半潜式生产平台船体分段划分原则.pdf

.124-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备半潜式生产平台船体分段划分原则刘广辉宋鲁峰杨风艳田旺生万秀林(海洋石油工程星（青岛）有有限公司，山东青岛2 6 6 5 2 0）摘要】陵水17-2 半潜式生产平台为全球首座万吨储油半潜式生产平台，在海油工程青岛公司建造，由于其结构强度和疲劳寿命要求都很高，船型也与以往的半潜平台有很大的区别，因此对此船体的分段划分提出了更高的要求。本文结合船厂传统船型的分段划分原则，通过逐一分析陵水17-2 半潜式生产平台船体分段划分过程中的影响因素，提取通用性原则，最终梳理出半潜式生产平台船体的分段划分原则。【关键词】陵水17-2 气田；半潜式生产平台；分段划分影响因素；分段划分原则1分段划分意义分段划分是浮式结构物下部船体建造施工设计技术的重要环节，是开展施工图设计的基础。分段划分是否合理，关系到能否有效地利用场地资源、设备，合理的分段划分能够有效的改善施工条件，提高工效，提升建造质量、降低建造成本，缩短建造周期。2陵水项目简介陵水17-2 气田位于琼东南盆地北部海域，水深为12 2 0 m-1560m，其开发方案采用浮式平台方案，该方案工程设施由一套水下生产系统、一座半潜式生产储油平台和海底管线构成。陵水17-2 平台为全球首座万吨储油半潜式生产平台，被命名为“深海一号”能源站，其船体由4根立柱、4段浮箱和4个连接节点组成，见图1。该船体主要参数见表1。22m59m立柱37m21m浮箱节点9m21m495m21m91.5m图1陵水17-2 半潜式生产储油平台表1陵水17-2 半潜式平台船体主要参数参数数值主尺度91.5mX91.5mnX59m节点21mX21mX9m浮箱49.5521mX9m立柱21m X 21m X50m重量33498t陵水项目船体的结构等级共分为三类，如下图2 所示：HATCHLEGENDSPECIALPRIMARYSECONDARY图2 船体结构等级分类船体结构等级分类及特点定义：1）Sp e c i a l(SP)特殊结构位于关键传力点或应力集中区域的结构，如上部组块与船体连接部位、下浮体与立柱连接部位、立管与船体连接结构及其基础、导缆器及其基础、锚机基础。2）Pr im a r y(PR)主要结构对船体结构完整性起关键作用的构件，如主作者简介：刘广辉（198 6-），男，学士，高级工程师，研究方向是海洋工程钢结构设计。125-刘广辉等半潜式生产平船体分段划分原则第8 期传力路径上的水平层和舱壁、下浮体和立柱外板未被划为特殊结构的部分。3）Se c o n d a r y(SE)次要结构重要程度较低或失效后并不影响船体结构完整性的构件，如未划为特殊或关键结构的内部甲板、水平层或舱壁，竖井、通道等的围壁结构。图3舟船体整体结构等级分类图由图3可看出，陵水17-2 船体的特殊结构占比很高，约占整个船体结构重量的14%，项目业主和详细设计对特殊结构的要求也较为严格：不允许开孔和临时焊接，尽量避免拼缝焊接，若遇到特殊情况需要临时焊接（包括各种临时构件、吊点等），需要报业主和第三方进行批准。3分段划分影响因素陵水17-2 半潜式生产平台建造前，经过了多轮分段划分方案的修改和完善，最终确定了符合青岛场地资源、设备能力和生产进度等各方面要求的分段划分方案。如图4：C3446C3326C47C31C32C24CT2-L1C44C23P21CT2-L2C43C16C1702C42C22C41CT1-L1C14CT1-L2C13P41C12C11特珠区域图4陵水17-2 船体分段划分图在这个过程中，根据不同阶段考虑的不同因素，总结出分段划分的各方面影响因素。首先，由于总装阶段的施工涉及到高空作业、组对精度、补漆等各种难点，施工效率远不如预制阶段，为了保证施工效率和项目进度，分段划分的总体原则是在条件允许的情况下，尽量将总段、分段的重量、尺寸做大，以减少总装阶段的施工工作量和施工难度。其他方面的主要的影响因素包括以下方面：3.1吊装运输设备能力前期总段和分段的划分主要参考的数据是建造场地的吊装、运输能力。陵水17-2 半潜式生产平台船体分段在投标阶段分别考虑过青岛场地现有的8 0 0 吨龙门吊、4台7 5 0 吨履带吊，也考虑过租借2 台16 0 0 吨履带吊、5 0 0 0 吨ALE轨道吊、浮吊等多种吊装资源，从而出现了多个不同版本的分段划分方案。最终根据项目组的决策，陵水项目租借两台16 0 0 吨履带吊，以满足整个项目的建造计划，因此最终的分段划分方案中，所有需要吊装的总段的重量都在2 台16 0 0 吨的吊装能力范围内。同样，所有的总段还要满足运输设备的能力，青岛场地拥有32 4轴线的SPMT模块运输车，整体运输能力能够达到90 0 0 吨，总段运输重量控制在90 0 0 吨以内即可。但考虑到运输难度和尺寸控制方面的影响，前期总段划分决定采用超大C型总段的形式来划分底层节点、浮筒分段，如下图5：步猴1：布置滑道、滑靴以及支撑步骤2 按照顺序安装CT2总段码头头P21浮箱P41浮箱码头码头CT1总段码头图5 C型总段合拢顺序图126-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备此种划分方式下，C型总段的重量达到了5 5 0 0吨，但后期因为工期和预制场地占用时间过长等原因，最终合拢阶段没有采用C型总段直接总装的方式，而是采用了大小L型总段的方式进行总装，但大L型总段的重量也达到了30 0 0 吨，如下图6 所示。图6 L型总段合拢顺序图通过整个分段划分阶段的总段重量变化可以看出，吊装和运输能力决定的是总段和分段重量的上限。3.2建造场地车间尺寸除了吊装运输能力，分段划分时还需要考虑所有车间的能力限制。根据青岛公司车间大门的尺寸，所有分段进出车间时，考虑运输设备的高度，整体尺寸要小于最小车间大门的尺寸。表2 青岛场地车间大门尺寸车间大门宽高结构预制车间大门35m10.5m浮体分段预制车间门北门22m9.8m浮体分段预制车间门西门24m11.8m1号喷涂车间大门38m13m2号喷涂车间大门24m12m根据分段预制、喷涂等各个阶段所需进入的车间，决定了该分段的尺寸限制。陵水17-2 半潜式生产平台船体分段的宽度都在2 1米以内，因此所有的分段在分段划分时主要考虑高度方面的限制，而在项目策略中，青岛场地的分段都是在2 号水泥平台，即车间外预制，所以只需要考虑涂装车间的限制即可，考虑SPMT小车和运输垫墩的高度，所有青岛场地建造分段的高度需要小于10.5 米。青岛场地建造的分段包括P21A/B、P41A/B、C*3A/B、C*6、C*7，共2 0 个分段，其中只有C6的四个分段的高度超过10.5 米，所以C6分段在建造时，采用了大组立进喷涂车间进行喷涂，出车间后再进行合拢，然后整体吊装的方式进行总装。因此，将所有的分段进车间的尺寸都控制在车间大门允许范围内。因此，场地车间能力决定了总段和分段尺寸的上限。分段尺寸主要考虑预制车间的尺寸，总段尺寸需要考虑喷涂车间的尺寸。3.3船体自身结构特点陵水项目船体分段划分涉及到具体的分段拼缝位置的变化都是因为船体自身疲劳特点和结构特点的影响，包括特殊结构的和关键节点位置尽量避免分段缝，以及船体分段划分要避开自然拼缝，以避免产生R角拉直现象等情况，都对船体的分段产生了很大的影响。由于详细设计对于特殊区域的要求：组块与立柱相交POST区域不允许分段，圆锥过渡区域不允许分段、连接过渡区不允许分段。因此，当时的顶层分段由原来的环形总段改成了竖向总段，C5、C6、C7 竖向划分，以确保分段划分时尽量避开关键区域，具体变化参见图7。C27C26NWC6NWC5NWC4OC24图7避开关键区域分段划分变化因此，船体自身结构特点决定的是船体分段拼缝的具体位置。3.4采购板材尺寸为保证项目开工后，施工的连续性，有很大一部分船体板材需要在项目前期采办，而此时由于分段划分方案还没有最终确定，故这批采办的钢板一般是按照标准尺寸统一采办的，因此在分段划分阶段也要对这部分因素进行考虑，能够提高分段的材料利用率，同时减少预制时的焊接工127刘广辉等半潜式生分段划分原则第8 期作量。陵水项目当时采办的主要尺寸为12 米和10 米长的钢板，因此在分段划分时，分段的长度最好也能控制在12 米以内和10 米以内。若分段划分阶段还没有采办钢板，那么可以考虑按照最大采办能力来确定钢板的尺寸，例如若陆运最大钢板长度为12 米，那么分段长度最好控制在11.8 米左右，采用海运采购钢板，若钢板最长可达到18 米，分段的长度可以考虑定在17.8 米左右。因此，采办钢板尺寸影响的是预制分段的适中尺寸。3.5生产计划的影响分段划分属于加工设计/生产设计的工作，而加工设计工作的意义就是为了现场施工和整个建造项目服务，按照青岛场地的可用资源，最大的吊装能力只有4台7 5 0 吨履带吊，但是若按照此吊装能力来划分分段，则分段数量会变成140 个左右，青岛公司的施工能力和施工周期不满足项目的需求，而且单独在青岛场地建造也无法保证所有分段同时开工，因此项目的最终策略是租用了2台16 0 0 吨履带吊，并将6 0 个分段安排到分包场地进行预制，青岛公司只进行总段合拢。同样，3.2 节中考虑的C型总段还是L型总段的问题也是考虑到生产计划的影响。因为虽然分段总组时可以总组成5 5 0 0 吨的超大C型总段，但会持续的占用预制场地，导致后续分段无法总组，而青岛公司的总装合拢场地却会长时间闲置，因此，项目整体决策，将C型总段分为大小L型总段，减少分段总组工序，将部分工作量留到总段合拢场地进行，从而提高各个场地的利用率。因此，施工项目的生产计划影响的是分段划分的整体策略。4分段划分原则根据陵水船体整个分段划分的全过程和在这期间所考虑各类影响因素，选取通用性的影响，最终确定了半潜式生产平台分段划分的基本原则。4.1结构特点与强度1）分段划分阶段要根据已有基本设计/详细设计图纸为依据，参考结构等级分类图、总布置图、舱容图、结构平立面图等。2）分段对接缝应尽可能避免布置在船体应力集中区域和高强度要求区域。3）分段对接缝应尽量布置在强构件附近，一般距离强构件距离10 0-15 0 mm处，根据实际肋位间距进行调整。4）分段划分要确保分段有足够的刚性，使其不致因焊接、火工校正及翻身吊装而引起较大的变形。5）分段拼缝应尽可能选择原结构的自然拼缝位置，以减少拼缝数量，同时要注意，未经详设批准，加设不得随意更改详细设计的原有设计和原有拼缝位置。6）分段拼缝应尽可能避免划分在节点零件（如肘板）范围内，特别是避开关键节点的肘板趾端等特殊位置。4.2起重运输能力1）建造场地的起重、翻身、运输能力是决定分段尺寸和重量的主要因素。2）分段尺寸和重量都要控制在吊机、运输资源的条件允许范围内。3）在决定分段的重量时，还应考虑到分段的临时加强材料、预装、管线和电缆托架等附件的重量。4）考虑分段重量时，不单需要考虑场地现有资源，还应根据项目策略和工期需求，考虑可以租赁的起重资源，例如，陵水17-2 半潜式生产平台的总装能力考虑的是租赁2 台16 0 0 吨履带式吊机。4.3施工工艺和施工条件1）分段划分应考虑预制车间、喷涂车间的能力和进出尺寸，在考虑到运输设备和运输工装的状态下，能够顺利的进出车间，并在车间内正常作业。2）分段的划分应考虑装配和焊接的方便性。尽量在大接缝处创造比较良好的操作空间，同时考虑装、涂装的方便性。3）分段尽量形成开式，不要形成密闭空间，以便于出砂、搭设脚手架、检验和涂装作业等。4）分段的划分应有利于最大限度地采用自动和半自动焊接。因此，船体平直结构处的分段尺寸可以划分的大一些，特殊结构形式和曲面结构处的划分可以小一些，并尽量不要与平直结构划(上接145 页）128-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备分在同一分段内，避免降低了平直分段的焊接效率。5）分段接缝处的结构形式可以采用阶梯型或平断面型，不能采用插入型或斜面型。阶梯型接缝更加利于组对和控制变形，平断面型接缝更有利于连续焊接和简化安装工艺，保证焊接质量。6）合拢缝应尽量避开空间狭窄区域，减少合拢难度。分段划分应考虑主要设备的安装工艺。4.4材料利用率1）分段应尽可能根据原材料钢板的规格划分，以减少对接缝，提高钢材利用率。同时要考虑预制场地或预制车间对外板的加工能力。2）对同类型的结构尽量采用统一的划分方法和预制方式，利用结构上的相似特性，尽可能使用统一的胎架，减少或简化制造分段所需的胎架和加强材。4.5生产计划和劳动量1）在充分考虑场地的硬性条件基础上，保证分段结构强度的前提下，分段划分时尽可能的增大分段的重量和尺寸，以减少焊接工作量、减少吊装次数、降低涂装的破坏及提高预装率。2）分段划分的分段数量应考虑工厂的劳动组织及场地面积，最大程度的增加施工面。因特殊情形、避免干扰，调度员临时对报警进行短时间静音，因配合现场施工或者避免连锁保护触发ESD系统实施的临时屏蔽，临时修改自设提示报警值。一般小于一个值班班次，如未完成，按照短期变更处理。6结论和建议我国管道SCADA系统在设备国产化、光纤通信系统、仿真优化技术等处于国际先进水平，为管道安全运行和节能增效发挥重要作用。随着中俄东线等大型天然气管道工程建设，应高度重视SCADA系统误报警的改进和管理，在管道设计、运行、维护等全生命周期贯彻“报警有效性原则”。通过持续研究分析管道运行规律，特别以上原则如相互矛盾，应周全考虑，选择最优方案。本文综合考虑半潜式生产平台建造阶段影响分段划分的各个因素，从而形成的分段划分原则，可以适用于类似船型的半潜平台船体的建造，同时可为其他各类船体的分段划分提供参考。参考文献1朱海山，李达，魏澈，等.南海陵水17-2 深水气田开发工程方案研究 J.中国海上油气，2 0 18，30（4）：17 0-177.2尤学刚，陈邦敏，刘孔忠，等.陵水17-2 气田半潜式生产储油平台和龙方案研究 J.中国海上油气，2 0 2 0，32(6):141-149.3钟宏才，向东，谭家华.船体分段划分方法研究概述 .造船技术，2 0 0 2，（0 2）:1-4.4滕晓艳.船体分段模块划分方法的研究 D.哈尔滨；哈尔滨工程大学，2 0 0 6.5日本造船学会钢船建造法研究委员会.钢船建造法（第2卷）M.北京：国防工业出版社198 5.6唐慧宗，姜福茂.适应于壳瓣涂一体化的分段划分方案.造船技术，1997，（0 3）:10-14.7周喆，姚杰，隋江华.15 万吨原油轮分段划分方案评估J.船舶工程，2 0 2 1，（0 4）:48-5 4收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 1修回日期：2 0 2 3-0 7-14是积累统计历史报警数据信息，优化调整报警规则，提高识别误报警的辨别能力。开发报警专家设计系统，实现报警信息自动统计、评估、审查和记录，重点分析报警性能评估值超标的时间段内报警特征，提高报警智能化决策分析能力水平。参考文献1邓霄，白天阳，崔宇翔。含腐蚀缺陷管道剩余寿命预测方法评述.油气与新能源，2 0 2 1，33（4）：2 8-322马伟平，张帆，房伟.高钢级管道切割技术现状综述.油气与新能源，2 0 2 2，34（6）：7 7-8 1收稿日期：2 0 2 3-0 3-10 修回日期：2 0 2 3-0 7-13