杨清渭，马 跃，宗秀娟，赵鑫磊，陈广宁

(1.天津修船技术研究所，天津 300456； 2.海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

1 深海油气开发现状

石油作为“工业的血液”，在工业生产、国家发展方面扮演着非常重要的角色。我国随着经济的发展，逐步由石油出口国变成了石油进口国，并且陆地石油的开采逐年减少，而海洋石油的开发却在稳步增长，这不仅因为我国拥有广阔的领海，更主要的是海洋中储藏着丰富的石油资源，油气储量是陆地的好几倍。经过不断发展，我国对浅海油气的开发技术已日臻完善，近几年也建造了大量的海洋平台，为我国的发展提供了源源不断的能源，但是对于油气资源非常集中的300 m至500 m深海的开发却进展缓慢，相对于国际先进水平，我们还有很大差距[1]。

目前，国际上大型的能源公司已经开始将油气开采的重心向深海偏移，在我国提出深海开采战略的大背景下，我们也必须要攻克国外技术的封锁，研发出适合我国的深海油气开发项目。最近我国在大力发展深海FPSO项目，FPSO是集生产、储油、卸油为一体的海上浮式生产储、卸油装置，它避免了采用固定式平台而铺设的长距离油气回输管线，大大降低成本。

FPSO较传统固定平台更为先进，对建造的要求也更高，特别是对于设备类的建造。长期以来，我国FPSO项目设备主要依靠进口，这对我国海洋油气开采设备的研发和创新是非常不利的，因为技术的进步必须要依据实践的检验才能实现，每次针对性的改进，都是一次技术的升级。

2 塔式设备的发展

1)塔式设备作用。因为FPSO需要对油气进行处理，所以塔式设备是必不可少的。塔式设备作为过程工业中最重要的设备之一，可以使气-液或者液-液之间紧密接触，从而达到相际传质及传热的目的。其可以广泛应用于蒸馏、吸收、解吸和萃取，起到对气体的回收、提纯、干燥作用。

2)塔式设备特点。优点：不易泄漏，便于操作，能维持内部件的稳定效率，而且不易堵塞，便于检修。缺点：内部结构复杂，压降较大。

3)FPSO塔式设备发展。常规海洋平台塔式设备外形只有塔体和管口，不设置操作平台，操作平台跟结构设计在一起，就会导致配套塔式设备使用的结构杆件太多，不仅浪费空间，而且增加成本。国内某项目对塔式设备外形进行优化，将操作平台跟塔体设计在一起，最大限度利用塔体高度空间，并尽量减少结构框架的设计，减少重量，增加空间，这个方案的优化对“寸土寸金”的FPSO尤为重要。国内优化后塔式设备外形如图1所示。

图1 国内优化后塔式设备外形

3 塔式设备吊装分析

3.1 塔式设备运输状态

因为塔式设备普遍呈细长型，长度较大、直径较小，所以塔式设备均采用卧式运输。由于操作平台的存在，运输时要配套专用的运输鞍座，以保证运输过程中保护设备杆件免受损坏。

3.2 塔式设备翻身吊装分析

1)状态分析。为保证塔式设备正常安装，首先需要对设备进行翻身。因操作平台的宽度远超塔体宽度，而操作平台的强度不满足设备翻身时作为吊点使用，因此设备(特别是溜尾索具)翻身时，需要通过计算解决绳索跟设备的干涉问题。

吊索具连接时，应根据塔体的宽度选择合适的撑杆，最大限度地保证索具远离塔体。如果吊钩是吊排结构，要充分考虑吊排长度是否满足吊装要求，避免吊排长度过大，导致索具与水平线夹角小于60°。

主吊点如果采用轴式吊耳，需要考虑吊耳挡板与索具之间的夹角角度，避免因角度过大，出现挡板切割索具的状态。溜尾吊点如果为单一吊耳，设备翻身时需要预留溜尾索具的空间或者对溜尾索具进行双索具设计，使双索具通过撑杆保证存在一定的夹角，来避免对塔体和操作平台产生干涉。塔式设备翻身及翻身索具连接示意图见图2。

图2 塔式设备翻身及翻身索具连接示意图

2)吊索具的选择。索具选择在满足强度要求的前提下，还需考虑长度能否避免干涉。4点吊装根据3点共面的极限考虑3个吊点受力，索具与水平线夹角按极限情况下的60°考虑[2]，设备重量用G表示，在重心不偏心的前提下，索具最小承受力F需满足：

F=(G/2)/sin60°。

(1)

3) 过程分析。塔式设备翻身主要计算各种干涉，需要借助放样对翻身过程进行模拟，以便更加直观地避开干涉区域，主要干涉区域有以下几处。

(1)主吊索具与主吊点以上设备杆件的干涉。考虑到撑杆的宽度和塔体尺寸，处于设备翻身时，设备与吊索具之间范围内的干涉杆件需要进行拆除或者移位。

(2)溜尾索具与溜尾吊点以上设备杆件的干涉。考虑到设备翻身时溜尾索具的受力状态，设备与翻身索具之间范围内的干涉杆件需要拆除。为最大限度保留设备杆件，溜尾索具可采用双索具连接，增加索具夹角，减少干涉杆件。

(3)溜尾撑杆与设备或主吊吊钩的干涉。因设备高度尺寸较大，设备翻身时要考虑溜尾撑杆不能干涉设备本体或主吊吊钩。应通过计算选择适合长度的钢丝绳，保证撑杆位于设备上方。塔式设备翻身主视图、侧视图分别见图3、图4。

图3 塔式设备翻身主视图

图4 塔式设备翻身侧视图

塔式设备翻身相较设备吊装难度更大，不确定因素更多，因此在翻身时，一定要确认吊索具的规格、吊机的工况，并在翻身时要进行试吊，保证设备平吊时不反转、不脱扣。对于翻身过程中距离索具较近的杆件，要进行适当保护，以免因设备晃动而损坏。设备翻身完成后，要在主吊持续稳定受力且设备稳定后再对溜尾索具进行拆除，在确保安全的前提下进行吊装。

塔式设备的吊装重点之一为需要注意设备的方位，因为塔式设备吊装时容易旋转，对于设备定位难度较大。可采用提前在定位位置和设备本体进行标记的方法，以保证就位准确性[3]。

4 结束语

随着国家“挺进深蓝”战略的实施，我国不断加强对深海油气资源的开发，前途光明，道路崎岖。我国拥有广袤的领海，更有丰富的油气资源，随着开采技术越来越成熟，对设备的要求也越来越高。在关键设备主要依靠进口的背景下，我国技术人员不断攻克技术难关，不仅掌握了很多主要的技术能力，而且根据我国国情，研发和创新了更加实用的设备和流程，为我国海洋油气开发事业做出了一定的贡献。