海洋平臺發電機組調平可控液壓頂升系統的設計與應用

章怡圣 張東亮 李君華 楊 翔

(海洋石油工程股份有限公司)

海洋平臺發電機組調平可控液壓頂升系統的設計與應用

章怡圣 張東亮 李君華 楊 翔

(海洋石油工程股份有限公司)

針對渤海蓬萊19-3油田二期開發平臺超大、超重且重心超高的發電機組吊裝后造成機組底座變形、需對機組進行二次調平的問題,通過對現有稱重系統進行改造,設計了8組控制回路控制16個頂升點的可控液壓頂升系統,并成功地對機組進行了二次調平作業。與傳統的手動液壓頂升方式相比,利用可控液壓頂升系統進行調平,工藝流程連續、簡捷,就位精度高,對同類工程作業具有較高的參考價值。

海洋平臺 發電機組 設備調平 可控液壓頂升系統

隨著海洋平臺技術的發展和油田開發規模的不斷擴大,大型設備越來越多地被用于平臺,在渤海蓬萊19-3油田二期開發中,由兩臺透平發電機組成的發電機組(單臺發電機設計功率為28.7 MW,重約390 t)坐落在底座基礎上。為保證發電機正常投入使用,需要對發電機組進行二次調平作業,更換掉臨時支撐墊塊。對海上平臺如此超大、超重且重心高的設備進行二次調平作業,目前國內尚屬首次。通過對海洋平臺稱重系統進行改造,采用可控液壓頂升系統,成功地完成了此次海上調平作業,對同類工程作業有較高的參考價值。

1 整個發電機組調平的難點

(1)平臺空間狹小 平臺主甲板尺寸約為66 m×32m,發電機組安裝后占據整個甲板約2/3的空間,設備最高處高約20 m,如果采用大型起重設備吊裝,一是起吊空間不足,主甲板已無足夠的空間容納大型起重設備;二是受平臺額定承載能力影響,甲板不允許再放置此類大型設備,且平臺設備集中,存在重大安全隱患。

(2)作業船難以完成二次吊裝作業 “藍疆號”完成發電機組海上初次吊裝作業后,在進行海上二次調平作業過程中,因受海上風、浪等氣候影響,無法對毫米級調平要求的設備在空中進行姿態控制,尤其是在設備回落過程中,無法保證整個機組能平穩、精確就位,不可避免地會對平臺產生巨大的沖擊,造成平臺底座再次變形,特別是在空間狹小、設備集中的平臺上,安全性很難保證而且作業費用高。

(3)傳統手動液壓作業不能滿足要求 利用多人同時操作多臺液壓千斤頂的傳統操作方式很難保證各頂點同步頂升和回落,會造成各頂點承受載荷不均,某些頂點會因承載過大而被破壞,造成設備發生偏移或者對平臺產生巨大沖擊。若設備發生偏移,還要啟用“藍疆號”作業船再次進行就位吊裝,這樣海上施工費用將會大大增加。

2 可控液壓頂升系統設計

2.1 液壓同步頂升設計

要保證發電機組在提升和回落過程中姿態平穩,并能精確就位,傳統手動液壓頂升作業方式很難做到這一點。

利用現有稱重系統對海洋平臺進行重量及重心測量時,需將平臺頂升到某一平衡位置,通過各頂升點所受壓力及各頂升點之間相對位置來計算平臺的重量及重心位置。要把平臺控制在某一平衡位置,系統只能以“位移”優先來控制各頂升點位移。以位移優先來控制各頂升點位移量,會導致各頂升點之間所承受的壓力有很大差別,這就對各頂承載能力和基礎承載能力有較高的要求。要避免單點承載過大并保證各頂升點均勻受力,系統要以“壓力”為優先來控制各頂升點位移量,將整個機組提升到一定高度,更換臨時支撐墊塊后平穩就位,即可完成調平工作,也無需將機組頂升到平衡位置。可控液壓頂升技術利用中央操作平臺對各頂點集中控制,能把各液壓千斤頂位移和承載精度控制在允許的范圍內,使整個設備在提升和回落過程中處于完全可控狀態,從而保證設備姿態平穩并能精確就位,避免設備在調平過程發生傾斜或偏移。

現有稱重系統僅能提供8組可升降回路,可以對8個點進行升降控制。系統通過8組控制回路,分別對8個頂升點進行控制。如上所述,如果將受力點從8個分解成16個,那么各點所承受的載荷將會大大降低。現場各頂升點位置布置時,若兩頂升點之間距離過大,可能會引起機組底座彎曲變形。若用一組控制回路同時控制兩個液壓千斤頂,要考慮兩頂升點位置、油管線長短對油缸內油壓產生的影響。系統控制中心將兩個油缸的壓力差設置在一定的范圍內,工作時壓力傳感器將檢測到的壓力傳給控制中心,若兩個油缸的壓差超出設定范圍,控制中心通過控制電磁換向閥關閉壓力較高的油缸進油,另一個油缸保持進油,使壓差達到設定的范圍。

2.2 液壓千斤頂設計

現場千斤頂作業空間最大高度為140 mm,目前稱重系統自帶的液壓千斤頂的本體高度(380 mm)無法滿足要求,新設計的千斤頂本體高度必須滿足現場作業要求,液壓頂升結構見圖1。

圖1 液壓頂升結構圖

“藍疆號”在海上對發電機組進行吊裝作業時已造成機組平臺基礎變形,這給機組調平作業帶來很大的難度和不確定性。受現場頂升作業空間和液壓千斤頂工作行程的限制,千斤頂設計中一是考慮平臺基礎單點承載能力不能過大,過大會產生二次變形;二是單頂額定設計承載不能過大,過大對千斤頂加工制造的要求會更高,費用會大大增加。鑒于以上兩點,控制點數量和額定設計承載是千斤頂設計的關鍵,必須保證各點所承受的重量控制在額定設計承載范圍之內。液壓千斤頂設計參數見表1。

表1 液壓千斤頂設計參數

2.3 液壓千斤頂布置

從現場各底板相對高度測量數據來看,在靠近設備重心位置平臺基礎已發生變形,因此在千斤頂布置上要考慮此因素的影響。為保證機組在提升和下放過程的安全性,靠近設備重心兩側布置了10個千斤頂,以便各頂盡可能均勻地受力。液壓千斤頂布置見圖2。

2.4 液壓頂升操作程序

頂升系統的操作流程為頂升準備、參數設置、頂緊操作、系統頂升、到位和調整、更換墊片、系統下降、到位停機。整個頂升回落過程連續、簡捷、周密,系統頂升到位后,對于單點達不到要求的,也可進行手動單獨控制操作。

圖2 平臺基礎和液壓千斤頂布置示意圖

由于發電機組在升降過程中各頂受力復雜,為確保頂升作業的安全,頂升過程中必須對各頂所受壓力進行實時監控,以確保各頂所承受載荷控制在允許范圍內。為控制機組在提升和下放過程的姿態,保證機組平穩精確就位,根據現場實際情況,選取在①、④、⑤和⑧號千斤頂上分別布置1個位移傳感器,對設備整個姿態進行監控。

本次發電機組調平共進行了4次頂升操作,選擇第一次頂升過程中各點參數進行分析。第一次頂升操作液壓千斤頂行程設置14.4 mm,位移傳感器初始值置“0”,系統警報壓力50M Pa,系統8組控制回路中,選擇用兩個液壓千斤頂并聯共用一個回路,系統分別對兩點進行控制,頂升系統第一次頂升操作液壓千斤頂實測數據見表2。

表2 頂升系統第一次頂升操作液壓千斤頂實測數據

從表2可以看出,最大承載點是○16號頂(39.8 M Pa,fman=32.1 t),與理論上計算出的最大承載點不一致,這是因為理論計算值是在假設各頂升點在同一水平面上且各頂升點之間距離很小的情況下得出的,而現場實際頂升點的位置發生了變化,各頂升點所受的力也更為復雜。因此,系統必須控制各點所承受的重量不超過額定設計承載。

通過對各點所受壓力進行計算,整個機組重量為421 t,超出理論重量(390 t)8%。表1中單點最大計算承載是在機組底座未發生變形且各支撐點在同一水平面上所計算出來的最大理論計算值,沒有考慮機組臨時支撐支架重量的影響。若按實際重量計算,單點最大計算承載為31.1 t,和實際單點最大承載非常接近。在整個機組升降過程中,設備姿態平穩,四點同步位移誤差均控制在1 mm內,重心兩側各點受力比較均勻。

此次作業實際結果與理論估算結果整體上比較吻合。由于各支撐點受力復雜,從經濟性上和海上施工的安全性上考慮,合理的安全系數以及額定設計載荷的選擇是十分重要的。

3 可控液壓頂升系統與傳統手動液壓頂升方式的比較

與傳統的手動頂升方式相比,可控液壓頂升系統的工藝流程連續、簡捷、周密、精度高。在系統頂升、回落過程中,能使設備重心基本保持不變,這樣就消除了整個機組在調平過程發生偏移傾覆的危險。可控液壓頂升系統與傳統手動液壓頂升方式效果對比見表3。

表3 可控液壓頂升系統與傳統頂升系統效果對比

另外,當手動液壓頂升作業操作不當導致機組發生滑落時,將會再次動員“藍疆號”完成海上吊裝作業,因此從安全及費用上來看,與傳統頂升作業方式相比,采用可控液壓頂升系統優勢明顯,特別是在空間狹小、人員集中的海上平臺上作業。

4 結束語

隨著海洋平臺技術的發展和油田開發規模的不斷擴大,大型設備會越來越多地用于平臺,傳統整體吊裝作業對起重作業船要求較高,項目投資也較大,采用可控液壓同步頂升技術對平臺大型設備進行調平作業,是一種既經濟又快捷的方法。

(編輯:葉秋敏)

Design and application of controllable hydraulic jacking system for genera tor package leveling on offshore platform

Zhang Yisheng Zhang Dongliang Li Junhua Yang Xiang
(China Offshore Oil Engineering Co. Ltd.,Tianjin,300452)

During the phase II development of PL19-3 oil field in Bohai Sea,the base of turbine generator package deform ed after lifting it integrally onto the platform due to its overlarge size,overweight and over high center of gravity,sore-leveling the package is needed on the platform.Through modifying the current weighing system,we designed acontrollable hydraulic jacking system with eight group s of control loop s to control sixteen hydraulic jacks,which was used successfully for the re-leveling operation.Com pared with the traditional manual hydraulic jacking method,the controllable hydraulic jacking system is characterized with continuous and simple technical process as well as high positioning precision,so it has high reference value to the similar projects later.

offshore platform;turbine generator;equipment leveling;controllable hydraulic jacking system

章怡圣,男,高級工程師,主要從事海洋平臺生產裝置的聯接調試。地址:天津市塘沽區閘北路3號536信箱(郵編: 300452)。E-mail:zhangys@m ail.cooec.com.cn。

2008-10-23 改回日期:2009-03-02