海上風(fēng)電導(dǎo)管架建造技術(shù)研究

文/謝志偉 魏笑科 鄒福順 林陽(yáng)峰 涂源根 陳世明 陳城 胡力文

0 引言

一座海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、塔筒、導(dǎo)管架、海底預(yù)埋深基礎(chǔ)樁組成。海上風(fēng)電導(dǎo)管架主體為桁架結(jié)構(gòu)，上部有大型法蘭與風(fēng)機(jī)塔筒連接，下部為插入式導(dǎo)管架灌漿段與海底預(yù)埋深基礎(chǔ)樁聯(lián)接，此外導(dǎo)管架上還有工作平臺(tái)、登船梯、靠船件、J 型管、灌漿管等附屬構(gòu)件，整個(gè)海上風(fēng)電導(dǎo)管架長(zhǎng)和寬各20多米，高度40米以上，重量約900噸。

1 概述

海上風(fēng)電導(dǎo)管架是把風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)艙及相關(guān)附屬設(shè)備固定在海上的重要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。除了承受風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)艙及相關(guān)附屬設(shè)備的重力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的震動(dòng)外，海上風(fēng)電導(dǎo)管架位于水下的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期承受洋流、潮流、海底沖刷的侵蝕，水面上的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期承受臺(tái)風(fēng)、鹽霧、覆冰的困擾，因此，對(duì)海上風(fēng)電導(dǎo)管架建造過(guò)程中的技術(shù)質(zhì)量要求極高。本文以廣州文船重工有限公司承建的中廣核陽(yáng)江南鵬島400兆瓦海上風(fēng)電導(dǎo)管架建造為背景，研究風(fēng)電導(dǎo)管架建造技術(shù)，以確保建造過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量可控、提高建造效率、降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 海上風(fēng)電導(dǎo)管架建造技術(shù)研究

廣州文船重工有限公司承建了中廣核陽(yáng)江南鵬島400兆瓦海上風(fēng)電場(chǎng)25套導(dǎo)管架，這批導(dǎo)管架單套重約為900噸，主體尺寸長(zhǎng)×寬×高分別為23.9m×23.9m×40.64m。選定在中山市馬鞍島廣州文船重工有限公司風(fēng)電工程基地進(jìn)行建造，基地配備了600噸龍門吊、160噸龍門吊、270噸平板運(yùn)輸車、電焊機(jī)、卷板機(jī)、數(shù)控下料機(jī)、五軸大型相貫線切割機(jī)器人、自動(dòng)打砂除銹設(shè)備、超聲波探傷儀、X 射線探傷儀、空壓機(jī)等施工設(shè)備。導(dǎo)管架建造工藝流程如圖1所示。

圖1 海上風(fēng)電導(dǎo)管架建造工藝流程

2.1 預(yù)制階段

預(yù)制階段主要包含了管節(jié)、片體、過(guò)渡段以及其他附屬結(jié)構(gòu)預(yù)制。

2.1.1 管節(jié)預(yù)制

管節(jié)是由直徑不等、厚度為32mm ～70mm 的卷管焊接而成，焊接時(shí)采用逐步退接法，在專用焊接流水線上進(jìn)行焊接，流水線的固定式焊機(jī)上有伸縮焊接臂，能伸入管內(nèi)進(jìn)行內(nèi)環(huán)縫焊接。其中，管1和管2焊接好后，在流水線上自動(dòng)移位，然后進(jìn)行管2和管3的焊接，以此接長(zhǎng)整根導(dǎo)管。如圖2所示。

圖2 逐步退接焊接法

管節(jié)制作完成后，需要對(duì)斜撐管進(jìn)行貫口開(kāi)設(shè)，每根斜撐管兩個(gè)貫口，每套36條斜撐管，斜撐管直徑為700mm ～1000mm 不等 ，長(zhǎng)度6m ～22 m 不等，單套導(dǎo)管架即有72個(gè)貫口，且貫口及坡口形式復(fù)雜，使用手工切割無(wú)法保證貫口精度，導(dǎo)致后續(xù)各個(gè)KTY 節(jié)點(diǎn)的拼裝精度無(wú)法保證。對(duì)此，采用大型相貫線切割設(shè)備解決切割精度問(wèn)題，根據(jù)管件加工需求，定制設(shè)備需求參數(shù)如表1所示。

2.1.2 片體預(yù)制

（1）A/B 軸線導(dǎo)管架片體制作

按照導(dǎo)管架片體制作圖制作胎架， A/B 軸為平面胎架，尺寸測(cè)量時(shí)必須用同一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。上胎前必須核對(duì)筒節(jié)編號(hào)、檢查筒節(jié)圓度及外圓周長(zhǎng)是否符合要求，檢查好后用吊帶將管節(jié)吊至胎架定位。

A 軸和B 軸片體整體建造，片體上下分段合攏口進(jìn)行預(yù)拼，但不能施焊，分段制作完畢分離，分別進(jìn)行中組。

分段制作完畢，按相關(guān)安裝圖紙進(jìn)行舾裝件的安裝。A 軸和B 軸片體外形尺寸為42m×24.8m，重量約為240噸。如圖3所示。

圖3 A/B軸線導(dǎo)管架片體

（2）1/2軸線導(dǎo)管架剪刀斜撐制作

斜撐管呈“X”形，在水平胎架上靠模制作。先劃好定位線，固定兩側(cè)靠模，再用吊裝帶吊運(yùn)管件至靠模內(nèi)進(jìn)行裝配。斜撐管兩端用圓管作剛性加強(qiáng)，以防止變形。 如圖4所示。

表1 五軸相貫線切割機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.1.3 過(guò)渡段預(yù)制

導(dǎo)管架過(guò)渡段含內(nèi)外鋼平臺(tái)及法蘭重量約240噸，主體尺寸長(zhǎng)×寬×高約16.5m×16.5m×6.5m，采用立式建造法，在龍門凳上水平胎架制作。過(guò)渡段制作完畢，在其上安裝外部鋼平臺(tái)、內(nèi)部鋼平臺(tái)、法蘭、塔筒門等附件，如圖5所示。

圖4 海上風(fēng)電導(dǎo)管架1/2軸線剪刀斜撐制作

圖5 海上風(fēng)電導(dǎo)管架過(guò)渡段制作

導(dǎo)管架過(guò)渡段在船體車間內(nèi)制作，然后用270噸平板車或模塊車運(yùn)輸至涂裝棚進(jìn)行打砂涂裝，再運(yùn)至600噸龍門吊下進(jìn)行總組。

2.2 中合攏階段

2.2.1 導(dǎo)管架下段中組

（1）靠模工裝布置

導(dǎo)管架導(dǎo)管段分上下兩段分別進(jìn)行中組。中組采用立式組裝方案，首先在600噸龍門吊下方中組場(chǎng)地劃設(shè)地樣線，然后按靠模工裝、支座制作圖要求進(jìn)行靠模工裝、支座的制作安裝，靠模工裝、支座與地面牢固固定。靠模工裝、支座布置如圖6所示。

圖6 海上風(fēng)電導(dǎo)管架導(dǎo)管下段靠模工裝布置

（2）A/B 軸線片體下段安裝

導(dǎo)管架導(dǎo)管段A/B軸片體制作完成后報(bào)驗(yàn)合格，首先利用160噸龍門吊將其離胎，然后入托至轉(zhuǎn)運(yùn)工裝運(yùn)輸架上，用270噸平板車或模塊車運(yùn)輸至600噸龍門吊下方，利用600噸龍門吊上下小車三鉤聯(lián)吊將片體樹(shù)立起來(lái)放置到支座，A/B 軸片體就位如圖7所示。

（3）1/2軸線花片安裝

導(dǎo)管架導(dǎo)管段1/2軸花片制作完成后報(bào)驗(yàn)合格，首先利用260履帶吊將其離胎，然后入托至轉(zhuǎn)運(yùn)工裝運(yùn)輸架上，用270噸平板車或模塊車運(yùn)輸至600噸龍門吊下方，利用260噸履帶吊和1臺(tái)汽車吊雙鉤聯(lián)吊將花片樹(shù)立起來(lái)安裝到位，1/2軸花片就位如圖8所示。

圖7 海上風(fēng)電導(dǎo)管架導(dǎo)管段A/B軸線片體下段定位安裝

圖8 海上風(fēng)電導(dǎo)管架導(dǎo)管段1/2軸線花片定位安裝

2.2.2 導(dǎo)管架上段中組

（1）靠模工裝布置

導(dǎo)管架導(dǎo)管段分上下兩段分別進(jìn)行中組。中組采用立式組裝方案，首先在600噸龍門吊下方中組場(chǎng)地劃設(shè)地樣線，然后按靠模工裝、支座制作圖要求進(jìn)行靠模工裝、支座的制作安裝，靠模工裝、支座與地面牢固固定。靠模工裝、支座布置如圖9所示。

圖9 海上風(fēng)電導(dǎo)管架導(dǎo)管上段靠模工裝布置

（2）A/B 軸線片體上段安裝

圖10 海上風(fēng)電導(dǎo)管架導(dǎo)管段A/B軸線片體上段定位安裝

導(dǎo)管架導(dǎo)管段A/B 軸片體制作完成后報(bào)驗(yàn)合格，首先利用160噸龍門吊將其離胎，然后入托至轉(zhuǎn)運(yùn)工裝運(yùn)輸架上，用270噸平板車或模塊車運(yùn)輸至600噸龍門吊下方，利用600噸龍門吊上下小車三鉤聯(lián)吊將片體樹(shù)立起來(lái)放置到支座，A/B 軸片體就位如圖10所示。

（3）1/2 軸線花片安裝

導(dǎo)管架導(dǎo)管段1/2軸花片制作完成后報(bào)驗(yàn)合格，首先利用260履帶吊將其離胎，然后入托至轉(zhuǎn)運(yùn)工裝運(yùn)輸架上，用270噸平板車或模塊車運(yùn)輸至600噸龍門吊下方，利用260噸履帶吊和1臺(tái)汽車吊雙鉤聯(lián)吊將花片樹(shù)立起來(lái)安裝到位，1/2軸花片就位圖11所示。

圖11 海上風(fēng)電導(dǎo)管架導(dǎo)管段1/2軸線花片定位安裝

2.2.3 過(guò)渡段安裝

導(dǎo)管架過(guò)渡段在船體車間制作完成后報(bào)驗(yàn)合格，用270噸平板車或模塊車運(yùn)輸至涂裝棚進(jìn)行打砂涂裝，然后運(yùn)輸至600噸龍門吊下方，利用600噸龍門吊上下小車三鉤聯(lián)吊將過(guò)渡段安裝到位，風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架過(guò)渡段重約240噸，使用600噸龍門吊上小車三鉤聯(lián)吊，便于調(diào)整法蘭水平。

導(dǎo)管架過(guò)渡段就位后，調(diào)整頂部法蘭水平度≤1mm，四角鋼導(dǎo)管合攏口碼板固定，四角合攏口采用4個(gè)焊工同時(shí)對(duì)稱焊接，在焊接過(guò)程中監(jiān)控法蘭平面度變化，防止上部法蘭水平度超差。過(guò)渡段與導(dǎo)管段焊接完后，測(cè)量整體的平面度、垂直度和頂部筒節(jié)的橢圓度。合攏口鋼導(dǎo)管對(duì)接焊縫要求熔透，并作100%UT，施工人員從腳手架到達(dá)靠船件平臺(tái)，然后通過(guò)斜梯到達(dá)過(guò)渡段鋼平臺(tái)上，最后通過(guò)四個(gè)角預(yù)留的人孔和直梯到達(dá)合攏口臨時(shí)平臺(tái)上。過(guò)渡段與導(dǎo)管段合攏口每條焊縫焊接40%以上，600噸龍門吊上小車才能松鉤。過(guò)渡段就位如圖12所示。

圖12 海上風(fēng)電導(dǎo)管架過(guò)渡段安裝

2.3 大合攏階段

導(dǎo)管架整體分上下兩段分別建造完畢并檢驗(yàn)合格，附件安裝完畢，首先利用600噸龍門吊上下小車將下大段吊裝放置預(yù)先在地面布置好的導(dǎo)管架運(yùn)輸支座上，導(dǎo)管架下大段重350噸，外形尺寸為24m×24m×20m。然后利用600噸龍門吊上下小車將上大段吊裝至下大段上方，與下大段進(jìn)行合攏，導(dǎo)管架上大段重480噸，外形尺寸為18m×18m×25m。導(dǎo)管架制作完畢，整體效果如圖13所示。

圖13 海上風(fēng)電導(dǎo)管架制作完畢整體效果

3 結(jié)語(yǔ)

2020年2月14日，廣東省發(fā)改委公布了26個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目開(kāi)工及并網(wǎng)時(shí)間表，總規(guī)模超1億千瓦，未來(lái)兩年，海上風(fēng)電導(dǎo)管架建造將呈噴井式增長(zhǎng)。開(kāi)展海上風(fēng)電導(dǎo)管架建造技術(shù)研究，有利于降低制造成本，提高制造效率，完善廣東省的海上風(fēng)電制造產(chǎn)業(yè)鏈。依托本研究成果，廣州文船重工有限公司已完成在建海上風(fēng)電導(dǎo)管架達(dá)30余套，在建造過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并得到業(yè)主的一致好評(píng)，為國(guó)家大力發(fā)展海上風(fēng)電事業(yè)貢獻(xiàn)了一份力量。