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1、海上风电塔筒成套立式海上运输施工工法1、前言十三五时期，我国海上风电保持高速发展，随着“3060”目标以及“十四五”规划的发布，海上风电产业驶入规模化发展的快车道。随着风力发电兆瓦数不断增加，海上风力发电塔筒直径也越来越大，运输难度也不断增大，产品海运也成了整个风机顺利安装最为关键的一环，对这种超大型钢结构的海上运输必须保证安全稳固，在保障安全的前提下如何提高装船发运效率及风机吊装效率是当前重要的技术难题。因此，我公司攻克技术难点，对海上风电塔筒海运过程中的重、难点技术问题进行系统分析并提出解决方案，探索并形成了一整套科学合理的转运、装船、吊装效率高的海上风电塔筒成套立式海上运输施工工法。2、
2、工法特点与传统的海上风电塔筒运输方法相比，本工法有以下特点：2.0.1本工法中设计的塔筒立式运输工装所使用的的制作材料来源于塔筒项目的切割余料和H型钢，首先通过设计软件对运输工装进行建模，再对三维模型进行构件受力分析，确定该设计的工装能够保证运输过程中的安全，然后出具制作图纸，使用钢板余料进行下料制作，不需要专门采购成品钢板，因此该工装的制作成本极低；2.0.2本工法方案具有较强的通用性，设计均考虑多种机型和多种直径的塔筒运输,法兰固定托板根据不同项目直径的法兰孔位置切割出多排弧形长孔，适用于不同规格的塔筒运输。且法兰固定托板方便拆卸，若后续托板多排孔无法满足多种直径的塔筒运输时，可直接割去进
3、行更换；2.0.3本工法中海上风电塔筒采用立式运输的意义在于塔筒在陆地倒运时无需吊装设备即可运输至码头，且在码头使用大型吊装设备吊装翻身一次即可完成塔筒立式装船海运，当到达机位后直接可以起吊吊装，缩短了海上吊装施工的时间。2.0.4本工法中采用钢板余料制作的立式运输工装相较于传统卧式运输，可以明显减小塔筒在运输过程中的变形，而且立式运输节省塔筒的甲板面积，从而增大了单航次塔筒的运输量，在海上施工时节省海上吊装施工的时间，可降低海上吊装施工的费用。3、适用范围本工法适用于4-7.5米直径海上风电塔筒从工厂或堆场运输至吊装机位的全过程。4、工艺原理海上风电塔筒通常分为四段，目前海上风电塔筒海运通常
4、采用下段立式运输，其他段（中下段、中上段、顶段）卧式运输的方式，在厂内将风机底段塔筒竖立，组装好内平台及电气柜体等，再整体转运到码头，装船海绑后运输至机位，此种方式在海上施工窗口期较长时可广泛使用。但在海况恶劣或冬歇期冬季施工窗口期时间极短的情况下，由于运输船受海况影响导致船体晃动较大，法兰吊座连接难度大，风机安装船需同时使用两台吊机才可进行其他段塔筒的翻身，翻身操作难度大，费时费力，且多数海上风电塔筒运输船甲板面积受限使得塔筒卧式装船分布位置会出现超出现场施工吊装船吊装能力范围的现象，严重影响施工效率。本工法将对于采用卧式运输方案中占用运输船夹板较大的中下段、中上段及顶段塔筒采用立式运输的形
5、式，在码头完成翻身立运，到达机位后，吊装施工仅需进行塔筒和塔筒法兰连接的方式，一台吊机就可完成安装。能实现将零散、部装的工作前置到岸上,使海上施工整体化，既能更好地控制施工质量，又能缩减海上施工周期，降低海上风机运输安装成本。5、施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程设计装船运输工装一船舶稳性计算一塔筒从厂内或堆场装车运送至码头前沿（下段立式陆地转运，其他段卧式陆地转运）一吊装上船（下段直接吊装，其他段吊装翻身）一工装连接与绑扎紧固一海上运输至机位。5.2 操作要点5. 2.1设计制作装船运输工装基于目前海上风电的基础形式，应用较多的主要为单桩基础、导管架基础、吸力筒基础、高桩承台基础等；
6、主机厂家机型较多的主要为明阳智能、金风科技、东方电气等。因基础形式及主机厂家的不同，塔筒的外形尺寸也较为多变，针对各机型海上风电塔筒及常用的陆地转运设备、吊装设备、运输船舶的特点，进行以下几点设计计算并完成工装的设计及制作：1、通过海上风电塔筒的设计图纸和设计要求进行深入研究，并利用三维建模软件Solidworks对海上风电塔筒进行结构建模，以直观的方式剖析海上风电塔筒重心及受力结构特点，初步框定保障塔筒安全运输的设计范围；2、分析海上风电塔筒结构特点并结合多种机型的单段底部法兰样式绘制并试制一种通用于各类海上风电塔筒立式运输的运输工装长孔弧形法兰。3、对整体运输工装进行主材选型和强度校核等精
7、确计算和模拟，并且结合制造、安装需求，进行充分的设计优化，使装置具备造价低、制作效率高、装配误差小、安全系数高、使用方便等诸多优点。4、试制首套立运装置并结合制作完成的首套装置在实际应用中分析问题并改进持续不断的改良优化，针对下段塔筒加装液压支腿等相关辅助设备，满足塔筒立式附件安装、模块化附件安装、多种车辆陆地无吊装转运、适配各类船舶海上运输等多种功能的实现。5.2.2船舶稳性计算1、海上船舶运输压载水控制。较重的风电设备对于装船来说，具有一定危险性，容易导致船舶的稳性不足，危及船舶安全，尤其是风电塔筒立式运输时，立式运输塔筒在吊装承载时容易导致横倾。运输船舶在选型时，需要根据所运输塔筒设备规
8、格计算平衡舱压载水能力，达到自动调整压载水控制船舶横倾，控制船舶稳性的目的。2、机具稳性计算。局部强度，对于海上船舶装载风电设备较为重要。根据海上风电塔筒立式运输的特点及船舶均布载荷、立式运输工装的许用值复核，若小于安全系数时，需增加衬垫，增大受力面积，减小压强，使均布载荷满足安全运输。3、船舶倾覆稳定计算。根据立式塔筒设备重心高度及船舶重心高度和船舶受到横浪、横风、风浪联合的作用下，求得不同海况下的横摇角，绘制出船舶横摇概率密度图,按照上图布置方案一次性立式运输2套塔简，为保证船体运输的稳定性，将2套塔筒对称放置，将塔筒布置在船甲板的中心部分，所有塔筒均配套使用立运工装，立运工装与甲板使用L
9、形钢板烧焊固定，两相邻的运输工装间距3m,塔筒顶端固定4根钢丝绳与甲板固定。其他位置协同主机厂家等单位布置主机、轮毂等其他海上风电装备。5.2.3塔筒从厂内或堆场装车运送至码头前沿塔筒从厂内或堆场装车运送至码头前沿。运输需采用两种运输车板分别是16轴线液压模块车及8轴线液压模块车，塔筒完成装车后，施工人员利用葫芦、钢丝绳将设备绑扎加固，绑扎加固时，钢丝绳与设备避免直接接触，应采用麻袋或胶皮进行隔垫，避免损坏设备。图5.2.3-1下段立式运输图图5. 2.3-2卧式运输图图5.2.3-3模块车倒运塔筒实拍图在作业前期与当地交通部门办理好通行手续，作业前做好交通设施排障处理，对于高空电缆线，配备高
10、架车挑线。封车完毕由运输单位安装悬挂超限运输标志和警示标志。由技术、质检、生产、安全部门人员对产品、车辆、支座和索具等进行彻底检查，并做好书面的检查记录，确认无误后方可发车，正式发运行走后司机要经常检查运输的安全状态和与塔体接触部位的保护情况如何，如有异常应立即停车处理。在运输过程中司机要及时判断风险，禁止使用急刹车和急转弯等措施，重载车的行驶方法：在一般道路上行驶，直行寺40kmh;弯道才3kmh,在通过桥梁时，要居中匀速行驶，车速要控制在5T0Kmh。运输时司机要对塔筒及时进行检测，并降慢速度行驶,发现问题要及时反馈并处理，运行途中停车标准：紧急停车时必须用楔形木顶死车轮，四周设置停车警示
11、标志，夜间应设置警示灯，并派专人看护。5.2.4吊装上船1、吊装准备(I)提前将塔筒工装按照装船工装布置图规划布置好，并在工装上放好橡胶缓冲垫或其他保护物品，保护塔筒与工装接触位置。(2)根据施工环境，进行细致、认真、全面的方案和作业设计的技术交底。(3)顺序组织作业人员、作业机具进场，并对吊装设备、运输设备、吊装索具进行必要的检查、维修、试车。(4)掌握吊装场地范围内的地面、高空的环境情况，根据作业需要，对塔架运输车辆停放区域进行场地清理、地面平整、提前布置船运支座，码头及船板的场地、空间状态应该满足作业要求。2、机具性能核验确认待吊装塔筒的尺寸及重量等相关参数，根据装船位置，吊装器具趴臂距
12、离等对起重设备进行选择：标准上一起一一收Ai!l(160tVJkK40t360-企M转主臂长(m)2430364248546066727884主臂长(m)率幅函而、2x162x132x122l)2x92x82x72x72x62x424646736134338783142962XS89278269263262482359IO2432412362M)224218IOIl2222172172152072195188Il12192192192IM21861821771721651241091214162162157I4152152152142136121IOI1416133133133I2S12712
13、6124117115116931618IllIllIllIll1(I(M103102IOI99S61820989796939391878683812022868383Xi8181797675747122247373717171716965646124图5.2.4-1吊装机具选择图例3、底段塔筒立式吊装上船(1)塔筒吊具安装：将下段塔筒吊具组装起来，在底段塔简上法兰使用螺栓组安装4个吊座组件，并用2000Nnl额定扭矩的电动扳手紧固螺栓。吊座组件安装完成后将4根140tX9m双眼圆形吊带挂在主吊机吊钩上，准备起吊塔筒。(2)吊装上船具体操作顺序：吊车及运输车辆就位一安装索具一水平起吊，拆除陆运工
14、装，运输车辆驶离f水平抬升至离地50OnHn试吊一履带吊正式抬升并转向一趴臂吊至船上指定位置后缓慢落勾一塔筒与海运工装连接完成一摘勾。图5.2.4-4下段吊装示意图4、卧式塔筒翻身吊装上船(1)塔筒吊具安装：使用两台500T履带吊进行抬吊翻身作业，吊具安装示意图:下尊臣累隹费夫图5.2.4-5吊座安装不意图中下段、中上段、顶段塔筒下部法兰通过2根45tX7m环形吊带分别连接吊机吊钩和两个溜尾吊座的卸扣，使用2根钢丝绳分别与两个70t滑轮和上法兰的4个通用吊座组件的卸扣相连接，用2根80tX3.5m环形吊带两头分别挂住滑轮的85t卸扣和吊机挂钩。(2)吊装上船：具体操作顺序：吊车及运输车辆就位一
15、安装索具一主、副吊机同时起吊，吊机要匀速起吊，避免突然加速和突然减速f主吊机继续提升，副吊机调整塔筒底端和地面的距离，起吊过程中塔筒的下法兰不允许接触地面。在塔筒下法兰安装两根导向风绳，用来引导塔简的下落方向一水平下降至离地50OnlnI位置，安装海运工装；一双履带吊抬吊，转向过程注意控制吊车的同步；一抬吊至船上指定位置后缓慢落勾，待海运工装焊接完成后即可摘勾。吊装过程中主、副吊机同时起吊，吊机要匀速起吊，避免突然加速和突然减速，主吊机继续提升，副吊机调整塔筒底端和地面的距离，起吊过程中塔筒的下法兰不允许接触地面。在塔筒下法拦安装两根导向风绳，用来引导塔筒的下落方向。图5.2.4-6塔筒立式吊
16、装上船5.2.5海运绑扎1、海运绑扎材料序号名称数量规格/功能1钢丝绳若干17mm,用于设备的绑扎2花篮螺栓若干M20用于紧固钢丝绳3地令/卸扣若干烧焊在甲板上，用于固定绑扎钢丝绳4三角板若干烧焊在甲板上，用于竖立塔筒加固稳性要求：塔筒立式运输需与运输支座栓接，接触面垫3mm厚胶皮，支座与甲板满焊连接，底段塔筒上端每90连接一根钢丝绳到地令，用花篮螺栓紧固，防止塔筒受波浪影响跳动。2、海运绑扎方案(1)设备底座防滑：在甲板受载位置处每个基座和支架下方纵向铺垫木板或胶皮,增大设备摩擦系数，防止运输过程中设备在甲板内滑动。(2)钢丝绳绑扎：采用下压式八字加固法，在甲板适当位置烧焊地令，绑扎钢丝绳一
17、端连接设备绑点，另一端与地令连接，用花篮螺丝收紧，每处吊点使用钢丝绳向前、后牵拉加固成两道“八”字形加固；保证设备和船体固定为一个整体，防止其在运输途中发生移位和倾侧。(3)烧焊三角板防护：在设备基座和支架前后左右烧焊三角板/L型钢板，分别衬挡在基座和支架的四个方向，在焊接过程中，三角板和设备底座之间如果有间隙需放置隔板，防止在运输途中发生移位和横倾。5. 2.6海上运输至机位船舶接到开船指令后，开往指定机位点，船舶航行至机位点附近等待吊装船指示，进行靠泊作业。吊装公司根据安装任务进度，天气情况(大风大浪天气不可作业)安排船舶进行靠泊，船上都有配备卫星电话，可直接沟通，船舶抛锚位置离吊装船距离
18、很近,接到指令可立即赶过来。驳船行驶到机位附近时在抛锚艇配合下抛锚，船舶依靠自身动力向系缆柱侧靠，待锚固定在河床上时驳船缆绳抛出与系缆柱固定并将缆绳收紧，缆绳共缠绕八道，以此方式将驳船在海平面上固定保证每段塔筒在吊装就位时驳船保持稳定，确保吊装安全。船舶配有四锚定位功能，停靠时有安装船上的指挥人员进行指挥，根据指令进行慢慢停靠在安装船和辅助船中间，停好后，吊装船开始吊装。图5.2.6T海上风电塔筒运输至机位实拍图5.3劳动力组织需用的劳动力及现场管理人员见表5.3-1o表5.3-1劳动力组织情况表序号人员类别岗位（工种）数量（人）备注1管理人员项目经理1项目总负责技术、质量管理1现场管理2兼职
19、安全员专职安全员12施工人员焊工1持专业特种作业证上岗海运操作组2船舶现场协调起重工3持专业特种作业证上岗合计116、材料与设备本工法无须特别说明的材料，采用的机具设备见表6-1。表6-1主要机械设备表序号设备名称规格及型号单位数量备注1SPMT模块车24轴线台12履带吊500t台13履带吊700t台14甲板驳12000t台15专用吊座根据塔筒规格套26绑扎设备/套2详见海运绑扎材料7C02气保焊机A120-500台18C02气保焊机NB500FEED150B台19激光几何校正仪D600台110盘尺50m盘111激光测平仪EasyW402台112对讲机I台87、质量控制1. 1运输设备上需配备
20、有用于设备质量控制的检测仪器、维修记录；现场配备有充足经验的设备维修人员；现场重要设备配件安排备品备件；2. 2按照技术规格书、现场制约因素变化及时编制、更改合格的运输方案、检查试验大纲、质量计划；3. 3针对业主方要求制定符合项目要求质量计划，管理程序，并在整个项目操作过程中严格实施，按照质量控制点进行监督、检查。业主方有权在工程物流的质量计划中设定控制点；7. 4嫌尚经过严格的评审要求，船舶装载货物的稳定性计算需通过CCS或者DNV等机构认证；8. 5根据业主的质量管理体系要求结合公司的质量管理体系，在施工过程中落实质量管理体系，真正做到施工进度、质量安全可控；9. 6驳船在航行时，要求避
21、开复杂路线，提前做好航线的规划，避免极端天气的作业计划；船舶在航行时要求控制船速，保持与来往船只的近距离接触；10. 7到达卸货地点后，提前跟业主沟通确认驳船停船位置，严格按照业主指示做好停泊工作，停泊过程中尽量做到平稳、安全停泊。8、安全措施贯彻落实本公司安全管理规章制度，全面执行“安全生产、预防为主、全员参与”方针政策，制定以下安全技术应急措施：11. 1重件设备移位/捆扎加固失效:严格技术方案制定和审核，对船舱进行合理配载,严格执行技术方案所要求的加固捆扎，调节压载水调整稳性，制定移货实施方案；11.1 舶通讯设备故障时船舶遇难：使用一切可能的方式寻求与失去联系的船舶恢复联系，请求搜救中
22、心和所在海域附近的主管机关协助搜寻或营救，定期安全监督检查及隐患排查工作；臣重伤迅速抢救伤者，应急救援人员按照有关救护知识，立即救护伤员，在等待医生救治或送往医院抢救过程中，不要停止和放弃施救，如采用人工呼吸、清洗包扎或输氧急救等；11.4 舶防台：当台风移动速度突然加快，参与施工船舶来不及拖至避风锚地避风时，驳船应按出海拖航规定对船舶进行封固，关闭所有水密门窗，根据船舶的载荷，适当增加或减少船舶的压载水（但不能出现自由液面）；11.5 航时拖缆崩断：一旦拖缆崩断，如可能驳船抛一应急锚，重新接上备用拖缆;如不允许抛锚，则拖轮从下风处靠上驳船；如因风浪大导致接拖困难，则用抛绳器协助接拖。9、环保
23、措施依据GB/T24001-2016idtIS014001：2015环境管理体系规范及使用指南,建立环境管理体系，制定环境方针、环境目标和环境指标，并最大限度达到作业环境的美化。12. 1本工法在实施现场作业过程中有可能某些活动会对环境造成影响及破坏，因此在作业过程中要努力实现废弃物最小化，对环境有污染的材料必须定期通过船舶运输上岸按要求处理。12.2 据中华人民共和国海洋环境保护法以及中华人民共和国防止船舶污染海域管理条例等法规，禁止在海运过程中随意排放生活污水，丢弃生活垃圾，根据实际情况在船上装载监控装置，对船上的行为进行实时监控，对于违反环保规定行为将进行追责，并移交相关执法部门进行处理
24、。12.3 进入现场的工作人员尽量实行着装统一化，胸前佩戴上岗证；对专业管理人员，如专职安全工程师、安全员、质检人员等，服饰要求清楚醒目，标识清楚。10、效益分析13. 1本工法已在三峡沙扒一至五期海上风电项目、中节能南鹏岛海上风电项目的塔简倒运、装船、海运中得到了充分验证，通过多种大件运输工装设备的配套应用，可在不使用吊装设备的情况下完成大直径、大吨位塔筒的短倒转运及存储发运，从工厂到吊装机位仅需1次吊装，通过塔筒立式海上运输方案的应用，有效增加了单次运输量，塔筒运输至机位后无需翻身即可完成塔筒的吊装，在有效降低运输成本的同时，大大缩短了海上吊装作业时间，不仅能减少人力资源的投入，而且大大缩
25、短了工期，受到了业主一致好评。阳江公司根据本研究方案，制造了成套运输设备9套，循环使用累计发运海上风电塔筒91套。相较于传统方案，节约成本107.8万元，具体经济效益分析如下：序号方案单套装置新增成本单套平均吊装时间单次综合运输成本（不含船舶费用）91套运输成本合计（年）1传统海运方案16小时6.8万元/年618.8万元2本研究方案-7万元11小时5.0万元/年511.0万元说明：此经济效益按照所使用次数计算，如果后续该成套设备和发运方案长期用于大直径海上风电塔筒立式发运，则经济效益会更加明显。14. 2中国水电四局（阳江）海工装备有限公司生产基地位于广东阳江海上风电产业园，基地率先实现了阳江海上风电塔筒产品的本土化制造一转运一海运至机位的全过程，创造了约100多个就业岗位，不仅为阳江建设世界级海上风电产业中心提供坚强的装备支撑，也有利于产业链的加速完善，带动地区经济发展。使用公司研发设计的塔筒转运装置及海运方案，可大大节约转运一装船一风机吊装的时间并降低了操作人员的劳动强度，具有良好社会效益。
