FPSO 模块支墩建造精度控制方法研究

2015-01-01 02:22杨亚男陈曙梅

船舶与海洋工程 2015年6期

杨亚男，唐坤，陈曙梅，王璞

（1. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011；2. 中海油深圳分公司，深圳 518067）

0 引言

海上浮式生产储油装置（Floating Production Storage and Offloading Unit，简称FPSO）主甲板上布置有油气工艺处理模块，油气工艺模块通过模块支墩结构和主船体相连接。模块支墩结构需承受油气工艺模块的重力及惯性力，由于FPSO长期系泊于海上，模块支墩结构应具备足够的强度和疲劳寿命。由于FPSO自身的特点，往往是船体和上部模块分别由不同的承包商来建造。上部模块在建造完成后，再吊装到船体上。模块支墩结构就成为了上部模块和船体结构的连接界面。在船体结构和模块结构的各自的建造过程中，船体部分和工艺模块部分各自会产生建造误差，另外在工艺模块吊装的过程，由于工艺模块自身的变形和内部应力的释放，又会在界面处产生一些建造误差，以上各生产环节产生的误差相叠加，在最后的工艺模块吊装的时候，模块支墩的安装界面往往会产生非常显著的建造误差。FPSO建造误差的存在对模块支墩的强度和疲劳寿命都有非常不利的影响，而模块支墩又是承受大载荷的关键结构，对强度和疲劳寿命都有很高的要求。有必要对于FPSO模块支墩结构的建造精度衡准进行专门研究。因此选取某型新建FPSO上模块支墩结构形式，通过有限元法，研究了模块支墩结构在带有建造误差情况下的强度和疲劳寿命，得到了对于FPSO的模块支墩建造过程误差控制的方法。

1 FPSO模块支墩结构

FPSO的油气工艺模块一般沿船长布置在货油舱区主甲板上，工艺模块和船体之间的连接部分就是模块支墩结构（图1～4）。模块支墩形式上分为两种，一种为固定支墩，一种为滑动支墩，滑动支墩可以沿船长方向滑动，用以释放船体在波浪作用下的总纵变形。当前为缩短FPSO的建造工期，模块部分和船体部分采取分开建造的方式。模块支腿底封板的结构形式适用于上部模块建造阶段的单独放置，然后在 FPSO船体货舱区主甲板贯通合拢后，上部模块再整体吊装上去。目前此类支墩形式适用于FPSO的实际建造情况，是目前我国FPSO模块支墩的主流形式。

图1 FPSO上部模块支墩布置侧视

图2 FPSO上部模块支墩布置平面

图3 FPSO模块支墩结构

图4 FPSO模块支墩

2 模块支墩界面误差分析

2.1 模块支墩的建造误差

1) 船体部分和模块部分的建造累计误差；

2) 吊装误差，模块在起吊后由于受力状态的变化会产生变形，由于吊装变形引起的误差。

2.2 模块支墩安装误差

2.2.1 分界面Z向间隙

由于各个模块支腿底封板不能完全共面，在模块支墩吊装时，往往出现某个模块支腿“悬空”的现象。模块支腿底封板和模块支墩顶板在吊装时出现了Z向间隙（见图5），导致垂向载荷不能传递，这将导致整个上部模块受力状况发生改变，Z向间隙在模块支墩的建造中应完全避免。Z向间隙是FPSO建造误差中对结构影响最大而且最难以避免的一种误差，建造中应制定详尽的测量安装方案，尽可能的缩小偏差。

2.2.2 模块支腿底封板中心相对于模块支墩顶板中心的偏移

模块支墩顶板中心和模块支腿底封板中心不能完全重合，这将导致载荷传递的过程中产生附加弯矩。如果中心偏移过大，还可能影响模块底封板连接焊缝的施工（见图6）。

图5 模块支腿底封板和模块支墩顶板之间的Z向间隙

图6 模块支腿底封板中心相对于模块支墩顶板中心的偏移

2.2.3 模块支墩下加强结构和模块支墩结构之间的板厚对齐误差

模块支墩结构通过中心十字板和周围侧板和船体甲板下加强结构相连，十字中心板主要传递垂向载荷，周围侧板保证了支墩的整体刚度。可以传递剪力和弯矩。支墩结构和下加强结构间的连接焊缝强度和疲劳寿命要求严格。但实际建造中，支墩下加强结构需要在分段阶段装配，上部模块的吊装工期往往是非常紧张的，客观上不能在主甲板上放样散装模块支墩，模块支墩往往是在主甲板贯通以后整体吊装，这种建造方式容易使支墩和下加强结构板厚对齐上产生误差（见图 7～9）。

图7 模块支墩的中心十字板和周围侧板

图8 中心十字板和下加强的板厚对齐误差a

图9 支墩侧板和下加强板的板厚对齐误差 b

3 界面建造精度控制

对于目前文中所述的模块支墩形式，提出了3个处理方法。

3.1 预留滑动垫板消除分界面Z向间隙

模块在尽可能保证施工精度的前提下，选取每4个模块支墩为一组（包含两个固定支墩和两个滑动支墩，见图10），预留靠船舯的滑动支墩（见图11）的垫板不安装，在两个固定支墩和另外一个滑动支墩的垫板和挡块安装完成后，然后测量预留的模块底封板和滑动支墩顶板间的距离，根据实际测量的间距选取滑动垫板的厚度。这样可保证4条模块支腿都接触于支墩顶板上。