淺談海上平臺上部組塊吊裝技術方案

周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設計公司，天津 300450）

對石油需要的日益劇增，海洋導管架式、坐底式等鉆井石油平臺隨之迅速發展；同時，海洋平臺建造規模越來越大，平臺上部組塊結構重量越來越重，體積越來越大，同一平臺分幾次吊裝技術也日趨成熟。上部組塊在海上的吊裝，往往是制約整個工程的進度、成本和安全的關鍵因素，風險較大，同時也是海洋工程的關鍵節點所在，也最能展現企業的技術能力、管理能力和裝備能力。為了給安裝方實施海上吊裝順利展開和安全性提供有力的技術支持，在上部組塊詳細設計階段，進行吊裝計算分析，根據技術文件設計吊點位置、尺寸等，合理地選擇吊裝所需起重浮吊船和運輸駁船等資源，是極為重要的。

1 上部組塊吊裝重量、重心確定

影響海上平臺上部組塊吊裝重量、重心主要因素是平臺結構自重和機械、管線、電氣、儀表等設備的重量、重心，所以平臺組塊上各專業重量、重心的準確性是整個組塊設計的基礎和根本，是設計前期的重中之重。

詳細設計階段，各專業主要根據平臺總布置圖和廠家資料等來確認各自專業的設備重量和重心，匯總制成重控報告后，即可確定平臺上部組塊吊裝重量和重心。通過SACS軟件模擬上部組塊結構和各專業設備荷載，對上部組塊整體進行靜力分析、地震分析、裝船分析、拖航分析等，根據分析結果調整上部組塊結構梁的規格或結構形式。調整后的組塊結構重量和重心須在重控報告中更新替換。

2 上部組塊吊裝分析

根據重控報告中組塊吊裝重量重心，首先確定組塊吊裝吊點的位置，吊點位置選擇原則：上部組塊重心須在兩吊點中間±1/6距離范圍內，吊繩與水平面的夾角一般不小于60度。除此之外，組塊吊裝時還應該考慮組塊結構因偏心對吊繩力與結構強度的影響。

在開敞暴露海域（即海上）進行吊裝，在設計吊點和形成于吊點相連的節點并將吊裝力傳遞到結構內部的其他內部構件時，應使用最小為2．0的荷載系數計算靜荷載。對于屬于其他的傳遞吊裝力的結構構件，應使用1．35的最小荷載系數進行設計。

用SACS軟件對平臺組塊吊裝時吊鉤及吊繩進行模擬，邊界處理等，進而運行計算，得出結果文件。

3 吊點設計

經過吊裝計算分析后，所有桿件UC值、管節點沖剪校核、結構相對位移等滿足要求后，需進行吊點設計。

在吊點設計時，從SACS吊裝計算結果文件中得出動態分析（2．0載荷的系數）下的各吊繩的力，如表1，由此來計算并設計吊點。除此之外，還需考慮以下幾點：

（1）5%的額外面外彎矩。

（2）因組塊重心偏心導致吊繩與吊點主板存在夾角導致的面外彎矩。

（3）需結合安裝方提供的卸扣、吊裝鋼絲繩信息表來設計吊點。

表1 各吊點處吊裝力

一般平臺組塊結構常規吊點標準化程度比較高，用專用的吊裝吊點表格進行計算設計，如圖1，滿足要求即可。

圖1 吊點計算表格部分示意圖

對于非標準化的吊裝吊點，須采用ANSYS軟件進行吊點處局部有限元計算，結構形式較為復雜。

4 吊裝方案

吊裝方案是完成上部組塊吊裝任務的核心，是整個吊裝作業策劃的結果。在詳細設計階段，正確合理的選擇運輸駁船和海上浮吊顯得尤為重要，為保證以后海上吊裝順利實施的提供基礎。

根據上部組塊的自身的特點，如組塊重量重心、井口位置、主腿長寬間距、外型尺寸等，可以初步確定運輸駁船的船寬。根據基本設計時提供的海上浮吊，確定吊裝技術方案時主要考慮以下幾個方面。

（1）海上浮吊回轉半徑和回轉中心距離浮吊船艉的距離。

（2）安裝時運輸駁船與浮吊之間的安全距離。

（3）上部組塊在運輸駁船上位置，及組塊重心距離浮吊方向船舷距離。

（4）上部組塊結構重心的偏心問題。

（5）吊裝安裝就位時上部組塊距離導管架高度。

（6）海上浮吊自身主鉤至頂端滑輪組距離，組塊吊點距駁船甲板高度（包括滑道高度、滑靴高度和組塊自身高度等），鎖具高度等。

（7）吊裝安裝時上部組塊是否與海上浮吊吊臂發生干涉等問題。

（8）上部組塊海上吊裝的安全系數。

綜合以上考慮情況，根據海上浮吊的吊裝曲線和經計算過的吊裝半徑，如圖2，求得在上述條件下的浮吊的最大吊裝重，根據多余吊裝量來確定安全吊裝半徑的范圍。

圖2 浮吊吊裝曲線及最大吊裝力核算示意圖

將吊裝方案中的各種信息，如運輸駁船寬度要求、吊裝半徑、最大吊裝重、安全吊裝的范圍等，經項目組反饋至安裝公司。由安裝公司確定運輸駁船、起重浮吊船資源和駁船上滑道布置位置，再由設計方進行核算之前初步吊裝方案的可行性。如可行，即可鎖定海上浮吊和運輸駁船資源和駁船滑道布置等，形成文件形式以供安裝后續確定具體吊裝實施方案使用。

5 結語

海洋大型結構物的吊裝一直以來都是海洋工程的熱門課題和難點，隨著人類對海洋資源的不斷開發，海上大型結構物安裝的規模和復雜度也在不斷增加，對吊裝作業工藝和管理要求不斷提高。詳細設計時制定有效合理的吊裝技術方案，從先進可行、安全可靠、經濟適用、因地制宜等方面進行技術可行性的論證，提前鎖定船舶資源，避免了日后進度工期風險，為施工方制定吊裝方案提供有力的技術保障。

[1]American Petroleum Institute． Recommended practice for planning． designing and constructing fixed offshore platformsworking stress design[S]． API RP 2A-WSD,2000．