大型火炬臂浮吊与履带吊合抬吊装技术

李雪松，李彤滨，刘超，李记忠，孟维超

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

火炬臂是海洋石油生产平台的重要组成部分，通常是由钢制圆管组成的细长型结构，其作用是将石油开采过程中油气分离出来和生产使用剩余的伴生天然气引至安全的位置，进行燃烧或放空。在浮式生产平台中，随着平台的大型化和上部模块油气处理工艺的变化，火炬臂的尺寸和重量也在逐步增加。在建造过程中，需将其在码头由平躺状态翻身到在位角度后，再吊装至FPSO甲板设计位置，该过程对浮吊能力和吊装方案设计形成了挑战。

1 火炬臂信息

文章以流花16-2油田群“海洋石油119”FPSO(浮式生产储卸油装置)的火炬臂吊装为例，对大型火炬臂的浮吊与履带吊合抬吊装技术进行阐述。该火炬臂长86.7 m，高110 m，重量达到436 t，在建造过程中，呈平躺状态。安装时，需要将其翻身至60°，再吊装到位于FPSO艏部甲板EL+34.45 m的支座上[1]。本次吊装过程分两部分进行：(1)首先由浮吊和履带吊合抬，将火炬臂平吊离地面一定距离后，对火炬臂进行翻身，翻身完成后，履带吊摘钩；(2)浮吊移船至FPSO艏部，将火炬臂下放就位，火炬臂焊接达到要求后，摘除索具，吊装作业完成。火炬臂在FPSO布置图如图1所示。

图1 火炬臂信息

2 火炬臂合抬翻身方案

2.1 吊装准备

(1)精度测量。火炬臂建造过程中，施工人员应全过程对火炬臂主腿间距和水平度进行测量，使其精度与位于FPSO的支座相匹配，如发现建造精度超出要求值，应及时使用工装进行调整。火炬臂建造完工后，根据测量尺寸，切除火炬臂支座顶部的预留段，并打磨好坡口。

(2)摘扣通道搭设。在火炬臂吊装前，应在火炬臂上搭设好用于吊装就位后摘除索具的脚手架通道。需注意的是，翻身过程中索具与火炬臂的相对位置一直在发生变化，脚手架不能与吊装索具发生干涉。

(3)吊装干涉检查。吊装前，对FPSO甲板火炬臂就位区域进行检查，支座周围1.5 m内不应有其他结构物，需对可能影响吊装的挡浪墙、火炬臂爬梯等结构提前拆除。火炬臂翻身过程中，履带吊需根据翻身的进程移动位置和旋转扒杆，需对建造场地进行检查，确保有足够的空间供履带吊使用。

(3)FPSO调平。FPSO进行调载，使其在火炬臂吊装时，甲板处于水平的状态。如果火炬臂吊装时，FPSO调载系统没有完成调试，还不能使用，需要通过调载舱在甲板位置的人孔，安装临时调载泵，对FPSO调平。

2.2 吊装索具布置

火炬臂外侧由上至下设置3组耳轴式吊点，上方两组吊点供浮吊使用，下方一组吊点供履带吊使用。为满足浮吊钩头竖直受力的要求，浮吊与火炬臂之间通过撑杆进行连接。设计吊装方案时，因火炬臂翻身过程中，3组吊点的水平间距一直在发生变化，所以设计为平吊和翻身时，只有最上方和最下方的两组吊点受力，中间吊点不受力，其索具处于松弛状态。当吊点间距变化时，通过履带吊的移动，使浮吊与履带吊钩头间距与吊点间距同步变化。当火炬臂翻身到设计角度时，浮吊索具恰好全部处于伸直状态。吊装前对吊装过程进行模拟，避免浮吊、撑杆与履带吊发生碰撞。索具布置图如图2所示。

图2 索具布置

2.3 火炬臂翻身步骤

(1)火炬臂平吊。因火炬臂吊装就位后，需继续保持受力状态直至火炬臂主腿完成焊接，整个吊装过程通常需要约36 h。在决定吊装前，需确认有足够长的天气窗口。港池内浮吊吊装作业，一般要求未来72 h内风速小于10 m/s，浪高小于0.5 m。浮吊与履带吊分别在火炬臂两侧就位，连接钩头与火炬臂之间索具，使用麻绳等对耳轴处索具绑扎，避免吊装过程中索具脱出。在平吊和翻身过程中索具2处于松弛状态，使用浮吊的索具钩将其拉开，使其远离火炬臂，防止与火炬臂发生剐蹭，破坏油漆[2]。火炬臂与建造底座的绑扎固定切除后，浮吊与履带吊同步提升钩头，将火炬臂缓慢吊起离开地面0.5 m，并保持此状态1 min，确定没有问题后，继续提升火炬臂约10 m。保持此过程中火炬臂处于水平状态。平吊时履带吊受力230 t，浮吊两个钩头分别受力87 t和286 t。

(2)火炬臂翻身。火炬臂平吊离开地面稳定后，开始翻身扶正。此时浮吊位置不动，缓慢提升钩头。履带吊钩头高度不变，随浮吊钩头提升，同步缓慢旋转扒杆并变幅，使火炬臂在朝向不发生改变的情况下缓慢增加与地面的夹角，直至与地面夹角60°。翻身过程中，浮吊指挥人员应与履带吊指挥人员保持实时沟通，确保两台吊机的动作同步可控。翻身过程中，履带吊受力逐步降低到165 t，浮吊受力逐步增加到89 t和348 t。

(3)重量转移，履带吊摘钩。火炬臂与地面夹角达到60°后，索具2即达到伸直状态，但还没有承受火炬臂的重量。此时浮吊与履带吊扒杆均保持静止，履带吊钩头缓慢卸力，履带吊的吊装力缓慢转移到浮吊。随着履带吊卸力，索具2开始逐渐承受火炬臂的重量。在履带吊完成卸力，即索具3松弛后，重量转移完成，将索具3从火炬臂摘除。浮吊与履带吊的合抬翻身过程结束，此时浮吊两个钩头分别受力276 t和326 t。火炬臂翻身过程如图3所示。

图3 火炬臂翻身

2.4 火炬臂就位

火炬臂完成翻身后，浮吊继续提升主钩高度，使火炬臂底部高度超过FPSO甲板的支座。随后，浮吊通过提前在港池铺设好的锚系，由码头移船至FPSO船艏位置，将火炬臂下放至支座上，此时需继续保留一部分吊装力，使火炬臂保持稳定。待火炬臂与支座间的焊接完成后，从火炬臂摘除吊装索具，火炬臂吊装完成[3]。火炬臂就位照片如图4所示。

图4 火炬臂就位

3 计算分析

在SACS软件中建立火炬臂的有限元模型，对火炬臂吊装全过程进行计算分析。根据火炬臂翻身步骤，分为6个工况，对火炬臂强度进行计算：(1)火炬臂处于平吊状态，索具1、索具3受力；(2)火炬臂翻转15°，索具1、索具3受力；(3)火炬臂翻转30°，索具1、索具3受力；(4)火炬臂翻转45°，索具1、索具3受力；(5)火炬臂翻转60°，索具1、索具3受力；(6)火炬臂重量转移完成，索具1、索具2受力；火炬臂的SACS模型如图5所示。

图5 火炬臂SACS模型

除对火炬臂强度进行校核外，还需要对吊机和索具能力进行校核。根据上述6个工况计算出的吊绳力，对每根索具的安全系数进行校核。并通过吊绳力计算出吊装过程中，浮吊与履带吊受到的最大钩头力，对浮吊与履带吊的吊重能力进行校核。

4 结语

火炬臂相较于其他结构物，受建造和就位角度不同的影响，在吊装时需首先进行翻身扶正。使用单扒杆双钩头浮吊，在其钩头允许侧向受力时，可仅靠自身吊机完成火炬臂翻身动作。但在使用双扒杆浮吊时，钩头不允许侧向受力，仅靠浮吊不能完成火炬臂翻身，面对这种情况，文章以浮吊与履带吊合抬作为解决方案，对吊装过程进行详细的说明和阐述。通过合抬吊装技术，增加了浮吊船的适用范围，降低了对吊机能力的限制，能够有效降低吊装成本。