大型FPSO可解脫式內轉塔安裝連接施工技術詳解

胡性濤

摘 要：深海油田的開發通常由FPSO、多個井口平臺、海底輸油管線系統等多個系統組成，FPSO作為中心將這些設施組成一個整體，起著關鍵的作用。而系泊系統是FPSO的關鍵設施之一，系泊方式主要分為單點系泊、動力定位以及多點系泊。就世界范圍來看，在FPSO和浮式儲油船（FSO）上應用最多的系泊系統是單點系泊系統。大型可解脫內轉塔式系泊則是其中科技含量最高也是最昂貴的一種，此類內轉塔結構在建造時分為3大部分，建造完成后與船體進行總裝。由于內轉塔在FPSO中的關鍵位置及系泊功能的要求，對于旋轉部分及相關組件，總裝精度要求極高，安裝連接控制存在很大難度。本文以第一個在國內進行大型可解脫式內轉塔總裝的PYRENEES FPSO項目為例，詳解內轉塔總裝的安裝連接技術，為以后類似項目和科研工作的開展提供參考和借鑒作用。

關鍵詞：FPSO系泊；內轉塔；連接；調平；精準度

中圖分類號：TE977 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0126-02

1 前言

海洋，是人類可持續發展的重要基地。在深海石油開發中，浮式生產儲油卸油船FPSO（Floating Production Storage and Offloading ）是一個重要的裝備。這種船兼有生產、儲油和卸油的功能，在海上與水下采油裝置和穿梭油船組成一套完整的生產系統.由于FPSO能很好地解決開采深海油田的經濟性和可行性，所以自FPSO問世以來，，已成為國際上海上石油開發的主要設備。系泊系統是FPSO的關鍵設施之一，主要分為單點系泊、動力定位以及多點系泊。就世界范圍來看，在FPSO和浮式儲油船（FSO）上應用最多的系泊系統是單點系泊系統。單點系泊又可細分為浮筒式（CALM等）、塔式（軟剛臂等）和轉塔式（內轉塔和外轉塔）。

大型可解脫內轉塔式系泊則是其中科技含量最高也是最昂貴的一種，此類內轉塔結構在建造時通常分為幾大部分，分別建造完成后再與船體進行總裝。由于內轉塔在FPSO中的關鍵位置及系泊功能的要求，對于旋轉部分及相關組件，總裝精度要求極高，而總裝場地多為碼頭港池，安裝連接控制存在很大難度。

2 大型FPSO可解脫式內轉塔安裝連接概況

目前國內建造安裝的FPSO內轉塔大多為小型簡易內轉塔，由船體甲板上的維修平臺和船體中心井中的轉軸模塊組成，尺寸重量小，形式較簡單。

隨著單點系泊技術的發展，更多的大型FPSO內轉塔結構得到應用。大型FPSO內轉塔結構在建造時分為轉軸模塊、旋轉平臺及滑環操作平臺等幾大部分，總重量超過千噸，建造完成后分別與船體進行總裝，其極高的精度要求對安裝連接施工工作方式方法提出了挑戰。

PYRENEES FPSO項目內轉塔結構型式，其貫穿整個船體月池，分為轉軸模塊（LTM）、旋轉平臺（UTM）和滑環操作平臺（SAS）3個部分，總重量達1200噸，組裝后總高度達60米，船體月池直徑超過12米。這給安裝連接內轉塔結構，尤其是旋轉部件帶來了不少的困難，而合理的安裝連接施工技術能很好的解決這些問題，使得大型內轉塔結構的安裝連接變得簡單可行。

3 大型FPSO可解脫式內轉塔安裝連接施工技術

下面將以PYRENEES項目為例，分別詳解轉軸模塊、旋轉平臺及滑環操作平臺相互之間的安裝連接、與船體總裝連接的施工技術。

3.1 轉軸模塊的安裝連接

PYRENEES項目轉軸模塊重量為520噸，需要安裝到直徑12米的船體月池中。施工難點在于其精度，安裝中轉軸模塊與月池壁最小間隙為40毫米，轉軸與月池軸承配合間隙為5毫米，允許位置誤差為0.5毫米。

為了達到此安裝精度，施工技術的原理是使用力矩和力計算位移，具體是利用在軸承支撐位置布置的頂絲配合浮吊調節轉軸模塊的位置，通過間隙尺和壓力傳感器觀察重心偏移的位置及在相應位置的壓力，當偏移和壓力數值時達到預先的計算值時，即保證了設計的中心定位。

其主要施工步驟詳解如下：

（1）船體在進行LTM安裝前進行壓載，使船傾斜一定角度（以保證前端壓力傳感器上能顯示讀數）。并對已安裝在月池中的軸承段、安裝導向的位置進行確認，保證LTM和底部軸承之間最大的間隙在船首0度位置。

（2）將若干個周向頂絲安裝在軸承支撐結構上，保證所有的垂向頂絲和周向頂絲分別與軸承支撐結構的底部和外壁平齊。

（3）慢慢將LTM放入月池，直到軸承支撐環板的底面離月池尾部180度軸承支撐板中心上表面一定距離，以便灌注CHOCKFAST（一種機械用填充劑）。吊裝過程中采用側向導向拉繩來保證軸承支撐結構周向位置與船體縱向中心線對齊。

（4）用左右舷的周向頂絲來將軸承支撐結構定位在月池的中心位置。用浮吊將LTM向船尾方向移動，直到軸承支撐結構的外壁接觸到月池尾部180度中心位置結構內壁。

（5）手動將軸承支撐結構上的垂向頂絲擰緊，直到所有垂向頂絲全部接觸到月池支撐板。應用間隙尺來檢查確認LTM在底部軸承的定位，并繼續使用周向頂絲來調整。

（6）擰緊最后面的周向頂絲使LTM向船首方向偏移，偏移的距離應能在底部軸承位置產生需要的壓力。

（7）測量檢查距離船首中心線左右舷一定角度位置上LTM上所受的預應力，2千斤頂應同時作業，同時對LTM施加頂力，直到LTM與月池底部軸承面在船首方向0度位置的間隙值達到一定要求時，記錄下千斤頂的讀數。

（8）如果上一個步驟的預應力讀數不符合要求，LTM的位置需要重新進行調整。

3.2 旋轉平臺及滑環操作平臺的安裝連接

旋轉平臺的底部與直徑2米的轉軸中心柱相對接，頂部需要安裝支撐整個滑環組的直徑2.2米，厚度200毫米的滑環底板（SSB）。施工難點在于其要求的水平度及同心度允許偏差僅為1毫米。施工的基本原理為先使用導向結構、木楔塊配合浮吊進行安裝調平；而滑環底板安裝原理是考慮到旋轉平臺轉動時滑環操作平臺不發生轉動，故在旋轉平臺及滑環操作平臺安裝連接完成后安裝，利用固定在中心軸柱上的頂絲和布置在滑環底板周向和垂向百分表讀數，配合旋轉平臺和中心軸柱的轉動，逐步實現滑環底板的中心水平定位。

主要施工步驟如下：

（1）安裝前在UTM外邊緣安裝若干個臨時支撐，防止UTM的重量全部集中在中心節點部位，臨時支撐焊接在UTM第一層甲板下，在船體上準備木塊和木楔用于UTM的調平，在與LTM中心軸柱對接部位安裝導向板。

（2）浮吊將UTM吊起就位，通過在臨時支撐下方放置的木塊、木楔和千斤頂來調整與LTM的垂直度使得符合要求。UTM周向位置也應與LTM對齊。

（3）在UTM調平工作完成后，對UTM和LTM中心節點、斜支撐進行組對焊接。并去除吊點和臨時支撐結構。

（4）在SAS結構安裝完畢后，便可進行SSB的安裝。SSB的水平度和同心度需要通過旋轉UTM和LTM來測量。

（5）根據圖紙，提前標注SSB在UTM上的定位點。

（6）準備2套百分表，固定在SAS結構支撐上，一個百分表測量SSB的水平度，一個百分表測量SSB的同心度。

（7）為SSB調平工作準備支撐導向和頂絲，SSB應保證水平度和同心度。

（8）通過碼頭吊和滑輪旋轉UTM， 百分表讀數每轉一定角度時記錄一次。保證SSB的水平度和同心度不超出允許誤差。

（9）如果SSB的水平度和同心度誤差超出，應通過調整頂絲和重復旋轉UTM/LTM來調整SSB位置，直到SSB的水平度和同心度滿足誤差要求。

（10）在SSB位置調整好后進行SSB的焊接（增設控制焊接變形結構），需要進行焊前預熱和焊后熱處理。

（11）完成SSB的焊接后，再次旋轉UTM/LTM和測量百分表讀數確認水平度和同心度在允許誤差范圍內。

4 結語

由于大型FPSO內轉塔的重量大，起重船的使用必不可少，合理的施工技術的運用在上述關鍵步驟上最大限度的壓縮了浮吊工作時間，節省了昂貴的船天，并在其他步驟上做到合理的優化，使得項目在較少的人力物力投入下成功按時的完成。在PYRENEES FPSO項目中，安裝連接施工還經受了不良天氣、人員經驗不足、物資缺陷等一系列考驗，在上述合理的施工技術的使用下最終使得內轉塔在預定工期內成功安裝，并使得FPSO提前順利投產。