Karish FPSO 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)精度管理研究

王天剛，熊元元

（舟山中遠海運重工有限公司，舟山 316131）

1 前言

船舶建造精度管理，是以船舶建造精度標準為基本準則，通過科學的管理方法與先進的工藝手段，對船舶建造進行全過程的尺寸分析和控制，達到最大限度減少現(xiàn)場修割工作量、提高工作效率、降低建造成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

以色列Karish FPSO 項目，總長227 m、型深27 m、型寬50 m、最大吃水19.5 m、儲油量90 萬桶，日外輸能力40 萬桶，定員75 人，甲板面積相當于27 個國際籃球標準場地；采用多點系泊定位方式，入DNV-GL船級社，設(shè)計壽命超過35 年，可滿足不解脫進塢維護，能夠長期連續(xù)安全生產(chǎn)，服務(wù)于以色列的Karish和Tanin 油氣田；管理的對象為船舶在建造過程中產(chǎn)生的焊接收縮變形、扭曲變形、角變形和吊裝變形等，其內(nèi)容包括：建立完整的公司精度管理體系、精度管理制度；完善精度檢測手段與方法；提出精度控制目標，確定精度計劃，制訂精度標準；制訂預防尺寸偏差的工藝技術(shù)措施和精度超差后的處理措施等。

2 研究目的與任務(wù)

2.1 研究目的

船舶在建造搭載過程中，各個環(huán)節(jié)都存在余量，導致部分分段及總段需要大量切割合攏口，不僅增加施工量而且切修率也增大[1]；通過對船體結(jié)構(gòu)設(shè)置合理的焊接收縮量，使生產(chǎn)過程中每個環(huán)節(jié)減少二次切修，盡可能使用原始坡口，提高施工效率，同時保證船體建造完工的主尺度滿足DNV-GL 規(guī)范要求；確保全船重要大型基座和船體反面結(jié)構(gòu)能夠準確對位，上部模塊支墩能夠滿足設(shè)備安裝和運行的精度要求。

2.2 研究任務(wù)

由于船舶結(jié)構(gòu)的復雜性，部分零件需進行熱處理、冷加工和焊接，這會帶來一定的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀誤差，導致船舶精度控制的難度增加[2]。經(jīng)過對FPSO 相關(guān)圖紙資料的研究，結(jié)合前期對焊接收縮量數(shù)據(jù)的經(jīng)驗積累，對船體結(jié)構(gòu)焊接收縮量進行合理加放，提高無余量合攏比例；研究全船甲板和外板上主要大型基座和反面結(jié)構(gòu)的對位方法，繪制整體基座結(jié)構(gòu)返線圖，在片體制作和分段制作階段提前勘畫檢驗線，總組搭載時嚴格控制精度，實現(xiàn)后期基座安裝精準對位，減少錯位開刀；針對全船工作量最大和精度要求最高的上部模塊支墩，通過對余量設(shè)計、組立制作精度控制、總組/搭載精度控制、安裝條件要求、水下碼頭舾裝階段測量方法等方面進行全面的研究，確保安裝精度。

3 技術(shù)方案

3.1 加放焊接收縮量

1）在整個施工過程中，因受客觀條件的限制，船體零件、部件、分段、總段和船體主尺度等不可避免地會產(chǎn)生偏差[3]；通過精控人員對拼板、組立、總組和搭載各個階段的焊前和焊后數(shù)據(jù)對比，和大量的精度數(shù)據(jù)統(tǒng)計，設(shè)計了《FPSO 焊接收縮量和余量補償量布置圖》。分段補償量大小的確定，是船舶建造精度控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]。對焊接收縮量和余量布置進行了全面的考慮，針對不同區(qū)域、結(jié)構(gòu)形式和生產(chǎn)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的不同焊接收縮進行了標識，加放原則如下：

（1）分段三維建模時，二氧化碳焊對接坡口不留間隙，角對接焊縫加放6 mm 補償量；大合攏縫處的結(jié)構(gòu)，在下料切割時為反坡口加放2 mm 切割補償量；壁板上有削斜離空結(jié)構(gòu)時，壁板上結(jié)構(gòu)的補償量要比壁板補償量減少5 mm；壁板上結(jié)構(gòu)不離空的，壁板和壁板結(jié)構(gòu)余量加放保持一致；每道FCB 拼板的板縫，加放1.5 mm 焊接收縮量；每道埋弧自動焊拼板焊縫，加放1 mm 焊接收縮量；所有雙面埋弧自動焊拼板焊縫，加放1 mm 焊接收縮量。

（2）全船所有的板材，如果需要反向開坡口的，額外加放1 mm的坡口損耗補償；為了現(xiàn)場施工的便利性，降低人工成本，雙層底區(qū)域的半肋位區(qū)域的肋板，設(shè)計-2 mm 的余量；考慮到長5 m 以上的拼裝T 型材焊接會產(chǎn)生彎曲變形，需要進行火工矯正會產(chǎn)生收縮，所以全船所有5～10 m 長的拼裝T 型材，加放4 mm 火工收縮量。

2）貨倉平直區(qū)域主甲板板厚22 mm，外板板厚22 mm，內(nèi)縱壁板厚26 mm，外底板板厚22 mm，內(nèi)底板板厚24 mm。貨倉平直區(qū)域分段的甲板、橫倉壁、內(nèi)底板和外底板的寬度方向，按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；高度方向按照1.6 mm/3 200 mm 加放焊接收縮量；長度方向按照3 mm/5 000 mm加放焊接收縮量；貨倉區(qū)域外板和縱壁高度方向，按照0.5 mm/1 000 mm加放焊接收縮量；長度方向按照0.4 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；艉部區(qū)域長度方向，按照2 mm/4 800 mm加放焊接收縮量；寬度方向按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；高度方向按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；艏部區(qū)域前后方向，按照2 mm/4 800 mm 加放焊接收縮量，高度方向按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；寬度方向按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量。

3）貨倉區(qū)域所有分段，全部設(shè)計為無余量建造，在總組搭載合攏口。根據(jù)不同板厚、焊角及焊接形式，分別加放6 mm 角焊縫焊接收縮,最終全船288 個分段無余量設(shè)計比例達100%。

3.2 底座反面結(jié)構(gòu)對位精度控制

1）通過前期對巴西石油P69 項目建造精度控制的研究發(fā)現(xiàn)，大型設(shè)備底座精度控制是FPSO 項目的重點精度控制項。Karish FPSO 項目甲板，自FR41～FR71，共布置有13 組151 個上部模塊支墩，外板上布置有上立管平臺、下部立管平臺、滑車底座、RISER RECEPTACLE 等各種設(shè)備底座。設(shè)備底座因為要安裝設(shè)備，整體精度要求遠高于船體建造精度，如何保證設(shè)備底座安裝后的精度和安裝過程中同船體反面結(jié)構(gòu)對位是精度控制的難點。前期在巴西石油P69 項目建造過程中，大型設(shè)備底座安裝之前為了畫清楚反面結(jié)構(gòu)的位置線，確保大型設(shè)備底座和反面結(jié)構(gòu)對位，花費了60 個人工采用從板縫量取反面結(jié)構(gòu)尺寸和UT 探傷等多種方法，確定大型設(shè)備底座反面結(jié)構(gòu)尺寸。

2）Karish FPSO 項目開工前，繪制了《FPSO 項目大型基座反面結(jié)構(gòu)返線坐標表》，將大型基座反面結(jié)構(gòu)X 方向理論線，向艏偏移100 mm、Y 方向理論線向舷外偏移100 mm、Z 方向理論線向上偏移100 mm；在片體制作和分段制作過程中，提前勘劃好檢驗線，敲好洋沖標記并做好保護，后期安裝大型基座前，根據(jù)洋沖標記使用墨斗劃出結(jié)構(gòu)線，保證大型基座和船體反面結(jié)構(gòu)對位滿足規(guī)范要求。

3.3 上部模塊支墩精度控制

工序前移，減少后行作業(yè)（船臺、船塢作業(yè)）的工作量[5]，為了保證上部模塊支墩和上部模塊的安裝精度，設(shè)計時將上口連接板加放50 mm 余量，用于補償模塊制作過程中的誤差，避免間隙超差；同時上口連接板在基座制作階段僅點焊，在搭載安裝完成整體精度測量，并滿足標準后進行焊接；搭載過程中如果上口精度有局部超差，可以調(diào)整上口連接板的位置。

上部模塊支墩分布圖，如圖1 所示。

圖1 上部模塊支墩分布圖

1）制作階段

上部模塊支墩制作時，為了方便現(xiàn)場施工，首先將底部基座和連接管分開制作，然后再組裝在一起；底部基座建造時，要求垂向腹板與基座面板垂直度≤±2 mm；垂直腹板與面板焊接端直線度≤2 mm；為減小焊接導致的角度變形，要求肘板與面板焊接時采取雙邊對稱的方式進行焊接，并設(shè)雙側(cè)角度板進行固定；在小組立階段，基座面板雙面劃結(jié)構(gòu)位置安裝線，并于面板上表面打上洋沖標記，以作將來數(shù)據(jù)測量及安裝支柱參考依據(jù)；連接管在專用胎架上進行拼裝，為了控制焊接變形和吊裝，在中間吊耳位置使用L100角鋼進行加強，如圖2 所示。

圖2 上部模塊支墩示意圖

2）前期控制

前期控制指分段建造時的控制，包括：面板線上劃線精度控制、加強板LB7A/M 安裝精度控制、LB23定位安裝精度控制。

面板線上劃線時,以檢驗線為基準，精度誤差±1 mm,極限±2 mm；甲板分段DXXC 和上舷側(cè)分段SXXBP/SXXBS 完工后，以檢驗線為基準點，將所有上部模塊支墩反面加強結(jié)構(gòu)安裝線反到甲板面上，并在分段邊緣敲出樣沖點，樣沖點長度50～100 mm，使用全站儀把支墩中心線反到甲板面上，敲出樣沖點，每個分段內(nèi)部上部模塊支墩中心點到檢驗線距離偏差精度要求±1 mm，極限±2 mm；完工的大組分段在自由狀態(tài)下，進行3D 測量分析，并且進行模擬搭載，調(diào)整分段合攏精度，盡可能的使修割率、合攏間隙和檢驗線精度保持最佳狀態(tài)，將3D 報告遞交質(zhì)量管理部保存并同時發(fā)往下道總組工序。

檢驗線示意圖，如圖3所示；主甲板安裝線檢驗線，如圖4 所示。

圖3 檢驗線示意圖

圖4 主甲板安裝線檢驗線

3）總組階段

分段定位時，每條（橫向合攏）縱縫加放焊接收縮補償量5 mm，每條（縱向合攏）橫縫加放焊接收縮補償量3 mm,調(diào)整好上部模塊支墩中心位置之間的尺寸精度；分段合攏口余量在分段建造完工后，使用全站儀進行測量，由3D 軟件得出分析數(shù)據(jù)，總組時進行模擬搭載分析，提前切割余量；總組階段焊前，檢驗位于同一模塊內(nèi)上部模塊支墩中心尺寸精度，同時考慮該總組段內(nèi)與其他相臨分段間上部模塊支墩的精度尺寸，每組上部模塊支墩的長、寬、對角線極限誤差要控制在±3 mm 以內(nèi)，如圖6 所示。

圖6 精度標準

4）搭載階段

（1）根據(jù)主船體分段基準線布置圖上的坐標和《FPSO 項目大型基座反面結(jié)構(gòu)返線坐標表》上大型基座反面結(jié)構(gòu)坐標，提前繪制《FPSO 項目塢內(nèi)搭載畫線圖》。該圖X 方向坐標以船體FR0 為基準，充分考慮塢內(nèi)尺寸，確定FR0 距塢墻的距離為5 000 mm；同時需要在塢中心位置設(shè)置20根 1 350 mm長的角鋼標桿，下口焊接在塢底預埋鐵上；角鋼標桿上面堪畫出距塢底1 300 mm水平線，整體水平誤差需達到±1 mm以內(nèi)，以塢底檢驗線為基準定位各個搭載分段，控制從下到上分段基準線精度；對比塢底檢驗線，分段基準線精度誤差要求±2 mm 內(nèi)。

（2）對于甲板分段，定位時注意控制各個上部模塊支墩中心點間距精度，為防止積累誤差，同時需要檢驗位于同一模塊的上部模塊支墩之間的間距精度，要求控制在±3 mm 以內(nèi)；甲板分段搭載定位時，務(wù)必保證各個上部模塊支墩之間的焊前精度尺寸在+3 mm～+5 mm 之間，注意檢驗各個上部模塊支墩中心點位置的主甲板水平度，誤差控制在±5 mm 以內(nèi)。

5）上部模塊支墩安裝條件

（1）劃線前，貨艙區(qū)主甲板包括封底焊縫在內(nèi)的焊縫應(yīng)當焊完，需要火工矯正的亦應(yīng)完成[6]；單個上部模塊支墩上表面平整度（水平度）±1 mm，位于同一模塊的各個上部模塊支墩上表面中心水平度為±3 mm，調(diào)整好位于同一模塊的各個上部模塊支墩中心位置間距精度。

（2）上部模塊支墩定位時，防止與下面結(jié)構(gòu)加強對位精度超差，要求±5 mm for standard、±10 mm for limit。

（3）上部模塊支墩安裝焊接完成后，位于同一模塊的上部模塊支墩上表面中心點水平度，要求檢驗位于同一模塊的各個上部模塊支墩中心位置間距精度；受制于船塢資源的影響，F(xiàn)PSO 項目上部模塊支墩在船塢吊裝結(jié)束，大部分在船塢階段主船體分段搭載完工后定位安裝。在此階段，下口根據(jù)大型基座反面結(jié)構(gòu)檢驗線檢查定位精度；上口首先通過線錘或者全站儀測量，控制每組4 個角位置的精度，然后用拉φ0.5 mm 琴鋼絲的方法檢驗上口肘板的精度尺寸。

拉鋼絲檢查水平數(shù)據(jù)時，按照下列鋼絲撓度公式計算撓度：

式中：y——鋼絲線上一點撓度，m；

l——某測量點的距離，m；

q——鋼絲線單位長度重量，q/m，0.5 mm 鋼絲線取1.59 g/m；

L——鋼絲線固定點間的距離，m；

G——重錘的質(zhì)量，kg。

對于部分精度超差的，可以通過對部分上口肘板的調(diào)整，合理利用下口結(jié)構(gòu)對位規(guī)范要求的范圍，進行適當調(diào)整，保證間距控制在±4 mm 以內(nèi)；定位過程中，出現(xiàn)上部模塊支墩下口板材和甲板反面結(jié)構(gòu)有偏差時，需要對甲板反面結(jié)構(gòu)進行修正，當上部模塊支墩下口板材和甲板反面結(jié)構(gòu)錯位＜0.3 t（t 為板厚）時，可以采用加大焊腳的方法進行錯位修正；錯位＞0.3 t時，需要在甲板反面加裝結(jié)構(gòu)，以保證上部模塊支墩下口結(jié)構(gòu)落在結(jié)構(gòu)上；由于上部模塊支墩下口結(jié)構(gòu)厚度普遍在30 mm 左右，焊接形式為全溶焊，焊接收縮量很大，對上口肘板的精度會產(chǎn)生較大的影響，所以在裝配數(shù)據(jù)調(diào)整好后，要在前后和左右方向使用槽鋼安裝臨時加強；為了防止安裝加強破壞預噴涂好的油漆，可以采用抱箍進行固定；焊接時要嚴格按照焊接工藝施工，采用小電流，雙數(shù)焊工對稱施焊。

（4）部分需要在碼頭進行定位、調(diào)整、焊接的上部模塊支墩,下水前在每組上部模塊支墩四角甲板上焊接4 根臨時標桿，在標桿上堪畫出距基線28 000 mm的水平標記線并聯(lián)系船東船檢確認；船舶下水后，在碼頭安裝上部模塊支墩時，首先使用全站儀測量3 個標桿上的水平標記和基準線標記，在測量軟件內(nèi)將三個測量點的Z 值移動到28 000，再查看上部模塊支墩的坐標，根據(jù)坐標偏差進行調(diào)整，直到滿足工藝要求。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對Karish FPSO 項目精度管理的優(yōu)化，全船分段無余量制作比例達到100%，無余量總組搭載比例達到100%，相比之前的FPSO-N515 項目提高了12%，節(jié)約鋼板3.5 t，減小了全船的切修量，總組段尺寸也符合標準，全船主船體分段在不進行大量修割的情況下，主尺度滿足公差要求；精度管理系列優(yōu)化，直接提高了分段搭載速度，縮短分段總組時間及船塢搭載周期；全船的各種模塊基座和反面結(jié)構(gòu)對位精度提高，減少了結(jié)構(gòu)開刀返工的比例，根據(jù)前后兩艘FPSO對比，優(yōu)化后的Karish FPSO 項目制造成本明顯降低，僅基座結(jié)構(gòu)對位返線就節(jié)約了60 個人工。

精度管理水平的提高，使分段搭載速度大幅提高，結(jié)構(gòu)錯位減少，縮短了船臺周期，主船體完工后的Karish FPSO項目在新加坡船廠進行各種模塊安裝時，精度對位良好，未出現(xiàn)任何返工，為船廠的利潤增長起到至關(guān)重要的作用。通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)的積累，科學造船的理念、精度管理優(yōu)化研究將更加全面深入的進行下去，進一步降低現(xiàn)場切修，提高原始坡口保存率，實現(xiàn)精益生產(chǎn)，為公司的降本增效提供技術(shù)保障。