深水鋪管起重船建造方法及建造精度技術(shù)研究

商明星

(江蘇熔盛造船有限公司，江蘇 南通 226532)

深水鋪管起重船建造方法及建造精度技術(shù)研究

商明星

(江蘇熔盛造船有限公司，江蘇 南通 226532)

鑒于深水鋪管起重船“海洋石油201”船是中國(guó)首艘3 000 m深水鋪管起重船，設(shè)計(jì)和建造難度大，在分析深水鋪管起重船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，著重對(duì)總體建造、焊接、精度控制技術(shù)進(jìn)行研究。首先，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)劃分分段/總段，提高預(yù)舾裝率；其次，托管架的焊接工藝是本船焊接的核心工藝，其安裝精度的好壞直接影響鋪管的功能；最后，通過(guò)制定合理的布置方案，加強(qiáng)過(guò)程控制，總組工具和工裝優(yōu)化，引入全站儀和三維模擬軟件，實(shí)現(xiàn)精度管理。

鋪管船；起重船；精度管理；分段劃分；托管架；焊接工藝

0 引言

深水鋪管起重船“海洋石油201”是世界上第一艘同時(shí)具備3 000 m級(jí)深水鋪管能力、4 000 t級(jí)重型起重能力和DP3級(jí)動(dòng)力定位，并具備自航能力的船型工程作業(yè)船，能在除北極外的無(wú)限航區(qū)作業(yè)，集成多項(xiàng)世界頂級(jí)裝備技術(shù)，其總體技術(shù)水平和綜合作業(yè)能力在國(guó)際同類工程船舶中處于領(lǐng)先地位，代表了國(guó)際海洋工程裝備制造的最高水平。本文主要對(duì)該船的部分建造技術(shù)難點(diǎn)以及精度控制方案做簡(jiǎn)要介紹,為后續(xù)類似船舶的建造提供參考。

1 深水鋪管起重船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)本船為布置地位型船，甲板面積大，線型復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能區(qū)域眾多。同時(shí)入中國(guó)船級(jí)社(CCS)和美國(guó)船級(jí)社(ABS)。由于為首制船，船東和船檢對(duì)其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)一般船舶的要求。本船總布置圖如圖1所示。

圖1 深水鋪管起重船總布置圖(側(cè)視圖)

(2)本船定員380人，上層建筑龐大，層數(shù)多，艙室復(fù)雜。由于其體積龐大，常規(guī)的上層建筑整體吊裝方案已經(jīng)不能夠適用于本船，必須制定切實(shí)可行的起吊方案來(lái)縮短船舶建造周期。

(3)本船配備6臺(tái)主發(fā)電機(jī)、7臺(tái)推進(jìn)器，此外還有眾多的鋪管設(shè)備，因此對(duì)結(jié)構(gòu)要做許多的加強(qiáng)，且對(duì)于船舶建造的精度以及設(shè)備納期計(jì)劃的控制也提出極大的挑戰(zhàn)。

(4)本船具備4 000 t級(jí)重型起重能力。主起重機(jī)筒體結(jié)構(gòu)重803 t，筒體直徑24.2 m，高13.4 m，材料為EH36-Z35高強(qiáng)度鋼，板厚45 mm。其建造精度要求為直徑公差±4 mm，周長(zhǎng)公差±16 mm，上端平面度±2 mm，以保證與起重機(jī)的底座環(huán)對(duì)接安裝精度。

2 深水鋪管起重船總體建造技術(shù)

分段是船舶建造的基本單元，其建造速度以及預(yù)舾裝率對(duì)于船舶的建造進(jìn)度有決定性的影響。以船體為基礎(chǔ)，以舾裝為中心，制定合理的分段/總段劃分方案。船體建造必須充分滿足舾裝和涂裝生產(chǎn)的需要，為“殼、舾、涂”一體化的實(shí)現(xiàn)有利的條件。

分段劃分圖是深水鋪管起重船建造的指導(dǎo)性文件，分段劃分的合理性直接影響到船舶的建造周期。本船是雙底雙舷側(cè)縱骨架式結(jié)構(gòu)形式，尾部有重型起重機(jī)筒體，中部有雙機(jī)艙，首部有能夠容納380人居住的大型上層建筑，因此在平臺(tái)分段/總段劃分時(shí)，應(yīng)充分考慮其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，遵循相關(guān)原則，最大可能地提高預(yù)舾裝率。同時(shí)，根據(jù)建造場(chǎng)地及設(shè)施條件，最大可能發(fā)揮各個(gè)設(shè)備和場(chǎng)地的功效，充分利用平面分段流水線和900 t龍門吊等資源，減少分段/總段數(shù)量，為搭載提速打下基礎(chǔ)。在建造過(guò)程中，根據(jù)工程項(xiàng)目關(guān)鍵設(shè)備的到貨情況，及時(shí)調(diào)整甲板和上建的總段劃分方案。從建造過(guò)程看，圍繞提高預(yù)舾裝率為目標(biāo)展開(kāi)分段/總段的劃分工作符合深水鋪管起重船的結(jié)構(gòu)和設(shè)備/系統(tǒng)布置特點(diǎn)。為了延續(xù)習(xí)慣，深水鋪管起重船分段命名仍然采用傳統(tǒng)的命名方式，即數(shù)字1開(kāi)頭表示艉尾部分段，2開(kāi)頭表示雙層底，5開(kāi)頭表示甲板，6開(kāi)頭表示舷側(cè)，8開(kāi)頭表示艏部，9開(kāi)頭表示上層建筑。

3 深水鋪管起重船焊接技術(shù)

鋪管用托管架是本船的關(guān)鍵設(shè)備之一，其安裝精度的好壞對(duì)于本船的鋪管功能有著極其重要的影響。托管架的最大板厚為140 mm，鉸座與船體結(jié)構(gòu)之間為對(duì)接焊，鉸座與艉封板為深熔焊，以及鉸座與復(fù)板為填角焊。其坡口復(fù)雜，對(duì)表面粗糙度也有要求，要進(jìn)行機(jī)加工處理，鉸座之間的距離要求控制在±2 mm 之內(nèi)。為此，船廠通過(guò)一系列的焊接試驗(yàn)，最后確定采用雙焊式分段退焊法同時(shí)焊接，每段焊縫長(zhǎng)度為500 mm，邊焊接，邊測(cè)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，查找隱患。在各個(gè)部門的通力協(xié)作之下，最終一次性焊接成功，為托管架的順利安裝打下基礎(chǔ)。

4 深水鋪管起重船的精度控制

深水鋪管起重船線型復(fù)雜，并且尾部采用雙吊艙式推進(jìn)器，對(duì)于船廠建造技術(shù)來(lái)說(shuō)是極大的挑戰(zhàn)。為了推進(jìn)精度造船工藝的貫徹和實(shí)施，縮短分段在塢內(nèi)搭載的周期，特編制船舶精度控制工藝。相關(guān)技術(shù)管理人員應(yīng)熟悉本工藝的各項(xiàng)要求，在深水鋪管起重船建造的全過(guò)程中必須嚴(yán)格實(shí)施精度控制管理規(guī)定，執(zhí)行工藝紀(jì)律，認(rèn)真測(cè)試和記錄各種數(shù)據(jù)，嚴(yán)格控制焊接收縮變形，使分段無(wú)余量制造深入開(kāi)展，減小搭載周期。

4.1制定合理的精度布置方案

通過(guò)對(duì)于前期各類船舶的總結(jié)，深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，取得第一手資料。對(duì)于各種厚度、材質(zhì)的板焊接收縮量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，并且總結(jié)船塢搭載經(jīng)驗(yàn)，確定各個(gè)區(qū)域總組及船塢階段的余量，繪制全船精度布置圖，為精度控制提供理論依據(jù)。

4.2加強(qiáng)過(guò)程控制

該船精度的控制以及測(cè)量由精度管理部主要負(fù)責(zé)，事業(yè)部精度測(cè)量專業(yè)人員負(fù)責(zé)配合，質(zhì)量主管按照設(shè)計(jì)圖紙及工藝文件的要求參與和負(fù)責(zé)對(duì)各測(cè)量精度數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核。如發(fā)現(xiàn)有超出精度要求以外的誤差問(wèn)題，質(zhì)量主管有權(quán)停止現(xiàn)場(chǎng)的繼續(xù)作業(yè)，必須將誤差情況書(shū)面通報(bào)設(shè)計(jì)研究院，經(jīng)設(shè)計(jì)研究院確定修正方案，并以書(shū)面形式下達(dá)整改要求后方可恢復(fù)作業(yè)。對(duì)于下料、加工、分段制作、船塢合攏等階段都制定詳細(xì)的精度標(biāo)準(zhǔn)和控制方案，確保精度滿足要求。

4.3總組工具和工裝優(yōu)化

常規(guī)使用的分段總組和合攏的工裝工具是水泥塢墩上面墊木板的組合，實(shí)際上因木板材質(zhì)不可能相同，并且由于使用次數(shù)的差異，分段吊裝后因塢墩在不同區(qū)域的下沉就會(huì)導(dǎo)致分段的水平發(fā)生偏差，必須用手動(dòng)油泵進(jìn)行調(diào)整，尤其是總組分段有時(shí)涉及4只分段，即每吊裝一次則重力增加水平度一直是一種動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，直到全部分段吊裝結(jié)束才是靜態(tài)過(guò)程，這樣消耗大量勞動(dòng)力還不能很好確?？偨M水平±4 mm的要求。水平度是總組精度控制的基礎(chǔ)，必須嚴(yán)格控制。為了保證精度，由水泥塢墩變?yōu)槁菪絼傂云脚_(tái)，其高度方便調(diào)節(jié)，強(qiáng)度大，調(diào)節(jié)方便，并且精度高，使得其精度在可以控制的范圍之內(nèi)。

4.4全站儀的引入

傳統(tǒng)的精度測(cè)量方法是使用激光經(jīng)緯儀，得到的所有的尺寸均是在一維空間上測(cè)量，結(jié)合后也只有二維空間尺寸，若常規(guī)測(cè)量方法得出三維尺寸其過(guò)程十分繁瑣，也不準(zhǔn)確，誤差很大，不能夠適應(yīng)現(xiàn)代化造船的要求。這樣對(duì)于總組數(shù)據(jù)的控制就不全面，也不能夠滿足深水鋪管起重船的精度控制要求。在引進(jìn)了先進(jìn)的全站儀后就可以優(yōu)化所有的總組精度測(cè)量過(guò)程，通過(guò)預(yù)先輸入船體型值表，得到理論數(shù)據(jù)，然后在實(shí)際測(cè)量過(guò)程過(guò)之中可以直接測(cè)量合攏口的坐標(biāo)值，然后將兩者進(jìn)行對(duì)比，測(cè)量結(jié)果一目了然，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

4.5三維模擬軟件的引入

有了實(shí)際的三維測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)還要進(jìn)行科學(xué)合理的精度分析，判斷各種累計(jì)誤差會(huì)不會(huì)影響最后的結(jié)果。結(jié)合當(dāng)前實(shí)際測(cè)量之中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，以全站儀和精度軟件為依托，優(yōu)化數(shù)據(jù)測(cè)量和分析方法，優(yōu)化作業(yè)流程，建立1套以數(shù)字化精度控制為導(dǎo)向的精度數(shù)據(jù)收集、整理、分析的科學(xué)管理體系來(lái)提高船舶總組、搭載的精度控制水平。為此，引進(jìn)了DACS(Dimensional & Accuracy Control System)尺寸與精度控制系統(tǒng)，用于船舶制造過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)尺寸檢查、幾何量檢查、三維精度控制、分段搭載模擬、預(yù)計(jì)分段吊裝位置、形成精度檢查表等的專用系統(tǒng)。它以系統(tǒng)軟件為核心，集成現(xiàn)代高精度全站儀及各種附件于一體，能夠快速、精確、自動(dòng)的對(duì)各種焊接件、船體分段、總段，船體合攏進(jìn)行精度檢查及控制，及時(shí)對(duì)于可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、界面友好、功能豐富，操作人員經(jīng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可快速掌握，并投入實(shí)際工作，極大提高了精度管理水平。

5 結(jié)語(yǔ)

“海洋石油201”船于2012年5月15日從青島起航奔赴中國(guó)首個(gè)深海氣田“荔灣31”，與早前已開(kāi)鉆的海洋石油981深水鉆井平臺(tái)會(huì)合，進(jìn)行1 500 m深水鋪管作業(yè)。 在此之前，“海洋石油201”和“海洋石油981”都經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試，“海洋石油201”的狀態(tài)非常好，船上各設(shè)備運(yùn)作正常，完全達(dá)到最初的設(shè)計(jì)要求。

[1]陳聽(tīng)梁，沈世瑤.船舶焊接手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

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“工業(yè)和信息化部 高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目 3 000 m水深大型起重鋪管船自主研發(fā)項(xiàng)目”資助

2013-10-16

商明星(1986-)，男，助理工程師，主要從事船體設(shè)計(jì)方面的工作。

U674.3

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