海洋工程結構物裝船設備現(xiàn)狀分析與展望

周執(zhí)偉

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

結構物裝船是指海洋結構物選擇陸地模塊化建造海上組裝連接，采用普通駁船或半潛式駁船等作為載體將陸地建造的結構物或模塊裝船的施工工程。根據(jù)結構物噸位、形式差異，采用不同的施工工藝，對于萬噸以下的結構物，通常采用液壓絞車、SPMT（自行式模塊運輸車）進行裝船，對于萬噸及以上的結構物通常采用Strand Jack（鋼絞線千斤頂）、Skidding System（滑移系統(tǒng)）。此外，法國HEBETEC ENGINEERING LTD公司開發(fā)出了APS-System（空氣氣墊滑移系統(tǒng)），ENERPAC荷蘭公司開發(fā)出了Pulling and Pushing Jack（推拉千斤頂）等。根據(jù)使用設備的不同，施工方式也各不相同。

1 海洋工程結構物裝船設備

1.1 液壓絞車

液壓絞車裝船方式已在我國國內(nèi)應用超過20年，是最傳統(tǒng)、最經(jīng)濟的裝船方式。其主要施工原理是利用液壓絞車連接滑輪組實現(xiàn)增大拉力，牽引結構物前移的過程。其作業(yè)能力范圍通常從幾百噸至幾千噸。其主要配套設備資源見表1。

1.2 拉力千斤頂

海油工程是國內(nèi)首次自主使用拉力千斤頂?shù)墓荆?008年起使用國產(chǎn)拉力千斤頂裝船業(yè)務，完成了中海油31個結構物裝船。在世界范圍內(nèi)，知名的千斤頂生產(chǎn)廠家包括荷蘭Enerpac公司，英國DLT公司，法國HTE公司，在國內(nèi)具有生產(chǎn)拉力千斤頂?shù)闹麖S家有柳州OVM公司。這些公司為橋梁、市政基建、海上油氣等行業(yè)提供了不同規(guī)格的拉力千斤頂。根據(jù)需求拉力不同，千斤頂拉力從15t拉力到1400t拉力不等。

拉力千斤頂工作原理如圖1所示：

圖1 拉力千斤頂及其工作原理

1.3 自行式模塊運輸車（SPMT）

自行式模塊運輸車又稱自行式液壓平板車。主要應用于重、大、高、異型結構物的運輸，主要包括兩大部分：承載車身及動力系統(tǒng)。其優(yōu)點主要有：

（1）可4軸、6軸、8軸、多軸組合，運載能力從幾百噸至萬噸。使用靈活、裝卸方便、載重量大，常用4軸、6軸、8軸，在多軸組合的情況下運載能力可達50000噸以上。

（2）場地要求低。與滑移裝船相比，SPMT小車無需特制滑道。對地基承載力要求為10t/m2。

（3）與滑移裝船方式比較，SPMT方向靈活，可以實現(xiàn)直線行駛、側(cè)向行駛、旋轉(zhuǎn)等動作。

（4）承載輪胎高度自動補償，這使得在凹凸不平的地面上，SPMT能保持受力均衡，但最大的地面高差一般不得超過30cm。

圖2 SPMT自行式模塊運輸車

1.4 液壓滑移系統(tǒng)

液壓滑移系統(tǒng)由千斤頂系統(tǒng)（垂直承載千斤頂、水平推移千斤頂）、動力系統(tǒng)、滑道組成。單個系統(tǒng)承載力從200t至2500t不等，廣泛應用于海洋石油平臺、橋梁、重型裝備等鋼結構的提升和滑移施工。其工作原理是：首先，根據(jù)結構物重量選擇相當數(shù)量的系統(tǒng)單元。然后，通過垂直承載千斤頂頂升，將載荷轉(zhuǎn)移到滑靴，由滑道承載。再次，夾持系統(tǒng)夾持滑道，提供推移千斤頂推力的反作用力。最后，水平推移千斤頂伸缸推動載荷在滑道上滑移。

圖3 液壓滑移系統(tǒng)結構圖

液壓滑移系統(tǒng)需要有專用的滑道，可以通過多條滑道實現(xiàn)超大噸位的結構物滑移裝船，在半潛式平臺的下部船體裝船施工中，由于船體下部結構強度關系，該系統(tǒng)能完全承載船體縱向載荷，同時水平受力由滑靴承載，對船體結構不構成影響。

1.5 APS-system氣墊滑移系統(tǒng)

氣墊滑移系統(tǒng)是由承載千斤頂和移動單元、液壓動力站單元、供氣單元、推進千斤頂、滑道組成。承載單元及移動單元集成一體，通過液壓頂升將結構物頂升，載荷轉(zhuǎn)移至滑移系統(tǒng)，氣墊單元加氣實現(xiàn)氣墊與滑道間空氣層，達到較小摩擦力的效果，推拉千斤頂動作實現(xiàn)一次短距滑移。其作業(yè)能力可實現(xiàn)50-100000t級的結構物滑移，法國HEBETEC公司實現(xiàn)了30000t級的石油平臺裝船。主要結構如圖4。

圖4 APS-system系統(tǒng)結構圖

APS-system工作原理如圖5。

圖5 APS系統(tǒng)工作原理圖

1.6 推拉千斤頂

該系統(tǒng)由液壓夾持系統(tǒng)、推進千斤頂及液壓動力站單元、滑道組成，單臺千斤頂?shù)耐屏蛇_到1000t，可根據(jù)現(xiàn)場情況組合。該系統(tǒng)由荷蘭ENERPAC公司開發(fā)，實現(xiàn)了32000t級的石油平臺裝船。主要結構如圖6。

工作原理：該系統(tǒng)由推力傳遞梁、推力千斤頂、裝配油缸、夾持油缸等組成，施工前進行組裝，連接液壓動力站。工作時，夾持油缸伸缸，加緊滑道翼板，為千斤頂頂推提供反作用力，兩臺千斤頂同步伸缸，推力經(jīng)過推力傳遞梁，作用于結構物滑靴上，當推力大于啟動摩擦力時，實現(xiàn)結構物起步，推進一個行程后，夾持油缸放松，千斤頂縮缸，拉動整個系統(tǒng)前移，縮缸一個行程后，夾持油缸夾緊滑道翼板，如此循環(huán)，實現(xiàn)推進結構物滑移前進。工作程序如圖7。

2 優(yōu)勢劣勢對比

圖6 推拉千斤頂結構圖

圖7 推拉千斤頂工作程序圖

經(jīng)過多年發(fā)展，出現(xiàn)不同種類的裝備，但各種裝備具有各自的優(yōu)點及缺點，并未出現(xiàn)新設備完全淘汰老設備的情況。新設備的出現(xiàn)，豐富了裝船裝備資源，產(chǎn)生了新的裝船方式。因此，在進行項目施工方案設計時，要根據(jù)不同設備的優(yōu)勢、劣勢選用最優(yōu)的裝備。不同裝備優(yōu)勢對比如表2。

表2 各種裝備優(yōu)勢劣勢對比

3 世界范圍內(nèi)結構物裝船、卸船的公司裝船紀錄

世界第一：2014年10月，在韓國大宇船廠，ALE公司使用12臺850t拉力千斤頂，將重達47830t（含DSF）的Arkutun Dagi組塊縱向裝船。保持裝船重量世界第一記錄。

國內(nèi)第一：2013年3月，在海工青島場地，ALE公司使用8臺850t拉力千斤頂，將重達33000t的荔灣3-1CEP組塊縱向裝船，創(chuàng)造了國內(nèi)裝船重量第一的記錄。

2019年6月，ENERPAC公司荷蘭子公司，使用8臺800t推力千斤頂，將重達31449.9t的隸屬阿聯(lián)酋國家油氣建設公司（NPCC）的ULGTP-Umm Lulu Gas Treatment Platform組塊縱向裝船。對比主要的裝船公司，其裝船紀錄如表3所示。

表3 主要結構物裝船公司業(yè)績統(tǒng)計

4 國內(nèi)大型結構物裝船裝備展望

海油工程作為國內(nèi)最大的海洋工程EPCI承包商，目前裝船裝備包括8臺套液壓絞車，4套750t拉力千斤頂及SPMT小車，完成了海油工程絕大多數(shù)結構物施工。2008年6月在青島場地首次使用拉力千斤頂將重達16500t的PY30-1導管架裝船，也是目前海工自主完成的最重結構物裝船項目。隨著中國海洋石油集團公司深水戰(zhàn)略的推進，陵水17-2開發(fā)井正式開鉆，標志我國南海深水油氣資源開發(fā)已邁出實質(zhì)性步伐，未來將有更多的深水項目有待開發(fā)。然而，目前國內(nèi)裝船裝備的發(fā)展已不能滿足深水油田開發(fā)中龐大的結構物裝船需求。未來國內(nèi)裝船裝備的發(fā)展可從以下幾方面考慮。

4.1 完善裝備序列

不同的裝船設備具有不同的優(yōu)點，應發(fā)揮液壓絞車裝船低成本及SPMT小車裝船效率高的優(yōu)勢，重點發(fā)展Strand jack（鋼絞線千斤頂）。鋼絞線千斤頂不需要專用滑道，成本較低，且具有豐富的施工經(jīng)驗和成熟的方案，是目前國內(nèi)針對超大型結構物裝船最可行的自主裝船方式。對于特殊結構（如半潛式平臺船體）需要skidding system或APS-system，目前國內(nèi)無該項技術，但應當列入發(fā)展計劃，完善裝備序列以滿足結構各異、重量不同的結構物的裝船需求。

4.2 裝備國產(chǎn)化

中國作為世界制造大國，具有完備的工業(yè)體系，國內(nèi)科研單位如機械科學研究總院和生產(chǎn)企業(yè)如江蘇某液壓公司聯(lián)合研究，完全具備設計、生產(chǎn)、制造大型的Strand jack，Skidding system的能力。從設計上可以參考DLT等公司的設計理念，國內(nèi)廠家設計制造，可快速地推進裝船裝備的國產(chǎn)化。

4.3 裝備與技術的融合突破

裝船設備是海洋工程領域重要裝備，工程技術的實現(xiàn)以裝備為基礎，裝備的更新推動裝船技術的發(fā)展，二者相輔相成。未來面臨深水項目時，結構物重量更大，技術要求更高，裝備更加復雜，然而國內(nèi)在裝船裝備與技術融合方面，復合型人才較缺乏，培養(yǎng)能將裝備與技術融合的人才十分重要。

5 結語

以上6種裝船方式是目前世界上已成功實施的裝船方法。因裝備不同、裝船方式各異，在實際工程中，施工單位需綜合考慮裝備資源、氣候因素、船舶能力、經(jīng)濟效益、安全性、適應性等因素，根據(jù)不同結構物選擇最優(yōu)的裝船設備，制定裝船方案。

◆參考文獻

[1] 許南，王飚，楊小龍，等. 大型組塊橫向滑移裝船可行性分析[J].中國造船，2013，54(2)：133-139.

[2] 周軍，郭永昌，朱士海. 預應力千斤頂在大型海洋結構物滑移裝船中的應用[J].中國造船，2017，58（增刊1）：506-511.

[3] 王福山，朱熙根，董津?qū)帲? 拖拉滑移裝船液壓設備[J].液壓與氣動，2008，(5)：42-45.

[4] 李新超. 超大型導管架滑移裝船方法研究[J].中國水運，2012，13(3)：33-34.

[5] 徐慧，王寬，樊之夏，等. Truss Spar平臺滑移裝船研究[J].中國造船，2017，52（增刊1）：205-211.

[6] 張寶均，張暉，吳非，等. 海上石油平臺應用SPMT小車運輸和裝船技術特點分析[J].船海工程，2017，46（增刊2）：198-201.