鉆井船多島并行建造技術(shù)

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

在引入成組技術(shù)的現(xiàn)代造船模式下，一般將船舶主船體劃分成若干個分段進行建造，部分分段組成總段，依次吊裝進入船塢完成整船的建造[1]。為了給機艙區(qū)域提供更多的舾裝時間，船塢內(nèi)建造一般由艉部開始，逐步向艏部完成搭載。鉆井船內(nèi)部設(shè)備眾多，全船舾裝工作量大，最后搭載完成的艏部還需大量時間完成舾裝，占用船塢時間長，難以提高建造效率。因此需要引入并行建造技術(shù)，將鉆井船主船體劃分為3個獨立區(qū)域，各區(qū)域同時進行結(jié)構(gòu)建造和舾裝工作，在3個獨立區(qū)域建造完成后，以舯半島區(qū)域為基準，艏半島和艉半島采用巨型總段移位技術(shù)，向舯半島區(qū)域合攏，最終完成整船的建造。

1 鉆井船建造方法

在鉆井船建造過程中，主船體劃分成多個分段，分別在車間內(nèi)進行建造，分段完工后在船臺或船塢內(nèi)依次吊裝搭載完成整船結(jié)構(gòu)建造，并完成舾裝工作[2]。主要的鉆井船建造方法有水平建造法、總段建造法和多島并行建造法。采用該方法建造時將主船體劃分為幾個獨立的區(qū)域，各個區(qū)域之間預留一定距離并保持相對獨立，分別進行結(jié)構(gòu)建造和舾裝工作。在每個區(qū)域都建造完工以后，使用巨型總段移位設(shè)備，將各個區(qū)域進行移位并最終合攏，完成整船的建造[3]。多島并行建造法代替了以往的船臺串行作業(yè)，減少了分段堆放的等待時間，大大縮短了船臺或船塢的占用時間，提高了生產(chǎn)效率和船臺船塢等關(guān)鍵資源的利用率；各個區(qū)域同時進行施工，相互之間沒有干擾，擴大了舾裝涂裝的工作面。缺點是劃分的各區(qū)域重量較大，對船廠的移位能力依賴程度較高。

根據(jù)多島并行建造技術(shù)的設(shè)計理念，結(jié)合船廠現(xiàn)有的起重、移位設(shè)備能力及建造工藝，綜合考慮鉆井船的結(jié)構(gòu)特點，將鉆井船主船體劃分為三個區(qū)域進行同時建造[4]。為了方便各個區(qū)域的施工，區(qū)域之間保持1 m的間隔，相互之間互不干涉保持相對獨立，建造完成以后通過移位進行整船的合攏。多島并行建造法見圖1。

對鉆井船主船體進行區(qū)域劃分時，綜合考慮鉆井船的結(jié)構(gòu)特點、各區(qū)域施工工作量的平衡以及劃分區(qū)域的重量，同時保證舯部鉆臺區(qū)域的完整以進行鉆臺的裝焊。鉆井船艏半島區(qū)域從FR186+200 m處至船艏，總長約91.2 m，主要包括泥漿池、泥漿泵艙、艏部推進器艙等結(jié)構(gòu)，根據(jù)艏部結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合船廠的工藝要求，艏半島共劃分為38個分段，建造時以艏機艙為中心展開建造。舯半島的區(qū)域從FR89+200 mm處至FR186+200 mm處，總長約67.9m，主要包括月池、袋裝品間等結(jié)構(gòu)，左右結(jié)構(gòu)基本對稱，劃分時考慮舯半島月池大開口區(qū)域的特殊性，舯半島共劃分為40個分段，建造時圍繞鉆井區(qū)域為中心展開建造。艉半島的區(qū)域范圍從尾封板至#89+200 mm處，總長約69.5 m，主要包括機艙、泵艙、配電間及燃油艙等結(jié)構(gòu)。考慮到公司分段流轉(zhuǎn)最大長度約為20 m，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點和艙室性能，艉半島共劃分為30個分段，建造時圍繞艉機艙為中心展開建造。最終，將鉆井船主船體劃分為3個獨立的區(qū)域和108個分段，分段及區(qū)域劃分見圖2。

圖2 分段及區(qū)域劃分

2 巨型總段移位工藝

綜合考慮鉆井船舯半島主要包含鉆井區(qū)域，上部需要安裝鉆臺結(jié)構(gòu)，施工工作量偏大，而且舯半島包含大開口月池結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生變形，不適合進行移位，因此選取舯半島作為基準區(qū)域，艏半島和艉半島分別向中部移位，完成整船的合攏[5]。目前巨型總段移位廣泛采用的移位方案主要有4種：分別是動力頭運輸、氣囊滑移、軌道小車以及使用三維調(diào)整儀設(shè)備，這幾種運輸方式對比見表1。

根據(jù)不同移位方案的優(yōu)缺點，考慮到技術(shù)可行性、資源配置便利性以及成本控制等因素，在廣泛采用的4種移位方案中，選取三維調(diào)整儀方案作為本鉆井船巨型總段移位方案。

綜合考慮艏半島和艉半島的重量重心，以及三維調(diào)整儀單臺6 000 kN的頂升移位能力，進行頂升點的布置。艏半島總重約為118 600 kN，包含結(jié)構(gòu)重量和預估舾裝重量，進行總段移位時，底部布置24臺三維調(diào)整儀。

艉半島總重約為100 100 kN，包含結(jié)構(gòu)重量和預估舾裝重量，進行總段移位時，底部布置21臺三維調(diào)整儀。艏半島和艉半島在建造時，塢墩布置需要考慮三維調(diào)整儀頂升的預留位置及行走路線。艏半島和艉半島移位到位以后，三維調(diào)整儀移出塢底，局部區(qū)域使用塢墩補強。艏半島和艉半島的三維調(diào)整儀布置方案見圖3。

艉半島巨型總段線型較大，使用三維調(diào)整儀進行移位時，需要設(shè)計支撐工裝，用于支撐線型較大處的外板，由于支撐結(jié)構(gòu)較高，考慮到運輸時的穩(wěn)定性，需要多個支撐點相互連接，構(gòu)成桁架結(jié)構(gòu)。艉部移位支撐工裝設(shè)計時主要支撐構(gòu)件采用300×300H型鋼，斜撐構(gòu)件采用100×100H型鋼，材質(zhì)均為AH36。移位支撐工裝設(shè)置見圖4。

表1 不同巨型總段移位方案的優(yōu)缺點

圖3 艏半島和艉半島的三維調(diào)整儀布置

圖4 艉部移位支撐工裝設(shè)置

3 結(jié)構(gòu)強度校核

以預先規(guī)定的某一計算載荷為基礎(chǔ)，計算應力σ并與許用應力[σ]相比較，檢驗結(jié)構(gòu)強度是否足夠。在巨型總段移位工況下，計算載荷為總段的重力。

σ≤[σ]=Fy×F.S.

(1)

式中：Fy為結(jié)構(gòu)材料的危險應力，取材料的屈服極限強度;F.S.為安全系數(shù)，根據(jù)載荷工況和變形特征參照規(guī)范選取。參照ABS規(guī)范對運輸工況強度校核的規(guī)定，取0.7[6]。

采用MSC.Patran有限元軟件建立有限元分析模型，運用MSC.Nastran軟件進行有限元分析[9]，得到的強度計算結(jié)果見表2。

表2 有限元強度校核計算結(jié)果

通過對艏半島、艉半島以及支撐工裝進行強度校核發(fā)現(xiàn)，在巨型總段移位過程中，主船體結(jié)構(gòu)以及支撐工裝均滿足強度要求。

4 結(jié)論

將主船體劃分為3個獨立的區(qū)域進行同時建造，建造完成后使用三維調(diào)整儀設(shè)備進行艏艉半島的移位，完成整船的合攏，提高了建造效率。首次采用并行工程理論與鉆井船建造相結(jié)合，充分利用設(shè)備移位能力。在后續(xù)的研究中，可以充分考慮各個半島的舾裝工作量，優(yōu)化多島的劃分數(shù)量及劃分界限，進一步提高建造效率。