文昌-FPSO单点系泊装置建造技术总结.doc

文昌-fpso单点系泊装置建造技术总结 10 文昌-fpso单点系泊装置建造技术总结 梁永岑 孙振烈1 前言文昌-fpso是大连新船重工有限责任公司即qhd32-6 fpso之后，为中国海洋石油总公司建造的第二艘大型海上浮式采油储油船，是大连新船重工承接的高技术、高附加值的海洋工程产品。该船入bv级，按照bv规范建造。该船的建造存在很多关键技术，特别内是转塔式单点系泊装置的建造与安装及其与船舶的接口技术都是工厂从未接触过的。据有关资料显示，同类型、同规模的内转塔式单点系泊装置目前世界上只有三例，中国还是首次建造。因此，这些关键技术的突破不仅对于大连新船重工而且对于中国造船界立足世界海洋工程市场都具有重要意义。大连新船重工对这些关键技术进行了深入研究，通过缜密的技术攻关、严格的过程控制及科学的项目管理，最终成功地建造了该产品；满足了设计要求，达到了技术标准。为大连新船重工进一步拓展海洋工程市场创立了业绩、打下了基础；为大连船舶工业的持续发展提供了有力的技术支持。2 船型简介2-1 主船体概述本船为作业在南海海域的浮式采油储油卸油船，该船为倾斜艏柱，不带球艏，方型艉，单层连续甲板。上层建筑、中央控制室和机器设备间均设在尾部。该船无动力推进系统。货舱区域为单底双舷侧结构，由一道油/水密的中纵舱壁和两道舷侧内壳纵壁将或油舱区域划分为左右对称的货油舱和边压载水舱。货油舱区域包括5对货油舱、1对污油舱、流程舱及5对压载水舱。在艏尖舱与第一货油舱之间布置有一个内转塔式单点系泊系统。2-2 主尺度及主要技术参数总长 262.00m垂线间长 250.00m型宽 46.00m型深 24.60m设计吃水 16.50m结构吃水 17.50m甲板梁拱 900mm载重量 162，000t货舱容积 163，400m3生产流程舱容积 4，000m3压载舱容积 6，000m33 单点系泊装置建造的关键技术与难点31单点系泊装置简介内转塔式（turret）单点系泊装置是fpso与海洋石油井口作业平台唯一的固定与联接装置。它是通过由锚链连接与固定的浮子（buoy）与fpso艏部船底预留的圆台式空间结构相配合，来实现fpso海上固定的装置。该装置由挪威apl公司设计，其建造技术目前世界上只有少数几个国家掌握。内转塔式单点系泊装置一方面要保证fpso与浮子（buoy）联接的稳固性，同时还要保证fpso“巨大的身躯”在各种恶劣的海况下能自由地运动，要能抗飓风并承受20米高的巨浪；同时，海上钻井平台的输油、电缆等管线也要通过这一装置与fpso相联接。 浮子圆台体基本结构示意图32单点系泊装置建造的关键技术与难点内转塔式单点系泊装置的性能要求决定了其结构特点，也确定了其建造难度。该装置的结构非常复杂，但其核心结构是一巨大的圆台式配合装置，圆台的上下两环要与浮子进行紧密配合。圆台的上环是由50mm厚的钢板卷制而成，最大直径8702mm，环高650mm；下环由100mm厚的钢板卷制而成,最大直径9596mm，环高1300mm。上下环之间的高度为7560mm。该结构的主要控制尺寸有4组：1） 上环直径公差3520mm（内径测量参考点）0+mm2） 下环直径公差9030mm（内径测量参考点）0+mm3） 上下环面高度公差7560mm 0+mm4） 上下环中心公差+1.0mm上下环机加工后的成品尺寸如下：a. 上环直径3522mm(参考点处)b. 下环直径9032mm（参考点处）由机加工后的尺寸可以看出，留给工厂在分段制作过程中的焊接变形公差仅为3mm。根据该结构设计的技术要求，可以认识到该结构的建造存在以下技术难关：321该结构的制作精度要求极高，可以认为是以机加工的精度等级来要求铆焊制作。圆台体的上下两个圆环已经由挪威apl公司制作成成品，并完成了机加工。这两个最关键的紧固件在船体分段制作结束之后不再也无法再进行机加工，也就是说该庞大结构的铆焊制作精度要达到机加工的精度要求。322结构复杂，整体刚性大。其结构复杂程度及刚性之大在海洋工程中亦属少见。由于通过该装置系fpso“庞大身躯”于一点，因此要求单点系泊装置具有足够的强度，从而使该结构整体的刚性极大。这给该结构分段制作的焊接变形控制、焊接质量的保证都带来了极大的困难。323焊接量大，焊接变形难以控制。该装置是紧凑、复杂的空间立体结构，而且重要构件板材的厚度很大，其焊接量远远高于尺寸相似的船体结构。尤其是该复杂立体结构在焊接过程中的应力分布，以目前船舶行业的计算机技术难以准确模拟。而根据设计要求，其重要部位的形位公差及焊接变形的要求几乎为0。324焊接质量要求之高是海洋工程的集中体现。尤其是下环100mm厚的环型钢板件的焊接，要精确控制焊接变形及焊接质量是对新船重工的一次考验。且与圆台体相连的结构的全部焊缝要100%的ut或rt探伤。325焊接时效过后的总体变形要求极严。焊接实效过后及分段完工转运过程中由于应力释放的不确定性所产生的总体变形难以事先预测。由于结构强度高、刚性大、焊接量大、加之焊接过程中的立体约束，将使分段内部存留极强、极复杂的应力；应力的释放必然会导致分段的总体变形，这种变形是难以预测的，而这种变形一旦超差也将是无法挽救的。如果这一问题不能解决，一切努力将前功尽弃。4采取的措施及关键技术的突破为了突破上述关键技术，新船重工成立了课题组，经过深入研究，采用了以下措施及新技术：4 1将该圆台体及与之相关的紧密结构划为一个总段，保证结构的完整性，消除船台合龙过程。因为船台合拢的作业条件及控制手段均无法满足该大型结构的精度要求，合龙过程所产生的误差无法避免。而将该分段置于分段制作厂房内整体建造，确保了建造工艺的合理性。为该分段的精度控制提供了前提。 包含圆台体的分段基本结构示意图42采用了分块组装技术及单元焊接法，最大限度地降低了分段的整体焊接量，化解了整体大焊接量所必然产生的严重变形。由于为了保证圆台体结构的完整性，致使该分段的外廓尺寸为：20*24*8m（圆台体自身的外廓即为12*12*8m），形成了一个巨大的分段，重350余吨。如果按照传统的建造方法，由单个零件直接进行整体组装，分段的整体焊接变形将无法控制。为解决这一难题，将该分段圆台体围板以外的结构划分为12个小的立体单元，形成子分段，即将整体结构“化整为零”；而对这12个子分段分别进行单元组装并焊接完毕，然后由这12个单元进行总组，形成总段。这样便将分段的总体焊接量降低到原来的1/3。由此便为分段的总体焊接变形控制提供了根本的保障。而单元分段的焊接变形可以在分段总装时予以消化。43采用了部件预组装技术，最大限度地减少了总装焊接工序。即将无法“化零”的部件“规整”，预组成尽可能大的构件。将圆台体围板的三层环板首先进行预组，然后再将这三层围板的环缝焊接结束，形成一个大的圆台体。由此减少了总体焊接工序，消除了多道工序所产生的随机误差。同时进一步降低了整体焊接量，为分段总体的装配精度及焊接变形的控制提供了进一步的保证。（由于采用4.2，4.3两项技术，通过对该分段结构的“化整为零”及“化零为整”的处理，使分段的总装焊接量降至原来的1/4左右）。 主要节点焊接坡口示意图 44采用了以变形控制变形的技术，有效地控制了焊接变形。由于该装置的设计性能要求，重要部位几乎要求“0”变形，而焊接又必然产生变形。为解决这一矛盾，便采用了以变形控制变形的技术。通过对该结构形式的深入研究及对各种因素的科学分析，在分段总装时预留了恰当的反变形，用以消化由焊接产生的变形；同时，在焊接过程中，通过调整焊接顺序来以焊接变形控制焊接变形。实践表明，这种方法取得了很大成功。45制定了科学的焊接顺序，保证了重要部位的形位尺寸。如前所述，该分段结构复杂、焊接量大，尤其是重要部位的板厚超大。因此，科学、合理的焊接顺序成为该分段建造的又一项关键技术，合理的焊接顺序对焊接变形的控制及降低结构内的应力并使应力分布尽量有序都有直接影响。对于该总段的建造，根据“最小约束原则”、“中央扩散原则”、及“平面对称”等原则，制定了科学、细致的立体焊接顺序，并达到了预期的效果。46采用了合理的焊接方法。通过对几种焊接方法的线能量、热输入量、焊接质量、材料成本、及焊接效率等因素进行综合分析，确定了采用fcaw（co2气体保护焊）作为该段的焊接方法。该方法与以往类似分段通常采用的smaw（手工焊）相比，更有利于降低焊接变形，且保证了焊接质量。47实施了有效的过程控制，并通过基准的调整与转移，巧妙地保证了总体精度。该分段的建造历时两个月，在建造过程中始终应用激光经纬仪等测量仪器进行全过程的数据控制，同时在不断地调整并转移定位基准。如当圆台体的上下环装配定位时，统一以胎心的十字线为基准，确保上下环同心。而当下环的环型焊缝焊接结束之后，由于焊接使圆心产生了位移，这时上环就要重新定位，而定位的基准调整为下环圆心的实际位置。其他尺度的基准也采用的同样的方法，即在整个建造过程中都在不断地调整、转移，并根据实际情况采取具体措施，进行全过程控制。5 结果通过对fpso内转塔式单点系泊装置建造关键技术的深入研究，并有针对性地采取了科学、有效的措施；采用了新技术，改进了建造工艺；同时，通过积极、严格的过程控制，最终使单点系泊装置的建造获得了圆满的成功，满足了设计要求，达到了质量标准。使大连新船重工的大型海洋工程钢结构建造技术达到了同期国际先进水平。 焊接时效过后的主要控制数据测量表上环直径测量表：理论尺寸3522mm, 测量时间：2001/4/7 温度：13c测量点实际测量尺寸与理论尺寸偏差aa13523+1bb13523+1cc13524+2dd13522+0ee13522+0ff13524+2gg13523+1hh13524+2ii13523+1jj13523+1kk13522+0ll13521-1下环直径测量表：理论尺寸：9032mm 测量时间：2001/4/7 温度：13c测量点实际测量尺寸与理论尺寸偏差aa19033+1bb190320cc19033+1dd19033+1de19031-1ff190320gg19034+2hh190320ii19034+2jj19035+3kk19033+1ll190320上环平面的水平数据：（单位mm）测量时间：2001/4/7温度：13c 测量点aa1bb1cc1dd1ee1ff1gg1hh1ii1jj1kk1ll1测量值00113102-112-1下环平面的水平数据：（单位mm）测量时间：2001/4/7温度：13c