一種用于半潛式平臺船體總段吊裝的吊排系統

馮英磊， 宮 晨， 連 鑫， 尚繼飛， 劉凌云

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266520)

0 引 言

隨著海洋石油開發向深海的不斷進軍，傳統的固定式平臺難以勝任深海作業需求，半潛式平臺將成為未來深水油氣開采的重要工具，其建造數量也將越來越多，部分半潛式平臺船體將會在滑道建造并使用履帶吊總裝集成。半潛式平臺船體結構一般由立柱、節點和浮筒三部分組成，如圖1所示，總段為環形板殼結構，履帶吊的吊裝集成將成為一個建造難點。

圖1 半潛式平臺船體結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of hull structure of semi-submersible platform

1 吊排系統設計背景

對于半潛式平臺船體，國內外船廠大都采用塢內或滑道建造并使用龍門吊搭載的方式集成，龍門吊吊裝集成船體總段是目前較為成熟的作業方式。但陵水17-2半潛式平臺船體因場地限制，無法使用龍門吊，須使用兩臺1 600 t履帶吊吊裝[1]集成。相較于龍門吊，履帶吊吊裝船體總段有諸多限制，尤其在吊索具的選擇方面有一定的困難?？紤]到吊機起重能力以及項目工期，將船體總段的噸位劃分地較大，總段重量大多控制在500～1 100 t之間。履帶吊鉤頭為“山”字鉤，按照履帶吊的傳統索具連接方式，每個鉤頭下方最多可連接4根鋼絲繩，如圖2所示，因此吊裝過程中單個吊點受力將達到150 t，并且水平方向有較大分力。船體總段的艙壁板及外板厚度一般不超過25 mm，艙壁板之間幾乎沒有加強結構，如使用該種傳統吊裝索具，船體結構會產生較大變形甚至破壞，吊裝風險較大。

圖2 履帶吊傳統吊裝索具示意圖Fig.2 Schematic diagram of traditional lifting method of crawler crane

對陵水17-2項目某船體總段的傳統吊裝進行了受力分析，使用ANSYS軟件建模，模型選取單元類型為SHELL63，密度設置為7 850 kg/m3，泊松比為0.3，楊氏模量為2.06×1011，船體結構鋼材的屈服極限為355 MPa，許用應力為355 MPa×0.66=234.3 MPa。

建立模型后對船體下端進行全約束，在吊點位置的節點上施加150 t豎直向上載荷，按照吊點受到30°斜拉考慮，水平方向施加86.6 t橫向載荷，有限元計算結果如圖3所示。可見此時船體結構應力較為集中，最大應力值達到1 886.74 MPa，遠大于材料的許用應力。

圖3 傳統吊裝受力云圖Fig.3 Force analysis of traditional lifting

為均勻分散吊裝受力，使船體艙壁及外板僅受到豎直方向上的拉力，確保船體結構不被破壞，采用履帶吊鉤頭連接一種新型吊排系統[2]的方式進行吊裝[3]，如圖4所示。采用吊排系統后，因吊排中設有滑輪及平衡梁，保證了每個吊點受力相同，同時吊點也可以均勻布置在一條直線上，避免了吊點面外力的出現。每個鉤頭下方可均勻布置至少8個吊點，吊點最大受力為75 t，有效減少了船體結構及鋼絲繩索具的受力。

圖4 履帶吊配合吊排系統吊裝示意圖Fig.4 Schematic diagram of lifting by lifting row system

同樣應用ANSYS軟件對該船體總段采用吊排系統吊裝進行受力分析，建立模型后對船體下端進行全約束，在吊點位置的節點上施加75 t豎直向上載荷，有限元計算結果如圖5所示。可見此時船體結構受力較為均勻，最大應力值只有68.79 MPa，小于材料許用應力，結構安全。

圖5 應用吊排系統吊裝受力云圖Fig.5 Force analysis of lifting by lifting row system

2 吊排系統設計特點

與龍門吊不同，履帶吊基本沒有配套的吊排系統，本項目中所設計的新型吊排系統可與1 600 t履帶吊配合使用，同時根據項目特點設計了不同的作業工況[4]。該吊排系統主要由2個400 t吊排、1個800 t橫梁撐桿、2個500 t特制扁平卸扣、2根高性能無接頭繩圈以及銷軸等配件構成，橫梁撐桿兩端設有吊耳，通過無接頭繩圈將其與履帶吊鉤頭連接。主要構成如圖6所示。設計安全載荷為800 t。使用2臺1 600 t履帶吊配合2套吊排系統即可完成陵水17-2半潛式平臺船體立柱最大總段的吊裝[5]。

圖6 吊排系統主要構成部分Fig.6 Main components of lifting row system

3 吊排系統的使用方法

3.1 拆分

該吊排系統可以方便地拆分為單個吊排使用，銷軸配穿軸器，通過人工旋轉可以快速地穿軸、拔軸，在不使用外部機械輔助的情況下，實現吊排的快速拆卸。拆分為單個吊排后，通過銷軸直接將其與履帶吊鉤頭下方的吊裝孔連接，此種吊裝方式適用于陵水17-2半潛式平臺船體立柱上端較小總段[6]，如圖7所示。

圖7 拆分為單個吊排Fig.7 Spliting into a single lifting row

3.2 轉向

800 t橫梁撐桿下方可增加一個轉向連接件，實現吊排90°旋轉，并且橫梁撐桿上設有調節吊排間距的螺栓孔，使吊排間距與總段艙壁板間距匹配，避免出現大角度斜拉的情況。橫梁撐桿上的螺栓孔間距為1 800 mm和1 200 mm，因此吊排間距可以調整為7 500 mm、 8 700 mm和10 500 mm三種，如圖8所示。此種吊裝方式適用于陵水17-2半潛式平臺船體立柱有開口的總段。

圖8 吊排旋轉90°及撐桿長度調節Fig.8 Rotation of lifting row at 90° and adjustment of spreader bar length

4 吊排系統應用效果

吊排系統組裝完成后，對其各項設計性能進行了驗證試驗，隨后應用于陵水17-2半潛式平臺船體總段的吊裝。

4.1 常規用法實際應用

陵水17-2半潛式平臺船體立柱的C4總段重量約為764 t，最大外形尺寸為21 m×21 m×8.5 m。采用2臺履帶吊配合2套吊排系統進行吊裝，吊排平行于撐桿方向，共設置16個吊點，如圖9所示。因吊點僅受豎直方向拉力，船體結構無須加強。

圖9 常規用法實際應用Fig.9 Lifting operation of general application

4.2 吊排拆分實際應用

陵水17-2半潛式平臺船體立柱的C7總段重量約為550 t，最大外形尺寸為21 m×11 m×13.9 m。該總段寬度小、重量輕，吊排系統的常規用法不適用于該總段。通過將其拆分為單個吊排后與履帶吊鉤頭配合，實現了該總段的吊裝集成，如圖10所示。

圖10 吊排拆分實際應用Fig.10 Practical application after lifting row disassembled

4.3 吊排旋轉實際應用

陵水17-2半潛式平臺船體立柱的C1總段重量約為761 t，最大外形尺寸為21 m×9 m×16.2 m。該總段有一面開口，須將吊排旋轉90°吊裝。同時因艙壁板間距不一致，吊排系統的撐桿長度也根據艙壁板間距進行了調節，避免了吊點斜拉，如圖11所示。

圖11 吊排旋轉實際應用Fig.11 Practical application after lifting row rotated

5 結 語

本文以陵水17-2項目為依托，介紹了一種應用于半潛式平臺船體總段吊裝的新型吊排系統。吊排系統通常為龍門吊的常用配套索具，但幾乎沒有一種吊排系統可配套應用于履帶吊，本文所述的新型吊排系統根據履帶吊及陵水17-2項目特點設計。相較于履帶吊的傳統吊裝方式，使用該吊排系統能夠有效降低船體結構受力，避免應力集中的情況發生。吊排系統結構新穎，工況可調，可拆分或轉向以及調整吊排間距，理論上可以完成陵水17-2半潛式平臺船體的不同類型總段吊裝。經過實際吊裝驗證，應用效果與理論設計相吻合。為今后同樣采用履帶吊吊裝集成的大型半潛式平臺船體的吊索具設計提供參考。