海洋工程结构物装船设备现状分析与展望

周执伟

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

结构物装船是指海洋结构物选择陆地模块化建造海上组装连接，采用普通驳船或半潜式驳船等作为载体将陆地建造的结构物或模块装船的施工工程。根据结构物吨位、形式差异，采用不同的施工工艺，对于万吨以下的结构物，通常采用液压绞车、SPMT（自行式模块运输车）进行装船，对于万吨及以上的结构物通常采用Strand Jack（钢绞线千斤顶）、Skidding System（滑移系统）。此外，法国HEBETEC ENGINEERING LTD公司开发出了APS-System（空气气垫滑移系统），ENERPAC荷兰公司开发出了Pulling and Pushing Jack（推拉千斤顶）等。根据使用设备的不同，施工方式也各不相同。

1 海洋工程结构物装船设备

1.1 液压绞车

液压绞车装船方式已在我国国内应用超过20年，是最传统、最经济的装船方式。其主要施工原理是利用液压绞车连接滑轮组实现增大拉力，牵引结构物前移的过程。其作业能力范围通常从几百吨至几千吨。其主要配套设备资源见表1。

1.2 拉力千斤顶

海油工程是国内首次自主使用拉力千斤顶的公司，自2008年起使用国产拉力千斤顶装船业务，完成了中海油31个结构物装船。在世界范围内，知名的千斤顶生产厂家包括荷兰Enerpac公司，英国DLT公司，法国HTE公司，在国内具有生产拉力千斤顶的知名厂家有柳州OVM公司。这些公司为桥梁、市政基建、海上油气等行业提供了不同规格的拉力千斤顶。根据需求拉力不同，千斤顶拉力从15t拉力到1400t拉力不等。

拉力千斤顶工作原理如图1所示：

图1 拉力千斤顶及其工作原理

1.3 自行式模块运输车（SPMT）

自行式模块运输车又称自行式液压平板车。主要应用于重、大、高、异型结构物的运输，主要包括两大部分：承载车身及动力系统。其优点主要有：

（1）可4轴、6轴、8轴、多轴组合，运载能力从几百吨至万吨。使用灵活、装卸方便、载重量大，常用4轴、6轴、8轴，在多轴组合的情况下运载能力可达50000吨以上。

（2）场地要求低。与滑移装船相比，SPMT小车无需特制滑道。对地基承载力要求为10t/m2。

（3）与滑移装船方式比较，SPMT方向灵活，可以实现直线行驶、侧向行驶、旋转等动作。

（4）承载轮胎高度自动补偿，这使得在凹凸不平的地面上，SPMT能保持受力均衡，但最大的地面高差一般不得超过30cm。

图2 SPMT自行式模块运输车

1.4 液压滑移系统

液压滑移系统由千斤顶系统（垂直承载千斤顶、水平推移千斤顶）、动力系统、滑道组成。单个系统承载力从200t至2500t不等，广泛应用于海洋石油平台、桥梁、重型装备等钢结构的提升和滑移施工。其工作原理是：首先，根据结构物重量选择相当数量的系统单元。然后，通过垂直承载千斤顶顶升，将载荷转移到滑靴，由滑道承载。再次，夹持系统夹持滑道，提供推移千斤顶推力的反作用力。最后，水平推移千斤顶伸缸推动载荷在滑道上滑移。

图3 液压滑移系统结构图

液压滑移系统需要有专用的滑道，可以通过多条滑道实现超大吨位的结构物滑移装船，在半潜式平台的下部船体装船施工中，由于船体下部结构强度关系，该系统能完全承载船体纵向载荷，同时水平受力由滑靴承载，对船体结构不构成影响。

1.5 APS-system气垫滑移系统

气垫滑移系统是由承载千斤顶和移动单元、液压动力站单元、供气单元、推进千斤顶、滑道组成。承载单元及移动单元集成一体，通过液压顶升将结构物顶升，载荷转移至滑移系统，气垫单元加气实现气垫与滑道间空气层，达到较小摩擦力的效果，推拉千斤顶动作实现一次短距滑移。其作业能力可实现50-100000t级的结构物滑移，法国HEBETEC公司实现了30000t级的石油平台装船。主要结构如图4。

图4 APS-system系统结构图

APS-system工作原理如图5。

图5 APS系统工作原理图

1.6 推拉千斤顶

该系统由液压夹持系统、推进千斤顶及液压动力站单元、滑道组成，单台千斤顶的推力可达到1000t，可根据现场情况组合。该系统由荷兰ENERPAC公司开发，实现了32000t级的石油平台装船。主要结构如图6。

工作原理：该系统由推力传递梁、推力千斤顶、装配油缸、夹持油缸等组成，施工前进行组装，连接液压动力站。工作时，夹持油缸伸缸，加紧滑道翼板，为千斤顶顶推提供反作用力，两台千斤顶同步伸缸，推力经过推力传递梁，作用于结构物滑靴上，当推力大于启动摩擦力时，实现结构物起步，推进一个行程后，夹持油缸放松，千斤顶缩缸，拉动整个系统前移，缩缸一个行程后，夹持油缸夹紧滑道翼板，如此循环，实现推进结构物滑移前进。工作程序如图7。

2 优势劣势对比

图6 推拉千斤顶结构图

图7 推拉千斤顶工作程序图

经过多年发展，出现不同种类的装备，但各种装备具有各自的优点及缺点，并未出现新设备完全淘汰老设备的情况。新设备的出现，丰富了装船装备资源，产生了新的装船方式。因此，在进行项目施工方案设计时，要根据不同设备的优势、劣势选用最优的装备。不同装备优势对比如表2。

表2 各种装备优势劣势对比

3 世界范围内结构物装船、卸船的公司装船纪录

世界第一：2014年10月，在韩国大宇船厂，ALE公司使用12台850t拉力千斤顶，将重达47830t（含DSF）的Arkutun Dagi组块纵向装船。保持装船重量世界第一记录。

国内第一：2013年3月，在海工青岛场地，ALE公司使用8台850t拉力千斤顶，将重达33000t的荔湾3-1CEP组块纵向装船，创造了国内装船重量第一的记录。

2019年6月，ENERPAC公司荷兰子公司，使用8台800t推力千斤顶，将重达31449.9t的隶属阿联酋国家油气建设公司（NPCC）的ULGTP-Umm Lulu Gas Treatment Platform组块纵向装船。对比主要的装船公司，其装船纪录如表3所示。

表3 主要结构物装船公司业绩统计

4 国内大型结构物装船装备展望

海油工程作为国内最大的海洋工程EPCI承包商，目前装船装备包括8台套液压绞车，4套750t拉力千斤顶及SPMT小车，完成了海油工程绝大多数结构物施工。2008年6月在青岛场地首次使用拉力千斤顶将重达16500t的PY30-1导管架装船，也是目前海工自主完成的最重结构物装船项目。随着中国海洋石油集团公司深水战略的推进，陵水17-2开发井正式开钻，标志我国南海深水油气资源开发已迈出实质性步伐，未来将有更多的深水项目有待开发。然而，目前国内装船装备的发展已不能满足深水油田开发中庞大的结构物装船需求。未来国内装船装备的发展可从以下几方面考虑。

4.1 完善装备序列

不同的装船设备具有不同的优点，应发挥液压绞车装船低成本及SPMT小车装船效率高的优势，重点发展Strand jack（钢绞线千斤顶）。钢绞线千斤顶不需要专用滑道，成本较低，且具有丰富的施工经验和成熟的方案，是目前国内针对超大型结构物装船最可行的自主装船方式。对于特殊结构（如半潜式平台船体）需要skidding system或APS-system，目前国内无该项技术，但应当列入发展计划，完善装备序列以满足结构各异、重量不同的结构物的装船需求。

4.2 装备国产化

中国作为世界制造大国，具有完备的工业体系，国内科研单位如机械科学研究总院和生产企业如江苏某液压公司联合研究，完全具备设计、生产、制造大型的Strand jack，Skidding system的能力。从设计上可以参考DLT等公司的设计理念，国内厂家设计制造，可快速地推进装船装备的国产化。

4.3 装备与技术的融合突破

装船设备是海洋工程领域重要装备，工程技术的实现以装备为基础，装备的更新推动装船技术的发展，二者相辅相成。未来面临深水项目时，结构物重量更大，技术要求更高，装备更加复杂，然而国内在装船装备与技术融合方面，复合型人才较缺乏，培养能将装备与技术融合的人才十分重要。

5 结语

以上6种装船方式是目前世界上已成功实施的装船方法。因装备不同、装船方式各异，在实际工程中，施工单位需综合考虑装备资源、气候因素、船舶能力、经济效益、安全性、适应性等因素，根据不同结构物选择最优的装船设备，制定装船方案。

◆参考文献

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