SPMT在LNG模块装船过程中的应用

高兆鑫

中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部，山东青岛 266555

SPMT在LNG模块装船过程中的应用

高兆鑫

中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部，山东青岛 266555

浮吊吊装、滑移装船是国内以前常用的模块装船方法，SPMT滚装装船是近年来国内在引进国外SPMT的基础上发展起来的比较先进的装船方法，正在推广应用中。以俄罗斯亚马尔LNG项目PAU211模块装船为例，介绍了SPMT滚装装船的特点、SPMT的组成与PAU211装船模块的主要参数；在此基础上较详细论述了SPMT布置设计、模块装船计算分析、滑道承载力分析、码头前沿水深设计计算、码头与运输船间的连接、装船时间的选择等关于装船设计的内容；最后阐述了装船具体步骤。

SPMT；PAU211模块；装船设计；装船计算；装船步骤

模块的装船目前比较常用方案有三种：其一，浮吊吊装；其二，滑移装船；其三，SPMT滚装装船。浮吊吊装、滑移装船是国内以前常用的模块装船方法；SPMT滚装装船是近几年国内在引进国外SPMT的基础上发展起来的新的装船方案，在国外应用已比较成熟，在国内矿山模块和LNG模块装船过程中也已得到了较好的应用。在中国石油集团海洋工程有限公司（以下简称CPOE）承揽的俄罗斯亚马尔LNG项目中共有8个模块（最大模块质量3100t，最小332t）按业主要求采用了SPMT滚装装船方案。本文以PAU211为例介绍了利用SPMT对LNG模块进行滚装装船的方法。

1 SPMT滚装装船的特点

浮吊装船周期短，制作工装少，但受浮吊能力限制，其吊装重量较小，成本较高，一般适用于小型模块。滑移装船只能在滑道上进行，且准备工作繁琐，工装制作量大，时间长，成本高。与浮吊装船和滑移装船相比，SPMT装船时间短，效率高，操作简单灵活，准备工作量少，适用范围广，对码头、潮汐、水深、自然环境、模块建造场地要求低，不局限于滑道建造，安全风险小，成本较低[1]。

2 SPMT组成与装船模块主要参数

SPMT装船就是利用SPMT自行式液压轴线车，通过连接驳船和码头的桥板，将模块托运到运输驳船上。其主要由动力装置（PPU）和模块平板（四轴线模块/六轴线模块）组成，可根据所装模块的质量和结构形式进行组合使用，主要参数如下：

（1）动力模块装置（PPU）。装置外形见图1，主要参数见表1。

图1 动力模块装置（PPU）

表1 动力模块装置的主要参数

（2）四轴线模块。模块外形见图2，主要参数见表2。

图2 四轴线模块

表2 四轴线模块主要参数

（3）六轴线模块。模块外形见图3，主要参数见表3。

图3 六轴线模块

（4） 装船模块主要参数。俄罗斯亚马尔PAU-211模块外形见图4，主要参数见表4。

3 装船设计

3.1 SPMT布置设计

根据PAU211的质量，经过初步计算需要120轴SPMT，根据结构形式及现有场地条件需要5列（四轴和六轴线模块组合而成）才能满足装船要求。

表3 六轴线模块主要参数

图4 PAU211模块

表4 亚马尔PAU-211模块主要参数

场地承载力分布见图5。由于CPOE码头前沿非滑道区域场地承载力为 50 kN/m2，不能满足SPMT车装船所需的承载力（≥100 kN/m2）要求，若对现有码头沉箱（非滑道区域）进行打桩加固，费用较高。

图5 场地承载力分布

根据CPOE现有1#滑道及模块的结构尺寸，可以将5列SPMT全部放置在1#滑道上，因此采用了如图6所示的SPMT布置。

图6 SPMT布置

3.2 模块装船计算分析

根据图6的SPMT车布置方式，用STAAD Pro V8i20.07.10.41 SELECT（series 5）软件按照AISC ASD标准建立计算模型，见图7，并对模块进行装船计算分析。

图7 模块装船计算模型

（1）模块最大挠度变形计算分析。装船过程中模块上没有设备运行，故只需对模块底层的承载梁进行分析计算，模型见图8。

图8 挠度分析模型

对图8模型中红色所示的承载梁进行计算，得出模块的最大挠度变形为8 mm，该值小于设计允许的挠度变形L/350=10 500/350=30（mm）（L为梁长，mm），故最大挠度变形满足设计要求。

（2）模块杆件的UC值校核（Unity Check）。将与UC值相关的参数输入到图9所示模块杆件的UC值计算模型进行计算分析，得到模块杆件的UC值均小于1.0（绿色代表UC取值范围0～0.8），故SPMT的布置能够满足模块结构的安全性要求。

图9 模块杆件的UC值计算模型

（3）装船过程中纵/横向倾斜及加速/减速对模块装船的影响。根据设计标准要求模块装船过程中允许的最大纵倾为3%，对应的最大纵向加速度为0.03 g（g为重力加速度）；允许的最大横倾为2%，对应的最大横向加速度为0.02 g。SPMT纵向加速度不超过0.5 m/s2，给模块增加的加速度最大为0.05 g；横向加速度不超过0.2 m/s2，给模块增加的加速度最大为0.02 g。

根据上述要求，通过软件分别对z轴和x轴方向的倾斜/加速工况进行分析，得到的结果见图10、11。图10、11中显示各杆件均为绿色，说明在倾斜/加速过程中，模块是安全的，能满足设计要求。

图10 倾斜/加速在z轴上产生的影响

图11 倾斜/加速在x轴上产生的影响

（4）模块与SPMT之间的摩擦力计算分析。装船过程中模块倾斜、SPMT加速/刹车等均会使模块与SPMT间产生相对滑动力，为了避免模块与SPMT间产生相对滑动，模块与SPMT间必须具有足够的摩擦力。将模块和SPMT的相关参数输入软件模型分别对z轴和x轴方向上的摩擦力进行分析，结果见图12、13。图12、13中显示计算结果均为绿色，表明模块和SPMT之间的摩擦力满足要求。

综合上述影响装船的主要因素分析，初步确定SPMT布置可行。

图12 z轴方向上产生的摩擦力

图13 x轴方向上产生的摩擦力

3.3 滑道承载力分析

利用STAADPro V8i20.07.10.41 SELECT（series 5）软件，按照AISC ASD标准对平台进行装船工况分析，得到最大的SPMT轴荷载是每轴279.5 kN，见图14。

故装船时SPMT车轮对地面的最大平均压力可由以下公式计算：

式中：P为车轮对地面的平均压力，kN/m2；F为 SPMT车轴静荷载，kN。

图14 SPMT轴载荷

本项目F为279.5 kN，L为1.4 m，W1、W3为0.3 m，W2为2.43 m，代入上式得：

1#滑道的设计承载力为13 000 kN/（2 m×4 m）=1 625 kN/m2＞65.89 kN/m2，故滑道的承载力完全满足SPMT装船要求。

3.4 码头前沿水深设计计算

SPMT装船时要求船底距港池泥面的最小安全距离大于1 m，按图15所示计算装船所需的最小码头水深为：h=运输船型深D-场地标高+最小安全距离=10-5.8+1=5.2（m）。

图15 码头高程

装船前对码头前沿水深进行了测量，1#滑道码头前沿水深为8 m，能够满足设计水深要求。

3.5 码头与运输船间的连接

由于码头前沿与驳船之间有1.5 m的间隙，需要通过铺设桥板才能使SPMT通过。桥板主要由三部分组成：上斜坡桥板、水平桥板、下斜坡板，见图16。

图16 桥板

为了满足SPMT装船要求，桥板设计需考虑模块、SPMT、码头、驳船、潮位等因素，因此桥板的设计原则为：其一，结构尽量简单，以便于制造；其二，质量尽量小，以便于搬运和现场安装；其三，强度高，能确保SPMT安全通过；其四，厚度尽量小，以加大SPMT高度的调节范围；其五，能够缓冲潮位变化时对桥板的冲击力；其六，可以重复利用，因而一般设计成组合式。

3.6 装船时间的选择

模块上船时SPMT行驶速度为1～1.5 m/min，SPMT长度为33.6 m，故从SPMT第一排压上桥板到全部SPMT离开桥板约需要30 min。再综合考虑船舶的型深、船舶调载能力及码头区域的潮水变化情况，将装船时间设置在高潮位时的前40 min。

4 装船具体步骤

装船的具体步骤如下[2]：

（1）将运输船舶以尾靠的方式停靠就位，并用缆绳规定。

（2）根据模块PAU211尺寸将预制完的支墩安装到驳船上。

（3）根据SPMT行走路线安装桥板。

（4）调试完成单列SPMT后，按照设计布置就位，托起模块并行使到距离码头前沿50 m处。

（5）在高潮位时间的前40 min，启动SPMT开始装船，在第一排SPMT上船前通过调载使驳船的甲板面略高于码头200 mm以内。

（6）在SPMT行驶过程中，检查、调整系泊缆，确保驳船中轴线垂直于码头，并监视桥板位置的变化，根据计算数据实时对驳船进行调载，确保桥板的高度在设计范围内。

（7）SPMT继续行驶，直至模块到达驳船上的设计位置，用SPMT车调整模块与装船支墩间的相对位置，直至满足设计要求。调整SPMT车的高度，使模块就位到支墩上。

（8）按设计要求对模块进行装船固定，按上船时进入的反方向撤出SPMT，装船过程结束。装船过程如图17所示

图17 模块装船过程

5 结束语

SPMT装船方法需要经过详细的设计计算和大量的前期准备工作，在装船过程中需要仔细考虑每个步骤、每个细节。本文只是对装船所涉及到的工作内容做了简单的描述。SPMT装船方法对所有海洋结构模块、LNG模块、大型设备及钢结构等的装船都适用，是一种比较先进、成熟的装船方法，必将在国内得到很好的发展，期望本文能为以后类似的工程提供一些借鉴。

[1]郑茂尧，王娟，赵江达，等.浅谈SPMT装船工艺下海洋工程结构物建造[J].中国海洋平台，2012，27（S）：10-14.

[2]魏笑科，罗兴民.大型构件滚装上驳船方案探讨[J].广东造船，2014（4）：81-83.

Application ofSPMTin L NGModule L oading-out Course

GAO Zhaoxin
Offshore Engineering Fabrication&Construction Division，CNPC Offshore Engineering Company Limited，Qingdao 266555，China

Slippage loading-out and loading-out with floating crane are common traditional methods used in China，and roll-roll loading-out with SPMT（self-propelled modular trailer） is a relatively advanced method commonly used abroad which has been developed in China in recent years based on the introduction of SPMT.And it is worth of popularization and application.This paper takes loading-out of PAU211 module in YamalLNG Project as an example to describe the method for roll-rollloading-out of module with SPMT，in aspects of the features of roll-rollloading-out with SPMT，SPMTstructure，main parameters of PAU211 module，SPMT layout design，module loading-out calculation and analysis，slipway bearing capacity analysis，design and calculation of water depth in front of dock，connection between dock and transport ship，loading-out time choosing and specific loading-out steps.

SPMT；PAU211 module；loading-out design；loading-out calculation；loading-out steps

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.06.009

高兆鑫（1969-），男，山东梁山人，高级工程师，1991年毕业于中国石油大学（华东）化工设备与机械专业，长期从事海洋工程平台、LNG模块建造安装工作。Email：gaozx.cpoe@cnpc.com.cn

2016-09-30