深水大型结构物吊装功能定位研究

赵 洁，彭小佳，何 宁，安大为

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引 言

深水大型结构物起重和水下结构物安装是深水半潜式起重铺管船最重要的功能[1]。深水半潜式起重铺管船通常在船尾布置两台主吊机。主吊机的功能定位和设置对于全船的设计方案和投资造价以及交付后的市场竞争力都有很大的影响。针对在研的深水半潜式起重铺管船，海洋石油工程股份有限公司经初步调研后，确定单台吊机能力为6000t或7500t，双机联吊能力12000t或15000t。为了合理地对主吊机进行功能定位，使其满足全船设计需要，本文对国内外海洋平台和海底结构物重量进行了统计，对目标平台进行了吊装分析。

1 海洋平台重量统计

对国内外共77个组块的重量进行了统计，其中导管架平台57个，单柱式(Spar)平台20个。考虑到半潜式起重铺管船作业吃水通常在20～29m范围内，船底还有推进器等设备，本文重点对其中水深超过40m的25个导管架平台和20个Spar平台(共45个组块)数据进行了分析。统计结果如图1所示。

图1 平台重量分布曲线Fig.1 Weight distribution curve of platforms

我国东海涌浪较大，常规船型起重船可作业天气窗口较小，东海的组块吊装是半潜船主要市场区域。统计结果显示，东海组块最大重量为11264.4t，平均重量为4913t。12000t起重能力的市场覆盖率为100%。东海组块统计结果如表1所示[2]。

我国南海组块重量最大31385t，平均重量13557t，12000t起重能力覆盖率56%，15000t起重能力覆盖率77%。HZ258，LF72，LW31等大型组块均为浮托安装。南海组块统计结果如表2所示[2]。

表1 东海组块统计结果Table 1 Platforms in the East China Sea

表2 南海组块统计结果Table 2 Platforms in the South China Sea

在半潜式平台、张力腿平台(TLP)、Spar平台等几种深水浮式平台中，半潜式生产平台及TLP平台的上部组块很少采用海上吊装的方式进行安装，Spar平台的上部组块吊装是半潜起重船的主要市场范围。国内目前还没有Spar平台业绩。对国外20个Spar平台进行了统计，其中组块重量最大21000t，平均重量8757t。7500t起重能力覆盖率55%； 12000t起重能力覆盖率75%； 15000t起重能力覆盖率80%。Spar平台上部组块统计结果如表3所示。

表3 Spar平台上部组块统计结果Table 3 Topside weight of spar platforms

注：1英尺≈30.48cm。

综合全部组块统计结果，得到表4所示吊装市场覆盖率。

表4 不同起重能力吊机的吊装市场覆盖率Table 4 Lifting market coverages for different lifting capacities %

根据统计结果，双吊机能力设定为12000t可以覆盖80%的组块，基本合理。超过12000t的组块应重点考虑浮托安装或者分块吊装。6000t吊机本身费用较高，若增大到7500t，吊机能力增加25%，费用增加约25%，但是在组块吊装市场增加的覆盖率仅6.7%，且增加的大部分都是浮托安装平台(如南海组块)。

大型起重机都需设备商单独进行产品设计。为降低造价，不建议两台主吊机设置不同吊重能力。

图2 不套井口、吊机后装Fig.2 Lifting without conductor and crane

图3 套井口、吊机后装Fig.3 Lifting without crane but conductor pre-installed

2 跨距及吊高

设计公司分别对LF13-2 DPP(7450t)、PY4-2 DPPA(11300t)、PY34-1 CEP(13740t)三个组块进行了吊装分析，每个组块按(1)不套井口、吊机后装，(2)套井口、吊机后装，(3)不套井口、吊机先装等三个方案(见图2～4)校核，得到要求的跨距及吊高要求。

根据初步吊装分析，得出跨距、吊高需求结果，如表5所示。根据吊装分析结果，建议主吊机最大吊重的跨距按不套井口、吊机先装的工况设定为46m，平台组块吊装作业所需的吊高在75m左右，但根据调研，6000t吊机各家设备商的产品吊高都在100m左右，建议维持吊高要求为主甲板以上100m。

图4 不套井口、吊机先装Fig.4 Lifting with conductor post-installed and crane pre-installed

表5 初步吊装分析结果Table 5 Lifting analysis result

3 升沉补偿

深水吊机一般会配备升沉补偿系统，其能力主要取决于水下结构物的重量和水深要求。经调研，全球采油树和水下管汇的重量分布如图5和图6所示[3]，采油树的重量基本都在75t以内，水下管汇重量基本都在350t以内。考虑3000m水深作业水下钢丝绳重量约为150t，建议主吊机主动升沉补偿装置(AHC)补偿能力设定为500t，两台主吊机其中一台配置AHC即可。

图5 全球采油树重量分布图Fig.5 Weight distribution of Christmas tree in the world

图6 全球水下管汇重量分布图Fig.6 Weight distribution of subsea manifold in the world

4 结 语

本文对中国东海和南海的海上油气平台的重量和尺寸数据进行了统计，对国外的Spar平台相关数据进行了调研，并对三个典型平台进行了初步吊装分析，给出了建议的跨距和吊高设置。该研究对于今后国内的大型起重船舶功能定位有一定参考价值。以中国东海和南海为主要市场的深水吊装的建议能力设置为：单台吊机起重能力6000t，跨距46m，吊高100m，联吊能力12000t，升沉补偿能力500t。

[1] 彭小佳,宋安科,何宁,等.深水半潜式起重铺管船船型优化方法[J].中国海洋平台,2015,30(6)：20.

Peng Xiao-jia,Song An-ke,He Ning,et al.Hull optimization for deepwater semi-submersible crane vessel [J].China Offshore Platform,2015,30(6)：20.

[2] 海洋石油工程股份有限公司.半潜式起重铺管船总体方案论证报告[R].2016.

Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.Demonstration report on the general scheme of semi-submersible crane and pipe-laying vessel [R].2016.

[3] American Bureau of Shipping.Heave compensation system investigation report [R].2015.