FPSO外飘式外转塔改装技术研究

郑克雄

(大连中远海运重工有限公司，辽宁 大连 116113)

某浮式生产储油卸油装置 (FPSO)改装前是一艘服役超过20年的超大型油船(VLCC)，本次改装主要对其进行结构换新改装，增加艏部外转塔系泊系统(TMS)、直升机平台、独立生活区以及甲板上相关功能模块等。按转塔所处位置的差异，转塔系泊系统可分为外转塔式和内转塔式[1]，本文阐述的项目为外转塔式。

我公司在FPSO改装方面经验丰富，但对于外飘式外转塔系泊系统的建造及整合是首次承建，同时这次改装工作是国内最大的外转塔改装工程，其技术及建造难度可想而知。攻克其技术难关及精度控制难题势在必行，同时也为现场项目顺利施工创造便利条件。

1.1 项目改装背景

1)改装母船为一艘30万吨级的VLCC，船长320 m，宽58 m，型深27 m，其艏部从FR110向前均需切除，质量约770 t，艏部结构改装范围示意图如图1所示。图1中，区域①阴影为需切除的球鼻艏区域；
区域②为原船保留结构；
区域③为增设的外转塔支撑结构(TSS)，质量约2 600 t，且部分区域为新老结构错位连接。船东供货的TMS通过大型浮吊进行吊装合龙，外转塔系泊系统包括外转塔(THS，质量约2 650 t)和转塔维护平台(SAS，质量约1 200 t)2部分。

图1 艏部结构改装范围示意图

1.2 改装范围及难点

1)依据改装工作范围，需解决以下难题。

(1)原船结构的切除。从项目控制成本角度，项目组要求尽可能发挥我公司码头50 t岸吊数量多的优势，提高原结构切除效率，为缩短项目整体工期创造有利条件。

(2)原船外板艏部区域为双曲线型，而新制TSS为锥状的立体结构，其对接相贯线复杂、曲折，对接难度极高。同时船东无法准确提供原船线型数据，而且运营超过20年的船舶，其结构变形状态也是未知数。

2)新增改装结构难点。

(1)TSS建造及TMS整合的对接精度控制是本项目的重点和难点。精度控制包括3部分：①TSS本身的建造及合龙；
②TSS与TMS模块之间的整合口；
③SAS的4根支腿与外转塔上4个基座之间的对接，尤其是SAS的4个基座跨TSS和THS 2部分，精度控制难度更进一层。

(2)TMS包括THS及SAS两部分，其中THS是目前国内改装的最大质量外转塔，超大型模块吊装方案设计也是本项目的设计难点之一。

2.1 旧结构切除技术方案

本项目母船艏部切除质量近800 t，为达到提高码头施工效率及减少坞期占用的目的，精细化切除方案设计是唯一途径。

1)首次对切除的旧结构进行分段划分，并设计吊装方案，满足码头吊车的吊装要求。母船结构图仅有扫描图纸，无法进行编辑，技术人员通过对原图纸数据编辑加工并进行三维建模，准确绘制了结构图纸；
并依据三维模型提取质量质心，为保障吊装的安全性和高效性提供了有力的技术支持。整个艏部区域共划分成65个小分段进行拆除，最大分段质量约30 t。

2)对切除范围进行划分。通过对船舶码头系泊浮态进行计算，评估船艏吃水数据，确定码头系泊阶段及坞内切除范围。码头阶段通过岸吊吊装，水线下部分则在进坞时切除。

2.2 新增TSS的建造工艺方案

1)新增结构的分段划分。新增的TSS总质量达2 600 t，依据结构图纸及建造吊装策划，将TSS划分为42个分段建造，合并为3个总段进行吊装合龙。

2)TSS结构3个总段模型图如图2所示(部分结构为合龙散装)。

图2 TSS结构3个总段模型图

其中，下总段包含4个分段，以8520平台为基面反组，总组完成翻身后通过420 t平板车对接合龙，开创了总段合龙新工法的先河。中总段包含19个分段，其中10分段正态预组为整体总段，因断面为台阶状，其他9个分段单独上船合龙，并通过浮吊进行吊装，中总段浮吊合龙如图3所示。为保证合龙顺利实施，技术人员依据各专业三维模型数据及项目计划安排，编制三维模型合龙干涉检查报告，为现场干涉检查提供技术支持。上总段包含19个分段，其中18个分段正态预组为整体总段，1个分段单独上船合龙，总段浮吊合龙。为提高施工效率及安全性，大合龙口处的施工脚手架及安全护栏均在总段建造阶段完成，减少浮态施工量。

图3 中总段浮吊合龙

2.3 新增TSS及外转塔系统整合精度控制方案

本项目的外转塔为外飘式结构，对接面相贯线为双曲面与立体面的对接，形状复杂、曲折，精度控制对本项目至关重要[2]。为获取对接面准确型值数据，现场精度控制人员通过全站仪测量关键位置的实际型值数据，并反馈给技术部门，对图纸设计的理论值进行修正，以保证改装图纸与船舶实际数值相吻合。外转塔建造及合龙精度控制方案如下。

1)设立基准线。对于TSS分段的建造和合龙，设置基准线是必要的。其中分段的划线精度为±2 mm，总段的划线精度为±4 mm。

2)分段建造阶段的精度控制。①基于基准线标记和测量分段建造的精度；
②分段完工后，应将肋位检查线、中心线、纵向检查线标记完成；
③分段精度控制表格完成后送审船东、船检。

3)分段/总段合龙阶段的精度控制。①测量分段/总段中心线偏差；
②测量分段/总段肋位线偏差；
③测量分段/总段纵向线偏差；
④测量分段/总段水平偏差；
⑤测量分段/总段之间的间隙值；
⑥测量分段/总段结构对位的偏差；
⑦分/总段精度控制表完成后送审船东、船检。

4)TSS与THS系统整合阶段的精度控制。①设置长度方向基准线：FR153+300(SAS基座中心位置)；

②设置宽度方向基准线：中心线；
③设置高度方向基准线：距基线44 000 mm；
④整合双方需满足统一的公差要求。

5)引入模块整合对接口第三方数据评估机制。①为避免对接数据主观测量偏差，引入第三方评估机制；
②船厂及外转塔供货方将精度测量数据提供第三方评估；
③第三方对双方提供的数据进行评估和复核，并确定对接端面的余量切割数据。

2.4 超重型THS模块吊装方案的优化设计

项目设计之初，依据船东在国外改装船厂经验判断，吊装本项目THS模块(总质量约3 350 t，其中模块质量2 650 t、索具质量700 t)时，需考虑租用5 000 t起重能力的浮吊。通常此级别的浮吊仅派遣费(不含吊装费用)就能达到500万元以上，无论对船东或船厂，仅此一项费用就给项目成本控制带来极大的挑战。虽然这部分费用按合同规定为船东支付，但本着对项目负责的态度，和船东及设计公司一起对模块的吊装方案进行了优化设计。为满足吊装要求，需从2个方面考虑：减轻模块质量和提高吊车起重能力[3]。

1)依据设计公司提供的初步图纸及重控报告，设计初步吊装方案供设计公司参考。设计公司参考我们的吊装方案，尽量从设计维度降低模块整体质量及偏心量，从而提高吊车起重能力。表1为THS模块质量质心控制表。

表1 THS模块质量质心控制表

表1中，LCG为质心的纵向位置，TCG为质心的横向位置，VCG为质心的垂向位置。从表1可以看出，通过设计优化减轻模块质量约210 t。

2)除减轻模块本身质量，我们还需从提供吊车能力上下功夫。我公司常用吊车资源为3 600 t海吊，其自带吊排质量约320 t，实际吊装能力约3 280 t。通过对模块吊点分布状态研究，决定用“井”字型双层吊杆代替原吊车自带吊排[4]，以减轻吊索具质量。井字型吊杆布置如图4所示，具体见虚线圈定的范围。最终确定吊装方案吊索具质量约600 t，比最初方案减轻100 t。

图4 井字型吊杆布置

通过以上措施，最终将模块整体质量控制在3 100 t以内(2 440 t+600 t=3 040 t)，成功实现了用3 600 t浮吊代替5 000 t浮吊的外转塔模块吊装方案设计。

本项目外转塔改装方案的设计与实施，填补了国内无超大型FPSO外转塔建造和改装的空白，尤其是双曲外板与锥状外转塔支撑结构的光顺对接、浮吊降级替代的模块海吊方案设计，赢得船东的高度评价，进一步巩固了我公司在FPSO改装市场的技术优势。

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