文昌FPSO單點系泊裝置建造技術(shù)總結(jié)

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1、 文昌-FPSO單點系泊裝置建造技術(shù)總結(jié) 10 文昌-FPSO單點系泊裝置建造技術(shù)總結(jié) 梁永岑 孫振烈 1． 前言 文昌-FPSO是大連新船重工有限責任公司即QHD32-6 FPSO之后，為中國海洋石油總公司建造的第二艘大型海上浮式采油儲油船，是大連新船重工承接的高技術(shù)、高附加值的海洋工程產(chǎn)品。該船入BV級，按照BV規(guī)范建造。該船的建造存在很多關(guān)鍵技術(shù)，特別內(nèi)是轉(zhuǎn)塔式單點系泊裝置的建造與安裝及其與船舶的接口技術(shù)都是工廠從未接觸過的。據(jù)有關(guān)

2、資料顯示，同類型、同規(guī)模的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊裝置目前世界上只有三例，中國還是首次建造。因此，這些關(guān)鍵技術(shù)的突破不僅對于大連新船重工而且對于中國造船界立足世界海洋工程市場都具有重要意義。 大連新船重工對這些關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，通過縝密的技術(shù)攻關(guān)、嚴格的過程控制及科學的項目管理，最終成功地建造了該產(chǎn)品；滿足了設(shè)計要求，達到了技術(shù)標準。為大連新船重工進一步拓展海洋工程市場創(chuàng)立了業(yè)績、打下了基礎(chǔ)；為大連船舶工業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。 2． 船型簡介 2-1． 主船體概述 本船為作業(yè)在南海海域的浮式采油儲油卸油船，該船為傾斜艏柱，不帶球艏，方型艉，單層連續(xù)甲板。上層建筑、中央控制室和

3、機器設(shè)備間均設(shè)在尾部。該船無動力推進系統(tǒng)。貨艙區(qū)域為單底雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)，由一道油/水密的中縱艙壁和兩道舷側(cè)內(nèi)殼縱壁將或油艙區(qū)域劃分為左右對稱的貨油艙和邊壓載水艙。貨油艙區(qū)域包括5對貨油艙、1對污油艙、流程艙及5對壓載水艙。在艏尖艙與第一貨油艙之間布置有一個內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊系統(tǒng)。 2-2． 主尺度及主要技術(shù)參數(shù) 總長 ~262.00m 垂線間長 250.00m 型寬 46.00m 型深 24.60m 設(shè)計吃水

4、 16.50m 結(jié)構(gòu)吃水 17.50m 甲板梁拱 900mm 載重量 162，000t 貨艙容積 163，400m3 生產(chǎn)流程艙容積 4，000m3 壓載艙容積 6，000m3 3． 單點系泊裝置建造的關(guān)鍵技術(shù)與難點 3．1單點系泊裝置簡介 內(nèi)轉(zhuǎn)塔式（Turret）單點系泊裝置是FPSO與海洋石油井口作業(yè)平臺唯一的固定與聯(lián)接裝置。它是通過由錨鏈連

5、接與固定的浮子（Buoy）與FPSO艏部船底預(yù)留的圓臺式空間結(jié)構(gòu)相配合，來實現(xiàn)FPSO海上固定的裝置。該裝置由挪威APL公司設(shè)計，其建造技術(shù)目前世界上只有少數(shù)幾個國家掌握。 內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊裝置一方面要保證FPSO與浮子（Buoy）聯(lián)接的穩(wěn)固性，同時還要保證FPSO“巨大的身軀”在各種惡劣的海況下能自由地運動，要能抗颶風并承受20米高的巨浪；同時，海上鉆井平臺的輸油、電纜等管線也要通過這一裝置與FPSO相聯(lián)接。 浮子圓臺體基本結(jié)構(gòu)示意圖 3．2單點系泊裝置建造的關(guān)鍵技術(shù)與難點 內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊裝置的性能要求決定了其結(jié)構(gòu)特點，也確

6、定了其建造難度。該裝置的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但其核心結(jié)構(gòu)是一巨大的圓臺式配合裝置，圓臺的上下兩環(huán)要與浮子進行緊密配合。圓臺的上環(huán)是由50mm厚的鋼板卷制而成，最大直徑8702mm，環(huán)高650mm；下環(huán)由100mm厚的鋼板卷制而成,最大直徑9596mm，環(huán)高1300mm。上下環(huán)之間的高度為7560mm。該結(jié)構(gòu)的主要控制尺寸有4組： 1） 上環(huán)直徑公差Φ3520mm（內(nèi)徑測量參考點）0～+５mm 2） 下環(huán)直徑公差Φ9030mm（內(nèi)徑測量參考點）0～+５mm 3） 上下環(huán)面高度公差7560mm 0～+５mm 4） 上下環(huán)中心公差+1.0mm 上下環(huán)機加工后的成品尺寸如下： a. 上環(huán)直徑Φ

7、3522mm(參考點處) b. 下環(huán)直徑Φ9032mm（參考點處） 由機加工后的尺寸可以看出，留給工廠在分段制作過程中的焊接變形公差僅為3mm。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求，可以認識到該結(jié)構(gòu)的建造存在以下技術(shù)難關(guān)： 3．2．1該結(jié)構(gòu)的制作精度要求極高，可以認為是以機加工的精度等級來要求鉚焊制作。 圓臺體的上下兩個圓環(huán)已經(jīng)由挪威APL公司制作成成品，并完成了機加工。這兩個最關(guān)鍵的緊固件在船體分段制作結(jié)束之后不再也無法再進行機加工，也就是說該龐大結(jié)構(gòu)的鉚焊制作精度要達到機加工的精度要求。 3．2．2結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體剛性大。 其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及剛性之大在海洋工程中亦屬少見。由于通過該裝置系F

8、PSO“龐大身軀”于一點，因此要求單點系泊裝置具有足夠的強度，從而使該結(jié)構(gòu)整體的剛性極大。這給該結(jié)構(gòu)分段制作的焊接變形控制、焊接質(zhì)量的保證都帶來了極大的困難。 3．2．3焊接量大，焊接變形難以控制。 該裝置是緊湊、復(fù)雜的空間立體結(jié)構(gòu)，而且重要構(gòu)件板材的厚度很大，其焊接量遠遠高于尺寸相似的船體結(jié)構(gòu)。尤其是該復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)在焊接過程中的應(yīng)力分布，以目前船舶行業(yè)的計算機技術(shù)難以準確模擬。而根據(jù)設(shè)計要求，其重要部位的形位公差及焊接變形的要求幾乎為0。 3．2．4焊接質(zhì)量要求之高是海洋工程的集中體現(xiàn)。尤其是下環(huán)100mm厚的環(huán)型鋼板件的焊接，要精確控制焊接變形及焊接質(zhì)量是對新船重工的一次考驗。且與圓

9、臺體相連的結(jié)構(gòu)的全部焊縫要100%的UT或RT探傷。 3．2．5焊接時效過后的總體變形要求極嚴。 焊接實效過后及分段完工轉(zhuǎn)運過程中由于應(yīng)力釋放的不確定性所產(chǎn)生的總體變形難以事先預(yù)測。由于結(jié)構(gòu)強度高、剛性大、焊接量大、加之焊接過程中的立體約束，將使分段內(nèi)部存留極強、極復(fù)雜的應(yīng)力；應(yīng)力的釋放必然會導致分段的總體變形，這種變形是難以預(yù)測的，而這種變形一旦超差也將是無法挽救的。如果這一問題不能解決，一切努力將前功盡棄。 4．采取的措施及關(guān)鍵技術(shù)的突破 為了突破上述關(guān)鍵技術(shù)，新船重工成立了課題組，經(jīng)過深入研究，采用了以下措施及新技術(shù)： 4． 1將該圓臺體及與之相關(guān)的緊密結(jié)構(gòu)劃為一個總段，保證結(jié)

10、構(gòu)的完整性，消除船臺合龍過程。 因為船臺合攏的作業(yè)條件及控制手段均無法滿足該大型結(jié)構(gòu)的精度要求，合龍過程所產(chǎn)生的誤差無法避免。而將該分段置于分段制作廠房內(nèi)整體建造，確保了建造工藝的合理性。為該分段的精度控制提供了前提。 包含圓臺體的分段基本結(jié)構(gòu)示意圖 4．2采用了分塊組裝技術(shù)及單元焊接法，最大限度地降低了分段的整體焊接量，化解了整體大焊接量所必然產(chǎn)生的嚴重變形。 由于為了保證圓臺體結(jié)構(gòu)的完整性，致使該分段的外廓尺寸為：20*24*8m（圓臺體自身的外廓即為12*12*8m），形成了一個巨大的分段，重350余噸。如果按照傳統(tǒng)的建造方法，由單個零件直接

11、進行整體組裝，分段的整體焊接變形將無法控制。為解決這一難題，將該分段圓臺體圍板以外的結(jié)構(gòu)劃分為12個小的立體單元，形成子分段，即將整體結(jié)構(gòu)“化整為零”；而對這12個子分段分別進行單元組裝并焊接完畢，然后由這12個單元進行總組，形成總段。這樣便將分段的總體焊接量降低到原來的1/3。由此便為分段的總體焊接變形控制提供了根本的保障。而單元分段的焊接變形可以在分段總裝時予以消化。 4．3采用了部件預(yù)組裝技術(shù)，最大限度地減少了總裝焊接工序。 即將無法“化零”的部件“規(guī)整”，預(yù)組成盡可能大的構(gòu)件。將圓臺體圍板的三層環(huán)板首先進行預(yù)組，然后再將這三層圍板的環(huán)縫焊接結(jié)束，形成一個大的圓臺體。由此減少了總體焊

12、接工序，消除了多道工序所產(chǎn)生的隨機誤差。同時進一步降低了整體焊接量，為分段總體的裝配精度及焊接變形的控制提供了進一步的保證。（由于采用4.2，4.3兩項技術(shù)，通過對該分段結(jié)構(gòu)的“化整為零”及“化零為整”的處理，使分段的總裝焊接量降至原來的1/4左右）。 主要節(jié)點焊接坡口示意圖 4．4采用了以變形控制變形的技術(shù)，有效地控制了焊接變形。 由于該裝置的設(shè)計性能要求，重要部位幾乎要求“0”變形，而焊接又必然產(chǎn)生變形。為解決這一矛盾，便采用了以變形控制變形的技術(shù)。通過對該結(jié)構(gòu)形式的深入研究及對各種因素的科學分析，在分段總裝時預(yù)留了

13、恰當?shù)姆醋冃?，用以消化由焊接產(chǎn)生的變形；同時，在焊接過程中，通過調(diào)整焊接順序來以焊接變形控制焊接變形。實踐表明，這種方法取得了很大成功。 4．5制定了科學的焊接順序，保證了重要部位的形位尺寸。 如前所述，該分段結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接量大，尤其是重要部位的板厚超大。因此，科學、合理的焊接順序成為該分段建造的又一項關(guān)鍵技術(shù)，合理的焊接順序?qū)附幼冃蔚目刂萍敖档徒Y(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力并使應(yīng)力分布盡量有序都有直接影響。對于該總段的建造，根據(jù)“最小約束原則”、“中央擴散原則”、及“平面對稱”等原則，制定了科學、細致的立體焊接順序，并達到了預(yù)期的效果。 4．6采用了合理的焊接方法。通過對幾種焊接方法的線能量、熱輸入量

14、、焊接質(zhì)量、材料成本、及焊接效率等因素進行綜合分析，確定了采用FCAW（CO2氣體保護焊）作為該段的焊接方法。該方法與以往類似分段通常采用的SMAW（手工焊）相比，更有利于降低焊接變形，且保證了焊接質(zhì)量。 4．7實施了有效的過程控制，并通過基準的調(diào)整與轉(zhuǎn)移，巧妙地保證了總體精度。 該分段的建造歷時兩個月，在建造過程中始終應(yīng)用激光經(jīng)緯儀等測量儀器進行全過程的數(shù)據(jù)控制，同時在不斷地調(diào)整并轉(zhuǎn)移定位基準。如當圓臺體的上下環(huán)裝配定位時，統(tǒng)一以胎心的十字線為基準，確保上下環(huán)同心。而當下環(huán)的環(huán)型焊縫焊接結(jié)束之后，由于焊接使圓心產(chǎn)生了位移，這時上環(huán)就要重新定位，而定位的基準調(diào)整為下環(huán)圓心的實際位置。其他尺

15、度的基準也采用的同樣的方法，即在整個建造過程中都在不斷地調(diào)整、轉(zhuǎn)移，并根據(jù)實際情況采取具體措施，進行全過程控制。 5． 結(jié)果 通過對FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊裝置建造關(guān)鍵技術(shù)的深入研究，并有針對性地采取了科學、有效的措施；采用了新技術(shù)，改進了建造工藝；同時，通過積極、嚴格的過程控制，最終使單點系泊裝置的建造獲得了圓滿的成功，滿足了設(shè)計要求，達到了質(zhì)量標準。使大連新船重工的大型海洋工程鋼結(jié)構(gòu)建造技術(shù)達到了同期國際先進水平。 焊接時效過后的主要控制數(shù)據(jù)測量表 上環(huán)直徑測量表：理論尺寸3522mm, 測量時間：2001/4/7 溫度：13○C

16、 測量點 實際測量尺寸 與理論尺寸偏差 AA1 3523 +1 BB1 3523 +1 CC1 3524 +2 DD1 3522 +0 EE1 3522 +0 FF1 3524 +2 GG1 3523 +1 HH1 3524 +2 II1 3523 +1 JJ1 3523 +1 KK1 3522 +0 LL1 3521 -1 下環(huán)直徑測量表：理論尺寸：9032mm 測量時間：2001/4/7 溫度：13○C 測量點 實際測量尺寸 與理論尺寸偏差 aa1 9033 +1 bb1 9032 0

17、 cc1 9033 +1 dd1 9033 +1 de1 9031 -1 ff1 9032 0 gg1 9034 +2 hh1 9032 0 ii1 9034 +2 jj1 9035 +3 kk1 9033 +1 ll1 9032 0 上環(huán)平面的水平數(shù)據(jù)：（單位mm）測量時間：2001/4/7溫度：13○C 測量點 AA1 BB1 CC1 DD1 EE1 FF1 GG1 HH1 II1 JJ1 KK1 LL1 測量值 0 0 1 1 3 1 0 2 -1 1 2 -1

18、 下環(huán)平面的水平數(shù)據(jù)：（單位mm）測量時間：2001/4/7溫度：13○C 測量點 aa1 bb1 cc1 dd1 ee1 ff1 gg1 hh1 ii1 jj1 kk1 ll1 測量值 -1 0 -1 0 2 -1 -1 0 -1 1 0 -2 上下環(huán)面的高度值：（單位mm）測量時間：2001/4/7 溫度：13○C 理論值：7560mm；公差要求0~+5mm 測量點 Aa1 Bb1 Cc1 Dd1 Ee1 Ff1 Gg1 Hh1 Ii1 Jj1 Kk1 Ll1 測量值 7561 7560 7562 7561 7561 7562 7561 7562 7560 7560 7562 7561 上下環(huán)圓心偏差：1mm，允許誤差：+1.5mm。