支座上，在此过程中观察导向套与导向轴之间的间隙，防止偏斜，随后将另2个方向的立柱缓慢降至支座上；

4) 检查立柱与球形支座的位置，确认无误之后切除导向套和导向轴，焊接球形支座。

由以上安装工艺可知，通过导向轴和导向套可实现模块的精确定位，但需在吊装过程中缓慢下降，长时间占用吊机；从导向结构安装的角度来看，需将导向套焊接到模块主结构上，每次安装之后都需将其切除，且需开坡口焊接，工作量较大，难以保证把用过的导向套应用到下一个模块，不利于模块的快速安装。

2.2 导向板结构

图5为导向板结构定位示意，该导向板结构为三角板形式，由导向板1、导向板2和导向板3组成，根据模块立柱下降到甲板底座上的不同顺序安装不同数量的导向板，全部导向板采用填角焊接，且切除之后不影响再次使用[5]。

图4 插件式导向结构定位示意

图5 导向板结构定位示意

在吊装模块过程中，当模块接近球形支座时，先将B轴左侧立柱缓慢降至支座附近约50mm处，在此过程中观察立柱与导向板之间的间隙，随后将另3个位置的立柱缓慢降至支座附近约50mm处，借助放置在A轴右侧底座外侧导向板处的2个千斤顶进行位置的微调（见图6），调整到位之后将模块降至球形支座上，实现模块的安装就位。

通过对导向结构进行优化可知，采用导向板结构可使模块准确无误地安装到球形支座上，实现模块的精确就位，且安装和拆除简单。采用插件式导向结构虽然定位精度较高，但在安装时很难一次性将模块插到导向轴内；同时，由于每个模块重约1000t，在吊装过程中进行调整不仅困难，而且吊机占用时间相比导向板结构更长，会提高安装成本，不利于模块的快速安装。