海洋平臺(tái)塔式設(shè)備吊裝分析

楊清渭，馬 躍，宗秀娟，趙鑫磊，陳廣寧

(1.天津修船技術(shù)研究所，天津 300456； 2.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

1 深海油氣開發(fā)現(xiàn)狀

石油作為“工業(yè)的血液”，在工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)家發(fā)展方面扮演著非常重要的角色。我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，逐步由石油出口國(guó)變成了石油進(jìn)口國(guó)，并且陸地石油的開采逐年減少，而海洋石油的開發(fā)卻在穩(wěn)步增長(zhǎng)，這不僅因?yàn)槲覈?guó)擁有廣闊的領(lǐng)海，更主要的是海洋中儲(chǔ)藏著豐富的石油資源，油氣儲(chǔ)量是陸地的好幾倍。經(jīng)過不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)淺海油氣的開發(fā)技術(shù)已日臻完善，近幾年也建造了大量的海洋平臺(tái)，為我國(guó)的發(fā)展提供了源源不斷的能源，但是對(duì)于油氣資源非常集中的300 m至500 m深海的開發(fā)卻進(jìn)展緩慢，相對(duì)于國(guó)際先進(jìn)水平，我們還有很大差距[1]。

目前，國(guó)際上大型的能源公司已經(jīng)開始將油氣開采的重心向深海偏移，在我國(guó)提出深海開采戰(zhàn)略的大背景下，我們也必須要攻克國(guó)外技術(shù)的封鎖，研發(fā)出適合我國(guó)的深海油氣開發(fā)項(xiàng)目。最近我國(guó)在大力發(fā)展深海FPSO項(xiàng)目，F(xiàn)PSO是集生產(chǎn)、儲(chǔ)油、卸油為一體的海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)、卸油裝置，它避免了采用固定式平臺(tái)而鋪設(shè)的長(zhǎng)距離油氣回輸管線，大大降低成本。

FPSO較傳統(tǒng)固定平臺(tái)更為先進(jìn)，對(duì)建造的要求也更高，特別是對(duì)于設(shè)備類的建造。長(zhǎng)期以來，我國(guó)FPSO項(xiàng)目設(shè)備主要依靠進(jìn)口，這對(duì)我國(guó)海洋油氣開采設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新是非常不利的，因?yàn)榧夹g(shù)的進(jìn)步必須要依據(jù)實(shí)踐的檢驗(yàn)才能實(shí)現(xiàn)，每次針對(duì)性的改進(jìn)，都是一次技術(shù)的升級(jí)。

2 塔式設(shè)備的發(fā)展

1)塔式設(shè)備作用。因?yàn)镕PSO需要對(duì)油氣進(jìn)行處理，所以塔式設(shè)備是必不可少的。塔式設(shè)備作為過程工業(yè)中最重要的設(shè)備之一，可以使氣-液或者液-液之間緊密接觸，從而達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。其可以廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、解吸和萃取，起到對(duì)氣體的回收、提純、干燥作用。

2)塔式設(shè)備特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：不易泄漏，便于操作，能維持內(nèi)部件的穩(wěn)定效率，而且不易堵塞，便于檢修。缺點(diǎn)：內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓降較大。

3)FPSO塔式設(shè)備發(fā)展。常規(guī)海洋平臺(tái)塔式設(shè)備外形只有塔體和管口，不設(shè)置操作平臺(tái)，操作平臺(tái)跟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在一起，就會(huì)導(dǎo)致配套塔式設(shè)備使用的結(jié)構(gòu)桿件太多，不僅浪費(fèi)空間，而且增加成本。國(guó)內(nèi)某項(xiàng)目對(duì)塔式設(shè)備外形進(jìn)行優(yōu)化，將操作平臺(tái)跟塔體設(shè)計(jì)在一起，最大限度利用塔體高度空間，并盡量減少結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)，減少重量，增加空間，這個(gè)方案的優(yōu)化對(duì)“寸土寸金”的FPSO尤為重要。國(guó)內(nèi)優(yōu)化后塔式設(shè)備外形如圖1所示。

圖1 國(guó)內(nèi)優(yōu)化后塔式設(shè)備外形

3 塔式設(shè)備吊裝分析

3.1 塔式設(shè)備運(yùn)輸狀態(tài)

因?yàn)樗皆O(shè)備普遍呈細(xì)長(zhǎng)型，長(zhǎng)度較大、直徑較小，所以塔式設(shè)備均采用臥式運(yùn)輸。由于操作平臺(tái)的存在，運(yùn)輸時(shí)要配套專用的運(yùn)輸鞍座，以保證運(yùn)輸過程中保護(hù)設(shè)備桿件免受損壞。

3.2 塔式設(shè)備翻身吊裝分析

1)狀態(tài)分析。為保證塔式設(shè)備正常安裝，首先需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行翻身。因操作平臺(tái)的寬度遠(yuǎn)超塔體寬度，而操作平臺(tái)的強(qiáng)度不滿足設(shè)備翻身時(shí)作為吊點(diǎn)使用，因此設(shè)備(特別是溜尾索具)翻身時(shí)，需要通過計(jì)算解決繩索跟設(shè)備的干涉問題。

吊索具連接時(shí)，應(yīng)根據(jù)塔體的寬度選擇合適的撐桿，最大限度地保證索具遠(yuǎn)離塔體。如果吊鉤是吊排結(jié)構(gòu)，要充分考慮吊排長(zhǎng)度是否滿足吊裝要求，避免吊排長(zhǎng)度過大，導(dǎo)致索具與水平線夾角小于60°。

主吊點(diǎn)如果采用軸式吊耳，需要考慮吊耳擋板與索具之間的夾角角度，避免因角度過大，出現(xiàn)擋板切割索具的狀態(tài)。溜尾吊點(diǎn)如果為單一吊耳，設(shè)備翻身時(shí)需要預(yù)留溜尾索具的空間或者對(duì)溜尾索具進(jìn)行雙索具設(shè)計(jì)，使雙索具通過撐桿保證存在一定的夾角，來避免對(duì)塔體和操作平臺(tái)產(chǎn)生干涉。塔式設(shè)備翻身及翻身索具連接示意圖見圖2。

圖2 塔式設(shè)備翻身及翻身索具連接示意圖

2)吊索具的選擇。索具選擇在滿足強(qiáng)度要求的前提下，還需考慮長(zhǎng)度能否避免干涉。4點(diǎn)吊裝根據(jù)3點(diǎn)共面的極限考慮3個(gè)吊點(diǎn)受力，索具與水平線夾角按極限情況下的60°考慮[2]，設(shè)備重量用G表示，在重心不偏心的前提下，索具最小承受力F需滿足：

F=(G/2)/sin60°。

(1)

3) 過程分析。塔式設(shè)備翻身主要計(jì)算各種干涉，需要借助放樣對(duì)翻身過程進(jìn)行模擬，以便更加直觀地避開干涉區(qū)域，主要干涉區(qū)域有以下幾處。

(1)主吊索具與主吊點(diǎn)以上設(shè)備桿件的干涉。考慮到撐桿的寬度和塔體尺寸，處于設(shè)備翻身時(shí)，設(shè)備與吊索具之間范圍內(nèi)的干涉桿件需要進(jìn)行拆除或者移位。

(2)溜尾索具與溜尾吊點(diǎn)以上設(shè)備桿件的干涉。考慮到設(shè)備翻身時(shí)溜尾索具的受力狀態(tài)，設(shè)備與翻身索具之間范圍內(nèi)的干涉桿件需要拆除。為最大限度保留設(shè)備桿件，溜尾索具可采用雙索具連接，增加索具夾角，減少干涉桿件。

(3)溜尾撐桿與設(shè)備或主吊吊鉤的干涉。因設(shè)備高度尺寸較大，設(shè)備翻身時(shí)要考慮溜尾撐桿不能干涉設(shè)備本體或主吊吊鉤。應(yīng)通過計(jì)算選擇適合長(zhǎng)度的鋼絲繩，保證撐桿位于設(shè)備上方。塔式設(shè)備翻身主視圖、側(cè)視圖分別見圖3、圖4。

圖3 塔式設(shè)備翻身主視圖

圖4 塔式設(shè)備翻身側(cè)視圖

塔式設(shè)備翻身相較設(shè)備吊裝難度更大，不確定因素更多，因此在翻身時(shí)，一定要確認(rèn)吊索具的規(guī)格、吊機(jī)的工況，并在翻身時(shí)要進(jìn)行試吊，保證設(shè)備平吊時(shí)不反轉(zhuǎn)、不脫扣。對(duì)于翻身過程中距離索具較近的桿件，要進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，以免因設(shè)備晃動(dòng)而損壞。設(shè)備翻身完成后，要在主吊持續(xù)穩(wěn)定受力且設(shè)備穩(wěn)定后再對(duì)溜尾索具進(jìn)行拆除，在確保安全的前提下進(jìn)行吊裝。

塔式設(shè)備的吊裝重點(diǎn)之一為需要注意設(shè)備的方位，因?yàn)樗皆O(shè)備吊裝時(shí)容易旋轉(zhuǎn)，對(duì)于設(shè)備定位難度較大。可采用提前在定位位置和設(shè)備本體進(jìn)行標(biāo)記的方法，以保證就位準(zhǔn)確性[3]。

4 結(jié)束語

隨著國(guó)家“挺進(jìn)深藍(lán)”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)不斷加強(qiáng)對(duì)深海油氣資源的開發(fā)，前途光明，道路崎嶇。我國(guó)擁有廣袤的領(lǐng)海，更有豐富的油氣資源，隨著開采技術(shù)越來越成熟，對(duì)設(shè)備的要求也越來越高。在關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口的背景下，我國(guó)技術(shù)人員不斷攻克技術(shù)難關(guān)，不僅掌握了很多主要的技術(shù)能力，而且根據(jù)我國(guó)國(guó)情，研發(fā)和創(chuàng)新了更加實(shí)用的設(shè)備和流程，為我國(guó)海洋油氣開發(fā)事業(yè)做出了一定的貢獻(xiàn)。