SUPER M2自升式鉆井平臺上建模塊建造技術

王懷剛，鮑學榮

(南通振華重型裝備制造有限公司，江蘇 南通 226000)

?

SUPER M2自升式鉆井平臺上建模塊建造技術

王懷剛，鮑學榮

(南通振華重型裝備制造有限公司，江蘇 南通 226000)

由于相關舾裝、內裝對SUPER M2自升式鉆井平臺上建模塊的尺寸精度要求嚴格，因而為防止結構變形，建造時可通過優化上建分段制作過程工藝、建造精度控制工藝、吊裝工藝等，并借助有限元強度分析,合理布置吊裝位置，加強精度管理，從而最終實現精益建造。

自升式鉆井平臺;上層建筑;平臺工藝;加工精度

0　引言

SUPER M2自升式鉆井平臺上建模塊主要功能是滿足平臺工作人員生活、休息。由于相關舾裝、內裝對上建的尺寸精度要求嚴格，同時其建造質量直接影響整個平臺的搭載效果，所以上建模塊的建造精度要求高，防變形難度大。為克服這些難點，必須優化工藝建造方法，合理布置吊裝位置，加強精度管理，從而最終實現精益建造。

1　鉆井平臺主要量度及組成

SUPER M2自升式鉆井平臺總長59.74 m，型寬55.78 m，型深7.62 m，結構吃水4.8 m，樁腿總長125.28 m，懸臂梁最大外伸距離17.526 m，平臺最大作業水深91.44 m，平臺最大鉆深9 144 m，載員110人。該鉆井平臺主要由主船體、樁腿、樁靴、抬升裝置、上層建筑、克令吊、鉆井系統、懸臂梁等組成，其外形如圖1所示。

圖1　SUPER M2自升式鉆井平臺

2　上建分段制作過程工藝

2.1上建制作流程

根據上建結構特點，本文以其中一層段為例介紹其建造技術，分段建造完畢后在重型車間完成總段中合攏。上建分段根據工藝建造方法可分為：首先將零件下料、加工，其次T型材強力部件及板片的小組件制作，接著胎架上完成部件、組件的組立，最終在重型車間完成中組立。

小組件制作如圖2所示。

圖2　小組件制作

2.2上建制作過程管理

為保證大拼板的T型材小組階段腹板截面的平整度，防止截面有斜坡的現象，腹板、面板裝配時在面板上劃線定位并放置于水平，腹板站立，雙面平角焊接，雙面可同時施焊。

由于上建分段甲板以及壁板板薄，加上分段整體尺寸大，材料易變形，所以上建制作工藝從縱橫壁板下料、加工開始，必須嚴格控制零件的尺寸精度以及加工要求，加強制作過程控制管理，從而最終保證甲板、縱橫壁板的尺寸。具體方法為：

(1)通過調整下料平臺的平整度，同時下料前的精度測量十分必要。

(2)切割時加放補償量，確保大拼板的下料尺寸，拼板焊接過程中注意最終的累積誤差。

(3)考慮焊接收縮，嚴格控制焊接電流、電壓、焊接速度等熱輸入參數。

(4)大拼板定位裝配完成后、焊接前，測量大拼板的外形主尺度，焊接結束后需要測量，對比前后收縮量，加以統計整理。

2.3上建模塊合攏工藝

總段預裝結束后，總段外圍壁的定位基準必須在加強構件及定位裝置等均已完工，同時考慮移位、翻身吊裝分段產生的變形程度，在每層前、后圍壁下緣高500 mm處作檢驗線。吊裝前為直線，吊裝后測量其下撓度，并記錄。上建裝配偏差要求，四角水平度±10 mm，定位高度0～+6 mm，分段長度高度±4 mm，分段對正度≤t/3(t為板厚)。

3　上建分段建造精度控制工藝

3.1分段精度過程分析

上建分段的精度質量誤差來源于分段建造、轉運吊裝諸多工藝環節，各個環節的誤差經過耦合、傳遞和積累構成了最終上建分段的建造積累精度誤差，然后再進一步影響整個平臺建造精度。船體分段精度質量偏差主要來源為：零部件切割誤差、部件裝配誤差、焊接變形誤差、劃線誤差、轉運變形誤差、測量誤差、操作誤差等。上建分段建造過程誤差積累圖如圖3所示。

圖3　上建分段建造過程誤差積累

船體分段精度控制是一項系統性工作。國外有的平臺分段無余量搭載合攏比例已達到90%以上，而國內噸位較大、平行體較長、方形系數較大的船舶也只能達到85%，因而必須研究如何擴大分段無余量合攏的比例，進而提高現代總裝建造效益、降低企業生產成本、縮短建造周期。擴大無余量建造比例，關鍵在于控制好船體分段的精度質量。目前階段通過加放焊接或裝配余量、生產現場現配切割、火工校正等手段來達到船體分段精度質量控制標準，這樣容易造成大量的返工和材料浪費，增加額外工時耗費，占用大量的吊車、焊機、工裝、場地等資源，致使制造成本較高，建造效率無法進一步提高。

3.2上建精度過程控制

(1)提高上建分段制作過程質量控制，從上建分段零件切割下料開始，采取質量跟蹤實名制，嚴格按照工藝技術要求，合理確定數控切割、加工機器的工作參數，并記錄每個零件的實際尺寸，特別是大尺寸壁板、T型材腹板、面板。

(2)控制小組件、艙壁拼板的精度制造，出現尺寸精度問題及時火工校正，嚴禁組件的亂堆壓現象的發生，按照工藝技術標準。

(3)保證橫梁、肋骨的劃線定位精度尺寸，壁板劃線前后的安裝。

(4)按照測量模型嚴格測量尺寸數據，對每個分段的合攏口開檔尺寸進行測量對比，并做好記錄工作。

(5)上下合攏分段合攏口處、每個艙的開口精度控制人員必須嚴格測量并將數據統計成表，對比上下合攏口數據，分析總結分段易變形區域，相應采取校正、加強措施。

(6)利用全站儀的測量優勢，根據合攏精度要求，研究并確定總組精度控制點的位置和理論三維尺寸測量表，實現測量的偏差直接填入檢驗表中，這樣細化了測量人員對測量點的概念，也明顯降低了測量人員的技能要求，對后續數據分析提供了完善的數據保障。

4　上建分段吊裝工藝

4.1上建分段局部加強

根據強度分布及實際變形，合理安排相應工藝加強，防止和減少上建分段變形。若出現局部變形，可采用矯正校直工藝。在上建建造的全過程中，測量人員進行精度檢查，對零件、拼板、組件進行尺寸檢測，發現問題后及時采取措施。通過有限元分段強度分析，計算得到的重心位置以及分段結構特點，預先發現吊裝過程中可能出現的變形問題。以807S段為例，當分段傾斜60°時，其結構位移如圖4所示。

圖4　上建分段局部變形有限元分析

為了防止和最大限度減小開口變形以及分段整體扭曲，在開口位置做槽鋼加強。

針對有限元分析，當分段吊裝傾斜60°時，上建分段彎角內壁位置處， 受到很大的集中應力，容易造成壁板隆起變形，因此采取等間距布置肘板加強材工藝，從而防止角隅處變形。

根據平臺的整體受力，上建分段甲板要求保證一定的強度，在壁板上要安裝加強筋。甲板由縱骨、橫梁結構組成板架結構，可有效增強抗彎曲能力，確保定位的固定工藝材的強度。為防止和減少后續吊裝、合攏過程中出現變形，采用16號槽鋼進行加強。施工時槽鋼既要保證連續，又要保證與大拼板骨材布置方向的垂直。槽鋼的一面腹板與大拼板如圖5所示布置，并采用雙面間斷焊接，間斷500 mm，焊道長500 mm，焊角5 mm左右。

圖5　合攏口工藝加強布置

4.2懸空通道總段車間下胎吊裝轉運

4.2.1懸空通道總段脫胎吊裝

懸空通道總段在車間完成預合攏之后進行脫胎，在其脫胎吊裝前為消除因兩翼分段重量集中可能會引起大幅度下撓變形的疑慮，進行了吊裝有限元計算。懸空通道總段吊裝位移云和板單元應力云分別如圖6、圖7所示。經數據分析，使用車間1臺75 t+75 t行車與1臺150 t+50 t行車協作進行吊裝懸空通道總段吊裝，變形量在標準許可范圍內。

圖6　懸空通道總段吊裝位移云

圖7　懸空通道總段吊裝板單元應力云

4.2.2懸空通道總段轉運

由于懸空通道總段猶如橋型的外形致使其重心較高，所以總段轉運時在考慮其安全平穩的同時，還要兼顧將其順利移出車間。實際吊運總段時采用1臺200 t平板車與1架轉運平臺來實施。實施過程如下：

(1)考慮到總段吊裝至轉運平臺后，平板車將無法進入轉運平臺的情況，需先讓平板車開入轉運平臺下方。

(2)為保證平板車在頂起分段轉運過程中兩翼的承載分段的下口能與地面保持一定的距離而不發生碰觸，經過嚴密計算后，在胎架上布置1.5 m高圓筒胎架最為合適。

(3)為能使總段的自身重量能均勻分布至各支撐點，結合總段的自身結構及轉運平臺的特點，確定在其對應的強檔處布置10只圓筒胎架。圓筒胎架布置的位置需預先在轉運平臺上定位，再將總段下落于上方。

4.3懸空通道外場吊裝合攏

轉運至外場搭載現場后進行外場合攏吊裝，其吊裝布置如圖8所示。使用龍門吊上小車5的2只450 t吊鉤與下小車450 t吊鉤配合100 t吊梁進行外場搭載吊裝。該吊裝方案在合攏搭載時可以進行左右舷方向以及艏艉方向上的微調，解決了合攏搭載時定位難的難題。

圖8　懸空通道外場合攏搭載吊裝布置

4.4懸空通道合攏對接

總段吊運至上建合攏處，利用該吊裝方案的前后左右可調優勢進行合攏定位。雖然懸空通道兩翼承載分段在搭載過程中出現了一定程度的下撓變形導致合攏口稍許不對筋的現象，但經過嚴密的推算，預計兩翼承載分段在吊至與對應上建分段處與其合攏后會形成反作用力使得撓變形得以抵消。兩端下撓合攏后抵消示意圖如圖9所示。搭載定位完畢后，經檢查測量，懸空通道總段搭載精度符合標準要求，方案實施成功。

圖9　兩端下撓合攏后抵消示意圖

4.5上建分段吊點布置

合理布局分段的移位、翻身吊耳的位置。從整體上看，上建分段為U型結構，吊點的位置在位移翻身的過程中，根據模擬演示，為避免鋼絲繩吊裝過程中與壁板、分段開口加強材碰撞以及預舾裝管系、風道等的干涉，吊點位置應布置在分段強力構件處，如橫梁、縱桁結構的上方或下方，既最大限度利用了現有條件又滿足了強度的要求?？紤]干涉及整體分段的平衡，分段邊緣外側布置在翻身吊點壁板內側位置。為了保證分段的整體受力均勻，吊點相應布置盡量均勻，從而保證受力平衡。

5　結語

通過嚴格的精度過程控制，借助有限元強度分析計算，實現了SUPER M2自升式鉆井平臺上建吊裝工藝技術的創新，不僅提高了SUPER M2自升式鉆井平臺上建結構的建造、搭載質量，而且縮短了建造、搭載周期。實踐證明取得了良好效果。

[1]黃浩．船體工藝手冊[M]．北京：國防工業出版社, 1989.

[2]刁玉峰.船體生產設計[M]. 北京：人民交通出版社, 2002.

[3]吳仁元，謝祚水. 船體結構[M]. 北京：國防工業出版社, 2001.

[4]中國船級社. 鋼質海船入級與建造規范[M]. 北京：人民交通出版社, 2001.

[5]王云梯. 船體裝配工藝[M]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社, 1994.

[6]徐兆康. 船舶建造工藝學[M]. 北京：人民交通出版社, 2005.

[7] 趙志波. 自升式鉆井平臺上層建筑強度分析[D]. 大連：大連理工大學，2014.

[8] 孔得臣,陳尚周. 122 m自升式鉆井平臺設計型號對比淺析[J]. 海洋石油，2015，35(1)：95-98.

[9] 鄭學金. “振海1號”自升式鉆井平臺結構用鋼分析[J]. 中國高新技術企業,2012(32):132-134.

[10] 翟高進,陳軼鋒,郭林. 57 000 DWT散貨船上層建筑水下整體吊裝工藝制定與有限元分析[J]. 造船技術，2010(5):22-25.

2015-09-15

王懷剛(1985—)，男，助理工程師，從事船舶與海洋工程建造工藝設計工作;鮑學榮(1990—), 男，助理工程師，從事船舶與海洋工程建造工藝設計工作。

U674.38+1

A