1.4 海上升壓站施工方案

220kV 海上升壓站共有 3 部分組成： 樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架和上部組塊 （包括包括層間設(shè)備房和直升飛機(jī)平臺(tái)等），上部結(jié)構(gòu)采用整體安裝。

 

典型升壓站結(jié)構(gòu)

1.4.1 國內(nèi)建造安裝

海上升壓站的施工流程為： 鋼結(jié)構(gòu)加工與制作→電氣設(shè)備安裝→導(dǎo)管架沉放→鋼管樁沉樁→灌漿施工→上部平臺(tái)整體安裝。

1）基礎(chǔ)施工

海上升壓站工程的基礎(chǔ)沉樁施工可采用風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)沉樁施工類似， 導(dǎo)管架沉放工藝可以參照四樁桁架式導(dǎo)管架的沉放工藝。具體施工作業(yè)流程可參見下圖。

 

導(dǎo)管架+管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工作業(yè)流程圖

2）升壓站上部組塊制作施工

升壓站工程的施工重點(diǎn)和難點(diǎn)在于上部組塊的建造與安裝， 其上部組塊結(jié)構(gòu)類同于海上石油類鉆井平臺(tái)上部組塊結(jié)構(gòu)， 因此，可參考成熟的鉆井平臺(tái)上部組塊結(jié)構(gòu)的施工方案進(jìn)行考慮。

根據(jù)類似工程實(shí)際的操作模式， 為盡量減小現(xiàn)場的安裝次數(shù)、 避免現(xiàn)場焊接所可能造成的質(zhì)量缺陷， 同時(shí)減少海上設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)間， 海上升壓站上部平臺(tái)宜采用陸上總裝的方式，將各層結(jié)構(gòu)分層預(yù)制拼裝， 在相應(yīng)安裝層完成后進(jìn)行其層面上電氣設(shè)備的安裝工作，最終形成可整體出運(yùn)的上部組塊（包括電氣設(shè)備）組合體。

上部組塊組裝工藝可參見如下：

 

上部組塊組裝工藝

施工程序簡述如下：

1) 平臺(tái)碼頭前沿組裝

上部平臺(tái)采用分片預(yù)制，整體組對(duì)。

第一步：水平片車間分片預(yù)制

在焊接加工之前鋼結(jié)構(gòu)加工單位應(yīng)編寫詳細(xì)的焊接工藝程序，焊接工藝評(píng)定中必須給出詳細(xì)的焊接信息、 焊接要求、焊接程序鑒定報(bào)告及其他所有相關(guān)信息。 焊接程序鑒定報(bào)告應(yīng)包括 （但不限于） ：焊接工藝、 焊接方法、焊接位置、 槽口幾何形狀和詳細(xì)信息、電特性、原材料、焊接材料、采用的相關(guān)規(guī)范與技術(shù)要求等。焊接環(huán)境要求：應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，且焊接環(huán)境溫度應(yīng)大于 0℃（低于 0℃時(shí)，應(yīng)在施焊處兩側(cè) 200mm 范圍內(nèi)加熱到 15℃以上或再進(jìn)行焊接施工），相對(duì)濕度<90%，且焊接工作區(qū)必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┓里L(fēng)雨。

如在室外作業(yè)，出現(xiàn)下列情況其中之一不得進(jìn)行，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施。

① 風(fēng)速超過規(guī)定；

② 雨雪天氣；

③ 溫度小于零度；

④ 相對(duì)濕度＞ 90% 。

若鋼板由于運(yùn)輸、存儲(chǔ)及軋制、冷卻等環(huán)節(jié)而發(fā)生波浪、整體彎曲、局部凸起、邊緣折彎等變形，影響切割、卷筒質(zhì)量時(shí)，在切割前必須進(jìn)行矯正。對(duì)所有焊縫均應(yīng)進(jìn)行外觀檢查。焊縫金屬應(yīng)緊密，焊道應(yīng)均勻，焊縫余高小于3mm，焊縫金屬與母材的過度應(yīng)平順， 不得有裂紋、 夾渣、氣孔、未融合、未焊透、 焊瘤、弧坑、根部收縮、和燒穿等缺陷。

每個(gè)施工工序都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢查，并對(duì)鋼管樁焊縫 100%進(jìn)行超聲波探傷（UT）檢測。在超聲波探傷不能對(duì)缺陷作出判斷時(shí)，必須采用 X 射線探傷（ RT），所有焊縫的 T 型接頭應(yīng)進(jìn)行 RT 探傷。

經(jīng) UT 或 RT 檢測的焊接接頭，如有不允許的缺陷，應(yīng)在缺陷清除后進(jìn)行補(bǔ)焊，并對(duì)該部分采用原檢測方法重新檢查直至合格。探傷工作應(yīng)在焊后 48 小時(shí)后進(jìn)行。同一部位返修不得超過兩次。

焊縫強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度，同時(shí)為了滿足低溫環(huán)境的需要，焊縫和熱影響區(qū)比 V 型缺口沖擊功滿足《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》 （GB1591-2008）的要求，不低于 34J。

第二步：底層 4 根立柱就位

底層四根立柱為整體鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的支撐性主體，需要采取專用措施進(jìn)行固定與定位，參照同類型大型鋼結(jié)構(gòu)件在支撐性主立柱結(jié)構(gòu)的方式， 可采取設(shè)置底部定位工藝導(dǎo)向桁架的輔助措施以準(zhǔn)確定位和固定主立柱結(jié)構(gòu)。 工藝導(dǎo)向桁架將承擔(dān)立柱臨時(shí)固定、 精確定位和垂直度調(diào)整的措施。

 

上部組塊組裝示意圖

第三步：底層水平片安裝就位

底層水平片可根據(jù)不同分層上立柱的布置情況， 分部位進(jìn)行預(yù)制， 以與主立柱接觸的分片體為主要控制性部位，先期制作、先期安裝，以形成底層骨架結(jié)構(gòu)，然后可進(jìn)行底層內(nèi)主要上立柱的安裝、 焊接工作，在主要網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)完成后， 應(yīng)根據(jù)底層各設(shè)備布置的要求，分批、分部分進(jìn)行不同種類設(shè)備的安裝工作， 對(duì)于需要前期調(diào)試的特殊設(shè)備， 應(yīng)先期完成調(diào)整工作。在主要大型設(shè)備完成安裝后，進(jìn)行斜撐、管路與附屬設(shè)施的布置安裝工作。

 

上部組塊組裝示意圖

第四步：二層水平片安裝就位。

二層水平片內(nèi)各分片結(jié)構(gòu)的預(yù)制與焊接組合順序可參照底層水平層的順序施工。 因主變?cè)O(shè)備放置在本層內(nèi)， 因此各分片結(jié)構(gòu)的安裝與焊接工序還要滿足主變?cè)O(shè)備先期放置調(diào)整的時(shí)間先后需求， 本層為整個(gè)上部組塊結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)內(nèi)容， 需要根據(jù)各重要設(shè)備的安裝調(diào)試需求合理規(guī)劃各分片、立柱等結(jié)構(gòu)的施工工序。

 

上部組塊組裝示意圖

第五步：三層水平片安裝就位。

三層內(nèi)各水平片結(jié)構(gòu)的安裝施工與二層各分布基本一致， 因本層同樣會(huì)有大量電氣與通訊設(shè)備的安裝調(diào)試工作， 因此各水平分片、 立柱等結(jié)構(gòu)的組合焊接應(yīng)該以滿足設(shè)備安放、調(diào)試等工作為主要控制性要素，各工序的施工遵循設(shè)備廠家的建議執(zhí)行。

 

上部組塊組裝示意圖

第六步：四層水平片安裝就位。

四層屬于升壓站上部整體組塊中最頂部的結(jié)構(gòu)封閉層， 沒有立柱等層間結(jié)構(gòu)， 因此組合與焊接的難度較低，各分水平片結(jié)構(gòu)以下一層主柱 /分立柱為主要控制性部分分別組裝焊制形成整體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)后， 再進(jìn)行小片部位的拼裝整合工作， 最后進(jìn)行附屬構(gòu)件、 管路等設(shè)施的施工。

 

上部組塊組裝示意圖

第七步：零星附屬結(jié)構(gòu)安裝

第八步：附屬設(shè)備與儀表的安裝施工、調(diào)試

第九步：單機(jī)調(diào)試、聯(lián)合調(diào)試

第十步：舾裝、涂裝施工

對(duì)于普陀 6 號(hào)海上風(fēng)電場 2 區(qū)工程，海上升壓站上部平臺(tái)包括鋼結(jié)構(gòu)體與內(nèi)置的電氣設(shè)備組塊。其中，電氣設(shè)備應(yīng)采用可靠性高、體積小的成套電氣設(shè)備，包括主變、 GIS、開關(guān)柜、接地變電阻柜、柴油機(jī)、低壓柜、二次柜、蓄電池、動(dòng)補(bǔ)、暖通、給排水等設(shè)備。整體運(yùn)輸與安裝尺寸約為 35m×32m×17.5m，整體重量約 2000t。

3）升壓站上部組塊海上運(yùn)輸與安裝升壓站上部組塊裝船

目前大尺寸、 超重量的海洋工程結(jié)構(gòu)組塊大部分屬于海洋石油類設(shè)施， 此種設(shè)施體形龐大，重量多超過 5000t 級(jí)，采用滑道滑移裝船的方式，滑移裝船過程中，需要不斷對(duì)駁船進(jìn)行調(diào)載， 使駁船頂面與滑道處于同一高度上。 此種裝船運(yùn)輸方式多與結(jié)構(gòu)組裝調(diào)試方案所選用的場地設(shè)施能力、 組塊預(yù)估生產(chǎn)周期、 施工能力等條件相關(guān)聯(lián)， 根據(jù)對(duì)國內(nèi)主要海工結(jié)構(gòu)大件物資的調(diào)研分析，對(duì)于海上升壓站上部組塊這樣的 3000t 級(jí)以下組塊結(jié)構(gòu)，因其重量相對(duì)較輕， 尺寸面積相對(duì)有限， 可采用大型的起重類船只進(jìn)行陸－水浮式起重吊裝的模式， 不僅施工費(fèi)用相對(duì)較低， 同時(shí)對(duì)安裝調(diào)試所配套的場地設(shè)施資源要求較低， 使用時(shí)間短，因此，可采取起重船陸－水浮式起重吊裝的模式進(jìn)行升壓站上部組塊的裝船工序。

2) 運(yùn)輸船只規(guī)模選擇

運(yùn)輸用船舶應(yīng)盡量保證升壓站上部組塊的整體邊界在船舶型寬范圍內(nèi)， 尤其應(yīng)保證底部四根主柱位置在船舶型寬有效范圍內(nèi)。 同時(shí)，為保證船舶運(yùn)輸過程中橫縱傾角盡量降低，船舶長度宜不小于 100m，綜合對(duì)運(yùn)輸船舶尺寸數(shù)據(jù)的要求并參考同類海工結(jié)構(gòu)組塊實(shí)際選用運(yùn)輸船舶的情況，可考慮選用 5000t 級(jí)甲板運(yùn)輸駁船進(jìn)行運(yùn)輸。

海上運(yùn)輸條件復(fù)雜，升壓站組塊為大尺寸、超重量的構(gòu)件，運(yùn)輸過程中受天氣、海況等影響較大， 船身可能出現(xiàn)橫傾晃動(dòng)的危險(xiǎn)， 因此需要根據(jù)升壓站尺寸與重量等條件， 統(tǒng)籌規(guī)劃生產(chǎn)基地， 選擇有利的天氣時(shí)機(jī)， 并對(duì)運(yùn)輸船舶增加臨時(shí)輔助固定裝置， 降低運(yùn)輸過程中的風(fēng)險(xiǎn)，增加運(yùn)輸過程中的可靠性。

3) 起重船只規(guī)模選擇與起吊方案規(guī)劃

升壓站上部組塊的起吊方案是整個(gè)升壓站施工的重點(diǎn)， 因上部組塊各層中布置的設(shè)備重量與位置不一致， 使各層塊重心與形心的位置無法統(tǒng)一， 最終導(dǎo)致整個(gè)上部組塊的整體重心與形心無法統(tǒng)一， 單純采用單點(diǎn)起重的起吊方案將無法實(shí)現(xiàn)不等重心形心結(jié)構(gòu)的安全起吊，結(jié)合類似海工組塊的起吊方案設(shè)計(jì)， 并根據(jù)升壓站上部組塊的特點(diǎn)， 起重吊裝方案可考慮如下：

① 分層設(shè)置吊點(diǎn)

針對(duì)每層結(jié)構(gòu)構(gòu)件和布置設(shè)備的情況， 分別計(jì)算不同結(jié)構(gòu)分層的形心和重點(diǎn)位置， 并根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)設(shè)置起吊吊點(diǎn)和鋼絲繩參數(shù)等內(nèi)容。

② 單層至整體組合計(jì)算

在完成各單層起吊方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)后， 應(yīng)結(jié)合各單獨(dú)層的起重需求并考慮主變?cè)O(shè)備布置在組塊中上部的特點(diǎn)， 合理考慮整體部件起吊點(diǎn)的布置原則， 通過調(diào)整鋼絲繩長度、 變更起吊點(diǎn)位置以調(diào)整吊距等措施， 將整體組塊的起吊中心和重點(diǎn)盡量保持在組塊中部偏下的位置，降低吊裝過程中受外力影響所出現(xiàn)的傾覆力矩。

③ 設(shè)置上部吊架

上部吊架的設(shè)置將可合理調(diào)整各層重心和形心不重合的問題， 因此將所出現(xiàn)的不平衡力矩問題轉(zhuǎn)移至吊架上進(jìn)行調(diào)整， 此為重大件物資中常用的起吊輔助裝置， 根據(jù)此類臨時(shí)裝備的調(diào)研，其重量多在 100～150t 左右，尺寸可根據(jù)起吊物件的特征和需要調(diào)整力矩需求進(jìn)行調(diào)整。

起重方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)是整個(gè)升壓站工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題， 受限于普陀 6 號(hào)海上風(fēng)電場 2 區(qū)工程主要設(shè)備等參數(shù)尚未確定，關(guān)于起重方案的設(shè)計(jì)目前還限于方案規(guī)劃階段，應(yīng)在設(shè)備招標(biāo)確定后， 根據(jù)具體參數(shù)及施工單位起重設(shè)備情況進(jìn)行起重方案的具體設(shè)計(jì)工作。

起重船規(guī)模的選擇主要受上部組塊起吊重心位置、 起重機(jī)吊幅條件、 起重重量等參數(shù)控制，國內(nèi)目前的“風(fēng)范”號(hào)（ 2400t 級(jí)），“奮進(jìn)”號(hào)（ 2600t），“大力”號(hào)（ 3000t級(jí)）等起重船均可滿足海上升壓站上部組塊的起吊工作，船機(jī)設(shè)備可選余地較大。

4）升壓站上部組塊海上安裝

經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外海上大型平臺(tái)安裝方法的調(diào)研，主要安裝方式有以下兩種：

① 浮托法

浮托法是海洋石油工業(yè)上針對(duì)大型組塊海上運(yùn)輸和安裝的一種方法。 即大型整體組塊在陸上大型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)基地臨港滑道上建設(shè)完成， 通過可調(diào)載的大型駁船， 駁船甲板上放有與陸地滑道相對(duì)立的滑道， 用絞車將組塊拖拉到駁船上設(shè)計(jì)的定點(diǎn)位置， 然后運(yùn)輸至安裝位置，通過運(yùn)輸船只調(diào)節(jié)壓載水艙的水量和潮位變化條件， 使船只穩(wěn)步下沉將上部整體組塊安裝進(jìn)基礎(chǔ)連接套管內(nèi)，完成上部組塊的整體安裝工作。

 

整體組塊滑移裝船示意圖

 

浮托法海上安裝圖

浮托法對(duì)運(yùn)輸船舶的尺寸和基礎(chǔ)的寬度匹配上限制十分嚴(yán)格， 運(yùn)輸船舶既要滿足整體部件的載重要求， 又要求能夠順利駛?cè)牖A(chǔ)鋼管樁空隙之間將上部平臺(tái)對(duì)中安放。 所以浮托法的安裝方式直接影響升壓站的基礎(chǔ)型式設(shè)計(jì)方案。

② 起重船吊裝法

起重船吊裝法即采用大型起重船從運(yùn)輸船舶上將鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)起吊，安裝到基地結(jié)構(gòu)上。此種安裝方法在海上石油平臺(tái)的安裝中廣泛應(yīng)用。

 

上部平臺(tái)整體吊裝圖

1.4.2 國外整體采購

目前國內(nèi)除海上石油平臺(tái)外， 海上升壓站還沒有先例， 從設(shè)計(jì)到加工制造都處于探索的階段。而國外海上風(fēng)電場建設(shè)已有較大規(guī)模，海上升壓站設(shè)計(jì)、建造的技術(shù)相對(duì)成熟，所以可以考慮從國外整體采購海上升壓站上部組塊 （包括內(nèi)部電氣設(shè)備等） ，在國外加工制造完成后，直接運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝。

 

國外幾座海上升壓站型式圖片

 

國外幾座海上升壓站型式圖片

 

國外幾座海上升壓站型式圖片

 

國外幾座海上升壓站型式圖片