CN104554649B - 超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法 - Google Patents
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Abstract
超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法,通过对整套海洋工程设施的精确拆分成模块组合序列，结合大型模块底部安装固定支座牵引拖移到同侧舷纵列布置，中型模块吊装纵列另一侧舷焊接布置，小型模块分散绑扎等多种方法，充分、合理并安全的有效利用运输驳船甲板空间，一次性整装集中跨洋装运模块化拆分的超大型海工设施，无需雇佣大型专业运输船，船体甲板与大中型模块底部刚性连接成为一体,增加了货物的稳性，避免装卸船以及航运过程中存在的驳船强度不够和失稳等安全隐患。显著减短装卸船工期，大幅度降低装运成本；大幅度提高劳动生产率和货物装卸效率，同时确保海上绑扎运输计算设计的安全性和实用性。
Description
技术领域
本发明属于海洋工程领域，涉及IPC分类B63B船用设备技术或B65D用于物件或物料运输技术，尤其是超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法。
背景技术
随着海洋工程的迅速发展，海洋工程结构物的体积和重量也在不断增加，特别是近年来，随着海洋石油开采力度的加强，使得装运大型海洋结构物的滑道资源非常紧张。
模块化建造技术在海工、能源和化工及基础设施等方面被广泛运用，且模块建造大型化趋势越演越烈，操作难度大，专业技术要求高，要求物流企业具备更高的技术水准和更强的装备水平，这给模块运输带来新挑战。
为了解决滑道资源紧张问题，通常采用液压模块车(SPMT)进行装船，其可以使海洋工程结构物建造在非滑道区内。由于大型海洋结构物体积庞大，建造时间较长，并需要将其支撑起来，以方便液压模块车(SPMT)的进出。如果只采用垫墩，仅需要大量的垫墩进行支撑，且若因某个垫墩出现不稳定问题，还会给大型海洋结构物的建造带来安全隐患。
承接FPSO、钻井船等海工项目，或者获得海工模块的建造订单时，由于跨国、跨区域的原因，这些模块的交付模式必须采用海上绑扎运输的方式。海工模块的海上运输需要考虑很多因素，如风、浪等环境条件，运输船舶的结构强度、稳性等性能状态，以及海工模块的完整性等，因此，对于绑扎运输的计算比较繁琐、复杂，科技含量较高。海工模块不属于运输船结构的一部分，为确保其完整性及安全性，海上绑扎运输不可能采用全部刚性连接与船体结构做成一体，也不能全部做成柔性连接导致货物在海上运输出现危险。同时，绑扎方式的不同，导致施工的难易程度及作业时间也会有所不同。因此，如何合理的绑扎使得既能保证海工模块的完整性及安全性，又能降低绑扎作业的工作量，是目前面临的问题。
需要远洋运输的超大型FPSO系列船的生活楼LQ(Living Quarter)、钻井船、HUM模块及钻井船生活楼、钻台等海工模块整体安装后进行远洋运输是十分困难的，而常用的方法是逐个模块船运，如此的运输量大、批次较多，而且，虽经过设计计算，并且已通过MWS认可并安全到达目的地,同时，已经有尝试性的做法，采用在货物底部垫衬木方，沿船长和船宽两个方向在货物前后左右绑扎钢丝固定，以克服船舶在风浪中产生的横摇等倾覆力矩对货物产生的影响，防止货物运输过程中货物因此发生位移、损坏甚至造成落海等事故，对于大型模块这样做也几乎是不可行的。另外，也有对个别大型模块类特殊货物进行焊接固定的情况，但由于海工模块重量和形体超大，如货物宽度与船宽接近、相同甚至更大时，货物与船舷的横距离几乎为零甚至是负值，从而使绑扎角度趋零，也造成无法绑扎，尤其是，许多情形下并不许可实施焊接固定作业。
已公开文献较少，中国专利申请200520092089.5一种大型货物海洋运输组合支架，它主要是由横梁和设在其上的立柱组成的，截面呈矩形的中空封闭横梁，底板上设有连接孔，竖直的立柱下端固定在上述横梁上与货物外型尺寸对应的位置。在连接孔附近设有上下两端分别固定在横梁顶板及底板内的竖直加强板，在立柱朝向货物的竖直面上设有非金属护板，在横梁顶板上设有橡胶垫。
中国专利申请201320508022.X大型海洋结构物滚装装船运输框架，包括：框架本体、固定筋板、脚鞋，其中，该框架本体的上部连接有用于支撑结构物的脚鞋；该固定筋板与固定框架本体和脚鞋连接，通过上述连接构成一运输框架结构；框架本体是由数根组合横梁及纵梁并采用焊接方式连接而成的框架式结构。
中国专利申请201410220353.2涉及一种海洋平台运输装置及运输方法，用于运输大型海洋平台。海洋平台运输装置包括船体、固定绞车、牵引绞车、底座、滑轨和滑靴；海洋平台运输装置为轴对称结构，关于纵轴对称，船体内部设有棱柱型压载舱，船体外侧沿纵向安装牵引绞车、固定绞车，船体顶部设滑道，滑道内安装有弹性滑块，弹性滑块可在滑道内滑动，弹性滑块顶部与底座底部固定，弹性滑块在滑道内的位置由摇箱调节；每个底座上铺设有滑轨，滑靴底部为滑轨槽，滑靴通过滑轨槽与滑轨相连。
中国专利申请02215064.1海洋运输用大件货物固定支架，主体支架由底梁与立柱组成L型，底梁上带有凹槽，在立柱的顶端固定有连接角件,连接角件上的孔朝上。底梁凹槽的两侧边上带有纵向止动板。梁的底面两侧带有凸起的横向限位板，横向限位板之间的内凹间距与船甲板上的凸起相吻合。在底梁上固定有四个连接角件，两个位于底梁的两端，两个位于底梁上相对横向限位板的位置，连接角件底面带有孔,在底梁的两端面带有连接环，孔与底梁在同一平面。
发明内容
本发明的目的是提供一种超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法，实现一次集中装运整套模块拆分的超大型海洋工程设施，在保证运输安全的条件下减少船舶运动给模块带来的运动响应，降低货物在运输过程中的应力水平和变形，保证货物的完整性和安全性。
本发明的目的将通过以下技术措施来实现：将整套海洋工程设施模块化拆分为一具海工作业模块HUM、一具生活楼模块LQ、一具直升机平台HD，另外将设备、架构舾装、管道和机械、电气和空调分别分装到多具机电设备MB-BLOCK、数字设备DS-BLOCK和海洋管道MP模块中，其中管道部件分别以立式管架RISER立体堆码，并且，在各模块底部分别固定支座STOOL；其中海工作业模块HUM和生活楼模块LQ自重分别不低于整套海洋工程设施总重的15％；海工作业模块HUM和生活楼模块LQ大型模块底部安装固定支座STOOL牵引拖移到同侧舷纵列布置，多具立式管架RISER中型模块吊装纵列在另一侧舷焊接布置，多具机电设备MB-BLOCK、数字设备DS-BLOCK和海洋管道MP类小型模块分散绑扎在其间，直升机平台HD布置在海工作业模块HUM和生活楼模块LQ之间；用于装运的船体1尺寸与理论载荷相当于整套海洋工程设施总重1.5倍以上重货运输驳船，船体主甲板宽度大于海工作业模块HUM或生活楼模块LQ最大宽度1.5倍。
尤其是，海工作业模块HUM或生活楼模块LQ中较重的、体积较大的模块布置于船体主甲板接近船艏位置。
尤其是，支座STOOL包含上部的平面的桁架和下部相应的一系列支撑支柱。
尤其是，超大型海洋工程设施为FPSO总重5665吨，拆分为一具海工作业模块HUM合595吨，一具生活楼模块LQ合1684吨，支座STOOL共21具合385吨，其中包括30吨11具的和10具15吨的；直升机平台HD合145吨，其中包括HD平台100吨和HD支架45吨；立式管架RISER有7具合833吨，各重107-154吨不等；海洋管道MP共9具合600吨，其中7吨一具，68-82吨8具；机电设备MB-BLOCK共4具合800吨，每具各重200吨；数字设备DS-BLOCK共3具合45吨，每具各重15吨；散装管道LOOES-PIPE合117吨，此外，还包括具8-28吨的各种工作管道支架合261吨；生活楼模块LQ长度43.8米，宽度20.8米，高度21.1米。生活楼模块LQ中心距离船体上甲板高度11.42m,距离船体底面18.92m，距离船体纵向中线6.48m，距离船体船尾74.42m；用于装运的船体尺寸与理论载荷相当于11000吨级以上重货运输驳船，参数包括:长度127.7米、宽32米、深度7.5米、吃水5.1米、航速11.5节；生活楼模块LQ和海工作业模块HUM大型模块纵向布置在用于装运的船体主甲板左舷同一侧，以便于停靠码头牵引拖移装卸。直升机平台HD布置在海工作业模块HUM和生活楼模块LQ之间。
尤其是，海洋管道MP在船体上甲板前部和后部各一具、其余纵向分散在船体上甲板右舷。
尤其是，固定于船体右舷的立式管架RISER从外向内斜下方向系固绑扎，以取得有效的绑扎角。
尤其是，机电设备MB-BLOCK布置在海工作业模块HUM旁。数字设备DS-BLOCK布置在生活楼模块LQ旁。
尤其是，直升机平台HD进一步拆分的HD平台和HD支架两组立体布置，即将平台部分底部安装支座STOOL，在该支座STOOL上方固定立式管架RISER，在该立式管架RISER内布置散装管道LOOES-PIPE，在立式管架RISER上方固定所述HD平台，进一步的在该HD平台上方固定HD支架。
尤其是，生活楼模块LQ焊接在支座STOOL上部桁架平面上,该支座STOOL底部的支撑支柱焊接在船体主甲板上。另外，该支座STOOL底部安装有斜支撑。
本发明的优点和效果：通过对整套海洋工程设施的精确拆分成模块组合序列，结合大型模块底部安装固定支座牵引拖移到同侧舷纵列布置，中型模块吊装纵列另一侧舷焊接布置，小型模块分散绑扎等多种方法，充分、合理并安全的有效利用运输驳船甲板空间，一次性整装集中跨洋装运模块化拆分的超大型海工设施，无需雇佣大型专业运输船，船体甲板与大中型模块底部刚性连接成为一体,增加了货物的稳性，雇佣有一定拖航能力船舶即可；提高一般运输驳船适航适运能力，避免装卸船以及航运过程中存在的驳船强度不够和失稳等安全隐患。显著减短装卸船工期，大幅度降低装运成本；大幅度提高劳动生产率和货物装卸效率，同时确保海上绑扎运输计算设计的安全性和实用性。
附图说明
图1是船体左舷纵列布置大型模块主视示意图；
图2是船体甲板中段列布置大型模块俯视示意图；
图3是生活楼模块LQ布置船体的横截面示意图；
图4是直升机平台HD布置船体的横截面示意图；
图5是海工作业模块HUM布置船体的横截面示意图；
图6是支座STOOL或立式管架RISER俯视示意图；
图7是大型模块舷侧牵引拖移作业示意图；
附图标记包括：船体1、拖车或牵引绞车2、海工作业模块HUM3、支座STOOL4、生活楼模块LQ5、直升机平台HD6、立式管架RISER7、机电设备MB-BLOCK8、数字设备DS-BLOCK9、海洋管道MP10、散装管道LOOES-PIPE11、珩架12、支撑支柱13、斜支撑14。
具体实施方式
本发明原理在于，FPSO生活楼、钻井船生活楼和钻井船钻台的绑扎优化设计应有所不同。针对超大型海工模块的跨洋运输绑扎进行设计研究，对超大型海洋工程设施进行模块化拆分，据实摒弃采用大量焊接将模块与运输船焊为一体的方案，通过精确辅助计算设置布置不同模块的位置，并对不同体量的模块分别设计采用有效的绑扎系固方法，综合适用焊接、绑扎以及限位或卡位的方式减小货物在运输过程中由于运输船舶的运动所带来的影响，保证货物安全。模块结构较弱，且由于模块内装等原因，热工区域及可采用卡位、限位方式的位置有限，限位、卡位的具体结构形式的设计均是难点。
本发明包括：超大型海洋工程设施模块化拆分、逐模块设置在甲板上的布置位置和支撑方法、逐模块装卸船方法设计应用以及逐模块绑扎固定方法，另外还涉及模块间的牵引联系措施。
具体的技术措施包括：将整套海洋工程设施模块化拆分为一具海工作业模块HUM3、一具生活楼模块LQ5、一具直升机平台HD6，另外将设备、架构舾装、管道和机械、电气和空调分别分装到多具机电设备MB-BLOCK8、数字设备DS-BLOCK9和海洋管道MP10模块中，其中管道部件分别以立式管架RISER7立体堆码，并且，在各模块底部分别固定支座STOOL4；其中海工作业模块HUM3和生活楼模块LQ5自重分别不低于整套海洋工程设施总重的15％；海工作业模块HUM3和生活楼模块LQ5大型模块底部安装固定支座STOOL4牵引拖移到同侧舷纵列布置，多具立式管架RISER7中型模块吊装纵列在另一侧舷焊接布置，多具机电设备MB-BLOCK8、数字设备DS-BLOCK9和海洋管道MP10类小型模块分散绑扎在其间，直升机平台HD6布置在海工作业模块HUM3和生活楼模块LQ5之间；用于装运的船体1尺寸与理论载荷相当于整套海洋工程设施总重1.5倍以上重货运输驳船，船体1主甲板宽度大于海工作业模块HUM3或生活楼模块LQ5最大宽度1.5倍。
其中，海工作业模块HUM3或生活楼模块LQ5中较重的、体积较大的模块布置于船体1主甲板接近船艏位置。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例：如附图1所示，超大型海洋工程设施为FPSO总重5665吨，拆分为一具海工作业模块HUM3合595吨，一具生活楼模块LQ5合1684吨，支座STOOL4共21具合385吨，其中包括30吨11具的和10具15吨的；直升机平台HD6合145吨，其中包括HD平台100吨和HD支架45吨；立式管架RISER7有7具合833吨，各重107-154吨不等；海洋管道MP10共9具合600吨，其中7吨一具，68-82吨8具；机电设备MB-BLOCK8共4具合800吨，每具各重200吨；数字设备DS-BLOCK9共3具合45吨，每具各重15吨；散装管道LOOES-PIPE11合117吨，此外，还包括10具8-28吨的各种工作管道支架合261吨。
生活楼模块LQ5长度43.8米，宽度20.8米，高度21.1米。生活楼模块LQ5中心距离船体1上甲板高度11.42m,距离船体1底面18.92m，距离船体1纵向中线6.48m，距离船体1船尾74.42m；用于装运的船体1尺寸与理论载荷相当于11000吨级以上重货运输驳船，参数包括:长度127.7米、宽32米、深度7.5米、吃水5.1米、航速11.5节。
如附图2所示，生活楼模块LQ5和海工作业模块HUM3大型模块纵向布置在用于装运的船体1主甲板左舷同一侧，以便于停靠码头牵引拖移装卸。直升机平台HD6布置在海工作业模块HUM3和生活楼模块LQ5之间。
海洋管道MP10在船体1上甲板前部和后部各一具、其余纵向分散在船体1上甲板右舷。
如附图3、4、5所示，固定于船体1右舷的立式管架RISER7从外向内斜下方向系固绑扎，以取得有效的绑扎角。机电设备MB-BLOCK8布置在海工作业模块HUM3旁。数字设备DS-BLOCK9布置在生活楼模块LQ5旁。直升机平台HD6进一步拆分的HD平台和HD支架两组立体布置，即将平台部分底部安装支座STOOL4，在该支座STOOL4上方固定立式管架RISER7，在该立式管架RISER7内布置散装管道LOOES-PIPE11，在立式管架RISER7上方固定所述HD平台，进一步的在该HD平台上方固定HD支架。
生活楼模块LQ5焊接在支座STOOL4上部桁架平面上,该支座STOOL4底部的支撑支柱13焊接在船体1主甲板上。另外，该支座STOOL4底部安装有斜支撑。生活楼模块LQ5底部的支座STOOL4与船体1上甲板间横向焊缝总长度是108米,焊接厚度是6毫米，纵向焊缝长度方向81.8米,焊缝焊接厚度为6毫米。
如附图6所示，支座STOOL4包含上部的平面的桁架12和下部相应的一系列支撑支柱13。
支座STOOL4桁架使用高强度钢材，要求屈服应力最小为355mpa，支撑支柱使用低碳钢，要求最少235mpa的屈服应力。
如附图7所示，海工作业模块HUM3和生活楼模块LQ5由拖车或牵引绞车2横向由船体1左舷装卸。当然，船体1左舷与装卸码头堤岸间需要搭设斜坡跳板。同时要求，船体1泊位水深不低于12m。其中，拖车或牵引绞车2为全回转液压轴线车(SPMT)。
前述中，船体1上的甲板、舱壁，以及生活楼模块LQ5上的梁、腹板、加强筋和连接法兰等构造节点大小是900*900毫米,而临界区元素的尺寸是100*100毫米。
前述中，各模块底部平均压强206000mpa，平均密度7850kg/m3，泊松比为0.3。
前述中，船体1左右舷侧安装加强板，以增加运输装置纵向强度，可承受装船时对装置产生的巨大弯矩；同样的，各压载舱安装独立的注排水系统，可实现装船时滑轨与港口滑轨实时对接和自主分离时避免与大型海洋平台发生碰撞。
本实施例中，根据负载应用GL-NOBLE丹顿海洋指南运输和ABS MODU规则，有限元模型使用PATRAN&NASTRAN的程序强度分析，模拟交通条件下，海运绑扎紧固结构承受设计负荷的强度通过重复验证。
本实施例中，运用3D技术对大型海工模块通过重吊船吊装和驳船滚装作业进行过程模拟，针对不同模块结构、功能、体量和重量的差异，同时实施重吊船吊装运输和牵引拖移驳船滚装运输的两种装卸措施，同时，对装船计划、船舶配载、压载水调节以及船舶稳性计算等相关专业技术问题和各方在滚装作业过程中配合的问题进行协调，确定最终作业方案。
本实施例中，适应性和可靠性，具有船舷低，吃水浅，甲板面积大，无限制航区等特性平板驳船，非常适合运输超宽、超高、超重的大型设备，船舶靠泊模式灵活，压载水调节能力强，可以充分满足大件货物滚装滚卸的技术需求。装卸前，需要依照作业方案，利用船舶调载模拟系统对滚装作业时各工况进行预先模拟。模拟满足要求后，根据模拟数据，开始进行压载水调节，使驳船姿态满足滚装吃水要求，做好装卸前一切准备工作。全回转液压轴线车(SPMT)配合，通过驳船压载水的调节和潮水的配合，驳船甲板面和码头面始终保持平齐，利用SPMT的自装自卸的功能将海工作业模块HUM3或生活楼模块LQ5平稳地布置在船体1主甲板上，运载船舶抵达锚地后，利用浮吊完成海工模块的卸船作业。
前述中，船体1主甲板左舷由前向依次绑扎各大型模块，要求各绑扎单元之间相互隔开，并且在其间以松弛状态连接牵拉构件实现整体结构保持有条件的紧密结合，如此可转移和分散轴向瞬间摇晃的力量。
本发明中，海洋工程设施模块载荷包括，模块钢结构，设备、架构舾装、管道和机械、电气和空调，为便于加载，所有这些构件均需安置在甲板上，其中，许多安装在墙面的设备，在船运过程中也需要放置固定在甲板上，这或许会造成甲板变形，为此，需要设计并加固船体1主甲板强度，以保持其变形量很小并在允许范围内。
钢结构重量由NASTRAN软件基于物质密度自动生成，并且使用点元素权重进行建模，可以NASTRAN软件由程序自动计算关键元素的加载惯性载荷,可以合并转移到加载结构参数中。
根据GLND海洋运输指南,采用默认动作标准，基于GLND推荐的船舶运动的公式测算动态加速度。
根据MODU规则,所有综合载荷情况下的容许使用系数选取0.9，基于·冯·米塞斯应力产生执行检查，测算结果：
高强度钢的应力是355*0.9＝319.5mpa。
低碳钢的应力是235*0.9＝211.5mpa。
总的来说,证明所有结构的屈服应力被认为是可以接受的。
计算拟合测算证明船舶有足够的能力能够承受结构的二次设计负荷。
本发明未涉及的一般常用绑扎技术采用IMO船运绑扎系固手册等行业规范执行。
本发明工作时，修造船厂应该完成包括结构制造、设备安装和建筑装备建造安装，然后使用运输驳船将各模块运送到最终的油田临近港口装配。在运输途中大部分时间处于开阔的跨洋海面,期间会受到复杂的海洋环境条件重要影响，装运计划和程序必须科学合理以确保设施模块可以安全到达目的地。海运绑扎紧固作业是其中最重要的环节。
Claims (8)
1.超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法,其特征在于，将整套海洋工程设施模块化拆分为一具海工作业模块HUM(3)、一具生活楼模块LQ(5)、一具直升机平台HD(6)，另外将设备、架构舾装、管道和机械、电气和空调分别分装到多具机电设备MB-BLOCK(8)、数字设备DS-BLOCK(9)和海洋管道MP(10)模块中，其中管道部件分别以立式管架RISER(7)立体堆码，并且，在各模块底部分别固定支座STOOL(4)；其中海工作业模块HUM(3)和生活楼模块LQ(5)自重分别不低于整套海洋工程设施总重的15％；海工作业模块HUM(3)和生活楼模块LQ(5)大型模块底部安装固定在支座STOOL(4)上并牵引拖移到同侧舷纵列布置，多具立式管架RISER(7)中型模块吊装纵列在另一侧舷焊接布置，多具机电设备MB-BLOCK(8)、数字设备DS-BLOCK(9)和海洋管道MP(10)类小型模块分散绑扎在其间，直升机平台HD(6)布置在海工作业模块HUM(3)和生活楼模块LQ(5)之间；用于装运的船体(1)理论承载能力相当于整套海洋工程设施总重1.5倍以上重货运输驳船，船体(1)主甲板宽度大于海工作业模块HUM(3)最大宽度1.5倍或生活楼模块LQ(5)最大宽度1.5倍。
2.如权利要求1所述的超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法，其特征在于，海工作业模块HUM(3)或生活楼模块LQ(5)中体积较大的模块布置于船体(1)主甲板接近船艏位置。
3.如权利要求1所述的超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法，其特征在于，支座STOOL(4)包含上部的平面的桁架12和下部相应的一系列支撑支柱(13)。
4.如权利要求1、2或3所述的超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法，其特征在于，海洋管道MP(10)在船体(1)上甲板前部和后部各一具，其余纵向分散在船体(1)上甲板右舷。
5.如权利要求1、2或3所述的超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法，其特征在于，固定于船体(1)右舷的立式管架RISER(7)从外向内斜下方向系固绑扎，以取得有效的绑扎角。
6.如权利要求1、2或3所述的超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法，其特征在于，机电设备MB-BLOCK(8)布置在海工作业模块HUM(3)旁，数字设备DS-BLOCK(9)布置在生活楼模块LQ(5)旁。
7.如权利要求1、2或3所述的超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法，其特征在于，直升机平台HD(6)进一步拆分的HD平台和HD支架两组立体布置，即平台部分底部安装支座STOOL(4)，在该支座STOOL(4)上方固定立式管架RISER(7)，在该立式管架RISER(7)内布置散装管道LOOES-PIPE(11)，在立式管架RISER(7)上方固定所述HD平台，进一步的在该HD平台上方固定HD支架。
8.如权利要求1、2或3所述的超大型海洋工程整装拆分模块绑扎的跨洋运输方法，其特征在于，生活楼模块LQ(5)焊接在支座STOOL(4)上部桁架平面上,该支座STOOL(4)底部的支撑支柱(13)焊接在船体(1)主甲板上,另外，该支座STOOL(4)底部安装有斜支撑。
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