番禺某STP形式单点电滑环在线回装作业

李德斌，张宝雷，孙冰，张贺贺

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

番禺油田群由番禺4-2油田，番禺5-1油田及番禺10-2油田组成，油田群位于15/34珠江口盘底的区块，属于南海海域，距离香港约200 km，区域水深为95～105 m。2003年10月，番禺油田投产。2013—2014年间，油田群新增番禺4-2B平台和番禺5-1B平台及番禺10-2平台。某FPSO的单点系泊系统由一个单点转塔浮筒以及9条锚腿组成。常规的滑环维修作业一般采用大型浮拖吊装，陆地维修的方案。结合工程实例，选用无浮拖吊装作业方式，解决以往在调配大型施工资源的工程待机问题，缩减回接作业时间。

1 电滑环的结构及原理

滑环是FPSO单点系泊系统中的关键器件、连接固定部分和旋转部分的连接件及输送电能与信号的电气部件。滑环部件包括旋转和静止两种，旋转部件也称为转子，用于连接设备的旋转部分并与之一起转动；静止部件也称为定子，用于连接设备的固定部分。转子部件和定子部件按照精密叠加的单通路结构设计，将转子与定子的通路一一搭接，形成定子与转子之间的回路。各通路之间的电气特性彼此独立，互不干涉。而定子与转子之间通路的形成是通过两者间的接触实现的，他们的触点是整个滑环的功能部位，是整个滑环各种性能体现的载体。因此，必须通过合理选择接触件材质，保证各部件之间配合的精密度，采用合理的设计结构等，组成可靠、稳定的旋转连通系统。在旋转设备上装设滑环，通过滑环的两端引线，在旋转的状态下，即可传输所需的各类信号。见图1。

图1 某STP形式单点滑环堆栈总成

电滑环亦称作导电滑环、集电环、电刷、换向器等，是实现两个相对旋转设备间电流、数据或图像信号及动力传递的精密传输装置，常用于360°无限连续旋转，要求从固定设备到旋转设备传输电能、数据信号等的机电系统。

2 电滑环吊装作业

单点电滑环在的回装过程存在两大安全把控点：吊装和移运作业，需利用辅助结构，如单轨门吊梁、吊担及Γ型梁等。

2.1 工程准备阶段

海上施工动员主要为人员、机物料动员。在确保现场作业人员到位的前提下，将所需施工机具、材料，根据工序，分批吊至油船左舷吊装区域，再使用3 t液压手推车转运至施工现场。

1)对设施上的大型绞车进行盘绳、运转测试、刹车测试。要对绞车进行外观检查和润滑保养，通过带点启动液压系统对绞车进行空转检查，运转过程中无关人员不能靠近，盘卷钢丝绳不能靠近钢丝绳，同时严格设置隔离警示区域。

2)针对关键器重设备进行测试，重点进行设备稳定性检查和润滑保养，注意检查易松动部件、螺丝、钩舌，挂接电动葫芦和卸扣，注意挂接后葫芦钩头的钩舌须扣住卸扣。通电后，检查正反向动作、制动动作。

3)进行吊装吊耳以及力矩臂门架复位环节。重点关注门吊梁上的主吊耳复探，Γ型吊架及临时吊耳复探，见图2。

图2 舱口盖Γ型吊架工作现场

2.2 工程实施阶段

电滑环是利用单轨门吊梁进行翻身作业，明确吊装高度，有效利用现场门吊梁对船甲板的净高，对电滑环翻身作业的安全很重要。

1)对设施的舱口盖进行吊装作业，吊装利用Γ型梁及临时吊耳。待舱口盖翻身就位后，利用2组顶块分别顶住舱口盖的下端部，以防止舱口盖滑动，顶块与舱口盖围堰利用螺栓连接固定，同时，在舱口盖边缘中部的原吊耳利用导链及吊带与风管侧的立柱拉紧，之后在舱口边缘利用脚手架制作临时防护栏杆。

2)对公用和光纤滑环进行移位吊装，在拖轮将油船定位的状态下，拆除驱动臂与公共滑环的连接螺栓第在公共滑环顶部法兰上预留的螺纹孔，120°分布安装3个吊环螺钉用于吊装使用，电动葫芦挂三爪锁具挂接吊环螺钉，用于提升吊装。

3)拆除临时的固定支座等支撑结构。利用吊索具挂接，在临时支座筋板对称上挂卸扣。使用绞车、电动葫芦、手拉葫芦等装置将临时固定装置放于油船甲板上，并转运至指定位置固定存放。

4)调整已标志好的相位角度，按规定的转矩上紧螺栓，摘除吊索具。

2.3 电滑环复电阶段

这一阶段，所有的操作步骤都必须由拖船将油船固定，保持滑环整体相对船体静止。同时，从安全角度出发复电阶段应保持停产状态，直至电滑环就位。

1)进行电滑环堆栈的安装工作。利用电动葫芦等工具配套索具挂接电滑环顶部吊耳，操作单点绞车或者其他液压提升装置吊绳悬挂电滑环。同时下放电动葫芦，待电滑环处于垂直状态，直到绞车钢丝绳完全受力时，解除吊点的吊索具。

2)进行顶层操作台的回装。以中层操作台为基础，搭设脚手架工作面，以便于顶层操作台的定位及立柱螺栓的紧固。将电滑环拆卸吊装时分片的操作台由存放之处运输至舱口甲板指定的吊装位置，之后进行焊接组对，完成后再逐块安装格栅板。

3)进行上部其余功能滑环的回装。使用电动葫芦将悬挂在螺旋楼梯护栏边的滑环吊至基座上方一定高度，并由施工方辅助完成，吊装参照公共滑环和光纤滑环整体拆卸吊装的逆向顺序。最后，进行电滑环系统的电缆回装工作。完成电滑进线电缆的安装工作，以及电滑环中位接线箱至海缆接线箱的安装工作。使用串联谐振耐压设备对电缆主导体进行交流耐压试验，试验电压按《电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB 50150》要求并考虑业主要求，在耐压过程中无击穿、无闪烁。绝缘测试完成后，接地放电。

3 电滑环转运作业

电滑环自FPSO左舷吊装区卸船后需将其转运至船艏舱口盖区域，所选择的转运路径应尽少量障碍物，且大部分障碍物已在电滑环拆卸吊装转运作业中清除。滑环的转运路径长达40 m，且存在净空限高(最大净空为2.5 m)等不良因素。

为了使电滑环在转运的过程中更加安全、顺畅，使用了1台低地盘转运小车。在转运小车平底板下安装呈6×10排列减震式万向滚轮(单轮承重350 kg)，整体尺寸3.85 m×1.27 m，其中底板离地196～176 mm，运载电滑环时的总高度为2.46 m，满足运输路径中管廊限高2.5 m的要求；当运输电滑环时，转运小车对地压力为27 kPa，满足船甲板最大承载力3 kPa的要求,见图3。

图3 电滑环转运装置实物及工作现场

1)完成电滑环移运路径障碍物的拆除。拆卸FPSO左舷吊装区对电滑环吊运有阻碍的护栏，以及压载舱透气口盖帽拆卸且做好防护措施。

2)完成电滑环的卸船吊装。电滑环通过转运装置输至船艏舱口盖区域，在利用FPSO左舷吊机通过卸船吊转运。

3)进行电滑环堆栈的转运工作。由于船体甲板存在斜度，以及船体由于海况可能出现摆幅，因此将单点电滑环转运至预定位置的过程中，需进行油船压载舱压载作业，尽量使甲板倾斜度减小，且全程必须使用导链和吊带牵引，用前、后、侧面各位置的导链，根据现场指挥指令，同步缓慢平移收放。

出于安全原因考虑，FPSO甲板转运路线下方多为储油罐区域，因此严禁焊接临时锚固吊耳，尽量利用周边管、电气或仪表支架设置锚固点。

4 施工恢复作业

FPSO设施在完成复产前准备工作后，作业方及各界面施工方应依据回接操作程序执行单点回接作业。在整个回接作业过程中，应严格监测设施环境的风浪流条件，同时在完成单点回接作业后，需进行单点的回接后的转塔旋转实验，并对现场进行恢复作业。

1)进行单点舱口盖的恢复。拆卸舱口盖底部止推块并安装舱口盖密封垫，吊装作业所选择的吊机、绞车、索具等符合吊装方案的要求，证书齐全、有效。同时，需对油船左舷吊机进行全面检查，处于良好状态，安全装置齐全有效。

2)恢复舱口盖中部导链，使舱口盖吊装至于水平状态，下放至原位置，安装螺栓，焊接恢复小盖周围的栏杆。

3)完成压载舱透气口盖帽、电缆支架、管廊立柱、油舱测量孔及左船舷侧对栏杆的恢复。将两个压载舱透气口盖帽用液压装置拖至安装处，再利用导链配合安装。支柱回装时，上端部采用焊接的方式与横梁连接，下端部因不能进行动火作业，需将其打磨好，利用套筒围住下端部，再往套筒内填充环氧树脂，以保护下端部不被腐蚀。因阻碍电滑环吊运，左船舷吊装区的栏杆已被割除，电滑环回装完成需在原处将割除栏杆焊接恢复，恢复后进行打磨刷漆作业。

4)完成机具及设备的清场，以及甲板的防腐工作。将所有的施工机具、余料及废料，分批转运至油轮左舷吊装区域进行装船。因电滑环或材料等转运时，对油船甲板的油漆有刮伤，因此待所有作业完成后需对刮伤部位重新喷漆。

5 结论

采用在线更换单点故障滑环的方案可行。

1)大型绞车进行盘绳、运转测试、刹车测试，关注门吊梁上的主吊耳复探，Γ型吊架及临时吊耳复探在整体作业施工前要重点关注，提高作业过程中的安全性。

2)在线更更换方式相较于传统施工方式，可大幅度缩减海上作业时间。

3)STP形式单点滑环堆栈属于密集堆放，整体结构相似度高，作业方案对类似的维修作业有参考意义。