船体非完整状态FPSO上部模块吊装分析

船体非完整状态FPSO上部模块吊装分析

林海

（招商局重工（江苏）有限公司，江苏 海门 226100）

摘要：模块吊装集成是FPSO建造的重要工序，在船体未完工的状态下干坞吊装也是国内首次，本文重点基于招商局重工（江苏）有限公司的码头资源、起重能力、坞底承载力、船体强度、模块的重量和功能划分等方面分析承建的陆丰12-3项目的模块在船体建造非完整状态下吊装对于船体的要求和单点结构的影响，论证关键模块吊装的方案的可行性和对于船体建造具备的完整性要求。

关键词：上部模块、集成、吊装、单点结构

Hoisting Analysis of FPSO Topside in Incomplete Condition of Hull

Linhai

(China merchants Heavy Industry (Jiangsu) Co., Ltd，Haimen 226116 ,China)

Abstract: The topside hoisting integration is an important process in FPSO construction, and the dry dock hoisting is the first time in China when the ship hull is not finished, based on the wharf resources, lifting capacity, dock bottom bearing capacity , hull strength ,the weight and functional pision of the modules are analyzed to analyze the requirements of CMHI heavy industry (Jiangsu) Co. , Ltd. , this paper analyzes the requirements of the Lufeng 12-3 project on the hull and the impact of hoisting on the single-point structure of the hull under the incomplete condition of the hull construction, demonstrate the feasibility of the key module hoisting scheme and the integrity requirements for hull construction.

Keywords: geological analysis; installation; preloading; punch through; jacking;

0 引言

随着石油开采往深海的不断发展，浮式生产储油卸油船订单逐渐增大。“海洋石油123”是中海油能源发展股份有限公司为陆丰12-3油田开发项目配套的一艘10万载重吨级的浮式生产储卸装置（FPSO），由招商重工(江苏)有限公司承担建造集成，整体设计寿命25年，总长约241.5米，型宽45.2米，型深25.4米，载重量11.22万吨，排水量15.9万吨，可日处理液量12262方、原油7358方、伴生气8300方。 具有生产、储存、卸载功能，拥有原油处理工艺设施、废水处理、电站、共用设施、80床生活楼等。其系泊中心水深大约236.1米，配备内转塔式单点系泊系统，上部模块总长154.0 米，宽41.0米。上部模块布置了发电机组、热介质系统、油水处理设施等,入级ABS(美国船级社）和CCS(中国船级社）。

1招商局重工干坞情况

1.1 干坞尺寸

招商局重工（江苏）有限公司（后程招商重工）现有两个干船坞，#1干船坞长550米，宽130米，曾完成过40万吨矿砂船、40万吨FPSO、半潜式起重生活平台、半潜式钻井平台、38000吨半潜驳船等大型船舶建造。坞底型深13.8米，可做到9米以下吃水船舶建造出坞。船坞所在地潮汐表参照白茆港，基准零潮位水深为6.8米。坞底坞墩采用通用1.1米水泥墩上配备可调钢墩调平，调平后保持1.8米的平均坞墩高度。坞上配备2台900吨龙门吊，两侧配备五台40吨塔式门机。#2干船坞长500米，宽50米，目前正在建设中，主要用于后续PCTC和豪华邮轮订单的建造。

1.2  海洋石油123建造坞内情况介绍

与“海洋石油123”项目(C米HI-265)同时在建的一共有六条船，分别为通用型40万吨FPSO（C米HI-225)、2500吨自升式风电运输安装平台（C米HI-238）、两条600吨自升式运维平台（C米HI-277-1、2）、风电运维船（C米HI-262-1）。见图1。“海洋石油123”项目为定制船型，该项目与其它FPSO项目最大的区别就是针对性水域定制化设计完成以后开工建造，这样上部模块的建造和主船体的建造基本是并行的两条线。其中上部模块的建造周期较主船体的建造周期短，在主船体未完成合拢前就可建造完成抵达船厂。

“海洋石油123”项目是国内首次采用“Bluewater”蓝水公司设计的内转塔式单点系统，受单点设备交期和主船体建造进度影响在模块吊装前不能完成单点安装，吊装故需要考虑主船体必须具备的条件和吊装方案。

图1干坞内项目布置图

1.3 “海洋石油123”主船体建造情况

上部模块到货时，主船体艉部、货油舱区域完成搭载焊接，艏部分段完成搭载，未完成焊接，艏部分段情况如图2所示，主舱壁结构完成装配焊接，次要结构在模块吊装过程中继续焊接工作。主甲板模块支墩和甲板管单元在模块吊装前完成定位安装。（如图2所示）

  图2 艏部结构搭载完成情况图

 1.4  模块布置和功能介绍

“海洋石油123”上部模块一共由14个模块组成，主甲板有12个按船尾部到艏部、左舷到右舷的顺序依次布置了电气房间模块、卸货区、电站模块1、电站模块2、惰气模块、热站模块、外输计量模块、燃料油处理模块、油气处理模块3、油气处理模块2、预留区域、油气处理模块1，热站与惰气模块和外输计量模块与燃料油处理模块之间间隔了一个3.5米宽的区域以隔离危险区和非危险区（如图3所示）。根据单点系泊的特点每个模块下面设有6个支墩，中间两个为固定支墩，两侧的四个为滑动支墩，这样模块在海上作业期间可以很好的根据主船体受波浪的影响随着主船体的弹性变形的水动力响应在一定范围内滑动，起到很好的抗疲劳效果。   

电气房间模块布置在船的左舷，尺度约为27.8米×19.6米，该模块上布置了三层电气房间。一层房间布置了主开关间、储藏室及电池间。二层电气房间布置了变压器间、FM200（泡沫消防）间、工作间及应急开关间。三层电气房间布置了中控设备间和空调通风设备。

卸货区布置在船的右舷，尺度约为27.8米×19.6米。

电站模块1布置在船的左舷，尺度约为26米×20.9米。该模块上布置了1个发电机房并预留1台发电机房间空间，发电机房内有2台原油发电机，房间尺度为26米×15.08米。

电站模块2布置在船的右舷，尺度约为26米×15.58米。该模块上布置了1个发电机房，发电机房内有2台原油发电机，房间尺度为26米x14.08米。

惰气模块布置在船的左舷，尺度约为29米×19.6米。该模块上布置了惰气发生器、氮气系统、空压机系统和实验室等。

热站模块布置在船右舷，尺度约为29米×19.6米。该模块上布置了热介质炉、热介质膨胀罐、热介质循环泵等设施。

外输计量模块布置在船的左舷，尺度约为23米×19.6米。其上布置有外输计量撬、溢油回收装置和工具间。

燃料油处理模块布置在船右舷，尺度为23米×19.6米。其上布置有合格油日用罐撬、原油分油机橇、合格油增压撬、水力旋流器、气浮选及燃油循环橇等设施。

油气处理模块3布置在船的左舷，尺度为22.5米×19.6米。其上布置有电脱水器、燃油闪蒸装置及原油冷却器。

油气处理模块2布置在船的右舷，尺度为22.5米×19.6米。其上布置有电脱水器进料泵、二级分离器、二级分离器加热器、化学药剂撬等设施及卸货区。卸货区尺寸为14米×6米。

预留区域布置在船的左舷，尺度为24.5米×19.6米。

油气处理模块1布置在船的右舷，尺度为24.5米×19.6米。其上布置火炬分液罐、原油换热器、一级分离器等设施及预留区。

图3 模块甲板布置图

2上部模块吊装方案介绍

上部模块的吊装方案基于不同的船体结构形式进行和模块建造进度以及模块重量对于大坞起重能力的要求进行配置。本项目属于专用定制化产品，模块与主船体设计建造进度基本同步，所以只需要根据模块重量选定不同的吊装方案即可，模块重量统计如下：

上部模块建造由两个不同的地方进行建造，运输均采用SPMT（多功能模块车）进行滚装上船，由甲板运输驳船抵达招商重工码头后，根据模块的重量选择用900吨龙门吊或者3000吨浮吊卸船。900吨龙门吊可以满足780吨的安全吊装载荷，3000吨浮吊可以满足3000吨的吊装载荷，坞门口卸船区域仅满足一台900吨龙门吊进行卸船（如图4所示），所以只能考虑780吨重量以内的模块卸船，超过重量的需要采用3000吨浮吊进行卸船（如图5所示）。

  图4 900吨龙门吊卸船布置

  图5 3000吨浮吊卸船布置

为减少上部模块上船以后界面工程的施工量，需再上部模块完成卸船后需在总组场地将界面工程尽可能多的预装完成并对整个吊装作业前的干涉区域进行清理，保证吊装过程中产生不必要的碰撞缩短龙门吊的使用时间，尤其是超过单台900吨起重能力的需要采用两台900吨龙门吊进行双机联抬，如电气房间模块、发电机模块都需要双机联抬（如图6所示）。

图6 900吨龙门吊双机联抬示意图

3上部模块吊装对于主船体影响

当上部模块吊装的时，主船体艏部未完成合拢（见1.3章节描述），模块吊装引起的甲板挠度变形需要重点考虑，尤其是艏部未全面完成焊接的单点系泊月池区域。为满足单点下转塔的水上安装需要保证筒体上下口的同心度小于4mm，模块吊装前需首先对甲板变形情况进行有限元分析，保证吊装后的合拢精度。模块上吊点的设置和载荷情况的分析也需要强度校核，模块整体为框架结构，仅需要进行框架受力计算即可。

  考虑将最重的两个发电机模块和最靠近艏部的预留模块和油气处理1模块在船体全部焊接完成后进行吊装以满足船体建造精度要求。在模型中仅需要在剩余八个模块的支墩上按照重心约束重量即可（如图7-1所示）。

通过计算船体、单点系泊月池围壁、月池筒壁梁、月池后结构等效应力(表7-1）、剪切应力（表7-2）、结构变形（表7-3）结果和主船体云图（图7-2）、单点月池筒壁（图7-3）、月池筒壁梁结构云图（图7-4）、船体后壁结构云图（图7-5）确认在主船体结构焊接完成的情况下进行模块吊装安装理论可行。模块吊装完成以后通过全转仪检查主船体挠度变形情况确保支撑变形满足要求。

图7-1 模块结构质量加载

图7-2 主船体结构强度云图

图7-3 单点月池筒壁结构强度云图    图7-4 单点月池筒壁梁结构强度云图

图7-5 单点月池筒壁梁结构强度云图

 表 7-1 等效应力结果汇总

表 7-2 剪切应力结果汇总

表 7-3 结构变形结果汇总

  由计算结果可知,所有结构的UC值均小于1.0。最大应力108.2Mpa，出现在主甲板模块基座附近属于模块质量引起的应力集中。最大变形116.1mm，出现在主甲板上生活楼外伸甲板处。因此模块吊装时船体结构均具有足够的强度。

结论

上部模块在干坞内吊装在国内属于首次尝试，本项目吊装时船体建造条件满足、甲板管单元安装满足、模块的完工程度满足，单点月池结构必须在主要结构焊接完成以后满足吊装和后续的船体漂浮挠度变形。坞内的起重资源根据模块的重量和吊装型式分配合理满足干坞吊装。

参考文献：

[1] ABS Rules for Building and Classing Floating Production Installations, 2020

[2] CCS钢质海船入级规范

[3] 邢延.自升式钻井船桩脚插入深度计算[J].岩土工程学报,1991,13(5):36-45.