基于平台改造的模块吊装方案设计研究

周健状，安振武，穆 顷，史晓庆

(中海油能源发展装备技术有限公司设计研发中心 天津300452)

0 引言

海上油田的生产一般以固定设施为基地[1]。钢制固定平台作为目前海上油气生产应用最多的一种结构形式，其设计、建造、安装以及维护都是海洋工程的重要课题。目前，模块安装以吊装作业为主，吊装方案设计的合理性和经济性至关重要。

鉴于设施老化，系统能力不足，拟通过油田设施整体升级改造，将某平台改造为综合处理平台。该平台为24腿、6只原油储罐平台，将拆除西侧3个原油储罐、新增一个12腿模块，改造成综合处理平台。

1 工程简介

新增模块与储罐的相对位置如图1所示，新增模块在顶甲板总布置方案如图2所示。

图1 新增模块与储罐相对位置图 Fig.1 Relative location of new module and storage tanks

模块拟分为南北模块分别吊装，其中南模块主机房和吊机考虑可以单独吊装。坐标原点如图3所示，重量及重心如表1、表2所示。

图2 新增模块顶甲板布置图 Fig.2 General layout of new module on upper deck

图3 坐标原点 Fig.3 Origin of coordinate

表1 南/北模块整体吊装重心 Tab.1 Lifting weight center of south and north modules

表2 南模块拆分吊装重心 Tab.2 Lifting weight center of separated south module

根据项目需求，以华西为起重作业船，梦娜公主号为驳船做吊装方案的技术可行性分析。

2 主要技术问题及解决方案

2.1 重心位置核实

依据行业通用做法[2-3]，对于单个浮吊吊装作业，模块重心位置应满足基于4个吊点以及重心和吊钩高度确定的十字星范围内，如图4所示。其中，e＝0.02×吊钩至模块重心的垂向距离。

图4 重心位置十字星范围 Fig.4 Cross range of weight center

据此对上述4种工况下的重心位置进行核实，重心位置均满足要求。

2.2 北模块吊装分析

对于北模块，在2轴和D轴交点处的吊点附近，存在设备BSL-X-3001B，与吊绳干涉。若采用加大吊钩高度的方式，则吊钩高度提升过大，会加剧模块在吊装过程中的晃动风险，安全隐患大，因此不予采用。拟使用吊装框架，位于顶甲板以上6.5m处，如图5所示。

图5 北模块吊装模型图 Fig.5 Lifting model of north module

考虑吊绳与水平面的夹角不宜小于60°[2]，吊钩高于吊装框架24.1m，吊钩标高60m。

如图6核实可知，模块在驳船上起吊时为控制工况，此时浮吊和驳船保持3.6m的碰球间隙。组块与浮吊之间的最小距离为4.3m，大于3m。浮吊吊重能力4032/1.1=3665t，大于3253t，满足要求。吊高亦满足要求。

考虑吊重和吊高能力尚有较大余量，可适当减小扒杆角度，增大安全距离。

图6 北模块吊重能力核实 Fig.6 Lifting capacity check of north module

2.3 南模块吊装分析

2.3.1 南模块整体吊装

经论证，南模块的吊装亦需使用吊装框架，以降低结构梁受力。相应吊装框架的垂向标高为41.9m，高于上层房间甲板5m。吊重能力和吊高能力校核如图7所示。

图7 南模块控制工况吊装放样图 Fig.7 Lifting layout of south module under control condition

核实可知，南模块整体被浮吊吊起，位于导管架上方3m位置时，为控制工况。此时浮吊扒杆和组块吊机之间最小距离为3.49m。浮吊吊重能力3054/1.1=2776t，小于3554t，不满足要求。尚需进行优化设计。

经分析，南模块的吊机与扒杆距离为控制因素，考虑可单独安装吊机，使扒杆角度增大，减小吊装半径，提高吊重能力。此外，南模块顶层存在主机房，考虑可拆除主机房，减少吊装重量。以下分别针对2种方案进行分析。

①南模块(拆除吊机)吊装

南模块拆除吊机后，浮吊扒杆角度明显增大，提高了吊重能力，校核如图8所示。

图8 南模块(拆除吊机)控制工况吊装放样图 Fig.8 Lifting layout of south module without crane

拆除吊机后，模块在驳船上起吊时为控制工况，此时浮吊和驳船保持3.6m的碰球间隙。浮吊吊重能力提高到3955/1.1=3595t，大于3488t，满足要求。吊高亦满足要求。

②南模块(拆除主机房)吊装

南模块拆除主机房后，吊装重量由3554t减少至2828t，重心坐标在Y方向上减小0.39m。无需使用吊装框架。吊重能力和吊高能力核实如图9所示。

图9 南模块(拆除主机房)控制工况吊装放样图 Fig.9 Lifting layout of south module without main control room

核实可知，组块被浮吊吊起，位于导管架上方3m位置时，为控制工况。此时浮吊扒杆和组块吊机之间最小距离为3.126m。浮吊吊重能力3291/1.1＝2991t，大于2828t，满足要求。由放样图可知，吊高能力亦满足作业要求。

2.3.2 主机房单独吊装分析

对于南模块主机房单独吊装方案，尚需考虑吊点位置设置问题。如吊点仍设置在4个主轴线的交点，那么主机房上的大梁将受到很大的弯矩作用，不利于梁的强度校核。不妨将吊点的位置向内侧移动，并适当调整支撑框架的形式，如图10、图11所示。

图10 吊点位于主轴线交点 Fig.10 Lifting padeyes located at intersection of main axises

图11 吊点向内侧移动 Fig.11 Lifting padeyes moved to inside

计算验证，吊点位置调整后，大梁UC减少约0.08。吊点位置向内侧移动利于模块强度计算校核。 南模块拆除主机房和拆除吊机吊装2个方案，技术上均可行。对于南模块拆除主机房吊装方案，需考虑主机房单独吊装以及海上连接问题，海上工作量相对较大；对于南模块拆除吊机吊装方案，则涉及到吊机安装和调试问题。综合考虑认为，拆除吊机方案经济性好，予以采用。

2.4 工程建议

在当前重量重心以及总体布置条件下，采用华西作为起重船，梦娜公主号作为驳船，工程建议如下：

①北模块采用整体吊装方案，并使用吊装框架，以避免设备干涉。注意保持起重船和驳船之间的碰球间隙。

②南模块拆除主机房和拆除吊机方案均可行，考虑海上作业量和经济性因素，建议采取拆除吊机安装方案。

③南模块拆除吊机吊装方案，使用吊装框架。另外，吊机单独安装。注意保持起重船和驳船之间的碰球间隙。尚需考虑吊机安装与调试的相关问题。

3 结语

以某平台改造项目为例，以华西和梦娜公主号作为海上安装资源，对模块吊装方案进行设计研究。重点研究了南模块整体吊装不满足作业要求时，对吊装方案的优化设计和比选问题。

①起重船吊重能力不满足要求时，可从减小吊装半径提高吊重能力以及减少吊装模块重量两方面入手解决问题。

②技术可行前提下，对吊装方案进行比选时，则需要考虑海上作业量、海上工期、成本等多因素。

③吊装方案设计细节的合理调整，包括吊装框架和吊点位置等，往往能得到事半功倍的效果。