海洋平臺(tái)甲板片預(yù)制精度控制工藝研究

李洪晏

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

近年來，國(guó)家對(duì)深海石油及天然氣資源的需求缺口越來大，對(duì)海洋油氣資源的開發(fā)程度越來越深入。對(duì)應(yīng)的，海洋石油平臺(tái)組塊尺寸越來越大，而甲板片是平臺(tái)組塊的重要組成單元，單層甲板片的尺寸和重量也隨之增大。作為構(gòu)成組塊的基層單元，甲板片精度控制的好壞，關(guān)系到整個(gè)組塊的尺寸和精度[1]。本文通過研究甲板片精度控制的影響因素，針對(duì)這些因素，采取相應(yīng)的施工工藝措施，對(duì)組塊甲板片的施工工藝進(jìn)行規(guī)范，通過合理的施工工藝及過程控制，保證產(chǎn)品滿足最終的質(zhì)量公差要求。

1 甲板片的主要預(yù)制步驟

甲板片的預(yù)制，總體上來說，有兩種方法：反造法和正造法。反造法的周期短，節(jié)省機(jī)械臺(tái)班，施工相對(duì)較安全，需要翻身[2]。正造法的甲板變形小，不用翻身，完工狀態(tài)好，但是甲板焊接需要仰焊。目前，甲板片的分片尺寸越來越大，根據(jù)總體建造方案和水平片預(yù)制方案要求，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，甲板片按照正造方式體現(xiàn)出了一定優(yōu)越性，已成為主流的施工方法[3]，其主要施工預(yù)制步驟如下：

1) 施工準(zhǔn)備。包括資料準(zhǔn)備、場(chǎng)地準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備。

2) 組合梁的接長(zhǎng)工作。如果組合梁帶節(jié)點(diǎn)預(yù)制，接長(zhǎng)時(shí)需考慮整根梁的收縮對(duì)節(jié)點(diǎn)定位的影響，提前放量；

3) 甲板板預(yù)處理。對(duì)甲板板除銹、上底漆處理；

4) 擺放墊墩或臨時(shí)支撐；

5) 主結(jié)構(gòu)梁就位。根據(jù)加工圖位置將所有主結(jié)構(gòu)梁(梁高≥700 mm)就位，點(diǎn)焊固定，并在主梁上劃出小梁被交位置及其他梁頭的打磨處理；

6)其他型材就位。根據(jù)加工設(shè)計(jì)圖紙及主梁上的劃線位置將其他型材就位，與主結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行點(diǎn)焊固定及處理報(bào)驗(yàn)；

7)型材分區(qū)域焊接；

8)報(bào)檢。區(qū)域內(nèi)所有型材焊接完成后進(jìn)行相應(yīng)處理及報(bào)檢工作，為鋪甲板做準(zhǔn)備；

9)甲板板放樣劃線、下料切割。按甲板鋪版圖及《劃線方案》進(jìn)行劃線下料，劃線時(shí)應(yīng)留出足夠的焊接收縮量；

10)打磨。鋪甲板前型鋼與甲板被交位置的型鋼及甲板打磨出金屬光澤；

11)分區(qū)域進(jìn)行甲板鋪板。按甲板鋪版圖在焊接好的梁格上進(jìn)行鋪板[4]，鋪板圖上標(biāo)出陰影的板列暫不組裝焊接；

12)甲板板焊接。甲板板的焊接原則上自中間向四周焊接，先焊小梁與甲板的長(zhǎng)角焊縫，再焊接大梁與甲板的短角焊縫，甲板板之間的對(duì)接縫最后焊接；

13)安裝組裝吊點(diǎn)，臨時(shí)連接結(jié)構(gòu)。根據(jù)《水平片吊裝方案》安裝組裝吊點(diǎn)；

14)甲板焊接完成后整體尺寸測(cè)量、調(diào)整；

15)安裝非貫穿立柱及拉筋；

16)安裝貫穿立柱。

2 影響甲板片尺寸控制的重要因素

影響甲板片尺寸控制的因素很多，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和討論，我們確認(rèn)其中重要的因素有以下幾項(xiàng)[5]：

1)墊蹲擺放；

2)梁格組對(duì)；

3)梁格及甲板板焊接；

4)貫穿立柱的安裝。

3 尺寸控制工藝研究

3.1 墊墩擺放

每層甲板片的施工墊墩擺放，需以項(xiàng)目技術(shù)人員下發(fā)的墊墩布置圖擺放。墊墩位置及高度嚴(yán)格按照?qǐng)D中要求設(shè)置。墊墩擺放完成后，質(zhì)控人員現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)測(cè)量[5-6]，合格后再進(jìn)行下道工序的工作。圖1為擺放圖及相關(guān)擺放要求示例，具體項(xiàng)目中，需根據(jù)項(xiàng)目技術(shù)人員給出甲板片反變形墊墩布置圖進(jìn)行施工和過程控制。

圖中S1/S2墊墩為后續(xù)調(diào)整墊墩，除S1/S2墊墩外，均為S3墊墩。H1200梁下墊墩高度為H，H900梁下墊墩高度為H+300 mm

圖1 墊墩布置圖

墊墩擺放方法可按照如下步驟執(zhí)行：

1)按圖擺放所有墊墩，對(duì)上表面初步找平；

2)所有墊墩上表面擺放調(diào)平墊塊，先調(diào)整支撐H1200梁的墊塊水平，調(diào)整后整體高度為H；調(diào)整H900梁下墊塊水平，調(diào)整后整體高度為H+300 mm；

3)所有墊墩高度調(diào)平后，在S2墊墩高度的基礎(chǔ)上調(diào)平墊塊高度增加5 mm；S1墊墩高度調(diào)平墊塊增加10 mm。

3.2 梁格組對(duì)

圖2 組對(duì)順序及放量

同一個(gè)組塊不同層甲板片的梁的組對(duì)順序需保持一致。

梁的組對(duì)順序在施工交底中明確，組對(duì)間隙放量值，由項(xiàng)目技術(shù)人員確定，并在交底中明確。

梁及立柱處環(huán)板的組對(duì)，整體建議原則如下：組對(duì)順序因?yàn)橐紤]放量和收縮方向等因素，一個(gè)項(xiàng)目需要統(tǒng)一一種方式，暫定從中間往兩邊，以圖2為示例，組對(duì)順序及組對(duì)間隙要求會(huì)在圖中明確，具體項(xiàng)目中，需根據(jù)項(xiàng)目技術(shù)人員給出的組對(duì)順序和放量圖進(jìn)行施工和過程控制。

第一步組對(duì)縱向主梁1(H1200)；

第二步組對(duì)中間橫向主梁2(H1200)；

第三步組對(duì)縱向主梁8(H1200)

第四步組對(duì)橫向主梁3(H900)；

第五步組對(duì)橫向主梁4(H900)；

第六步組對(duì)橫向主梁5(H900)；

第七步組對(duì)向小梁及次梁7(H300、H700)；

第八步組對(duì)縱向主梁3(H1200)；

第九步組對(duì)橫向大梁6(H1200)；

第十步組對(duì)剩余縱向次梁(H300、H700)；

第十一步組對(duì)立柱處環(huán)板。

組對(duì)時(shí)，需要注意，擺放梁時(shí)臨時(shí)固定要牢固；預(yù)留一定的活動(dòng)量便于組對(duì)調(diào)節(jié)；從中間主梁2向兩側(cè)先主梁后小梁次梁原則組對(duì)；組對(duì)時(shí)，填角焊腹板間間隙值應(yīng)為0 mm，最大不能超過2 mm；坡口焊接翼緣板間隙值2～4 mm；節(jié)點(diǎn)圖料如果具備，要完成不影響梁焊接工作的節(jié)點(diǎn)板的組對(duì)工作；

3.3 梁格及甲板板焊接

組對(duì)后的焊接要遵循以下順序完成，每一步完成后，需質(zhì)控人員確認(rèn)后，再進(jìn)行下一步的作業(yè)。

梁的焊接，整體原則如下：焊接原則是先焊接主梁再焊接次梁，從中間梁焊縫向四周焊接；在焊接梁時(shí)，先焊接腹板和翼緣板焊縫，再焊接腹板與腹板焊縫，最后焊接下翼緣焊縫再次焊接上翼緣焊縫；同一甲板片上多名焊工焊接時(shí)，要分散焊接，避免局部集中焊接；主框架梁格焊接完成后，再焊接立柱處環(huán)板與相交梁的翼緣板；首先完成圖3主梁框架焊接。

圖3 優(yōu)先焊接主梁構(gòu)件

主框架(含立柱處環(huán)板)焊接完成后，即測(cè)量整體尺寸數(shù)據(jù)，如需調(diào)整，則根據(jù)熱調(diào)程序要求，進(jìn)行調(diào)整，合格后再進(jìn)行下一步工作。

小梁及甲板板焊接，小梁和甲板板焊接，以圖4甲板片為示例，按照以下步驟進(jìn)行(具體項(xiàng)目中，需根據(jù)項(xiàng)目技術(shù)人員給出的區(qū)域劃分及焊接順序進(jìn)行施工和過程控制)：

第一步：把S1墊墩處頂高一定高度，塞入墊板，S2墊墩處頂高一定高度，其他墊墩高度不變(反變形量及位置，需經(jīng)技術(shù)人員與技術(shù)部專業(yè)計(jì)算人員溝通，通過軟件建模，計(jì)算確認(rèn))；

第二步：四個(gè)立柱節(jié)點(diǎn)角處放置一定的配重塊(是否放置，放置多大重量需技術(shù)人員確定)；

第三步：首先完成圖4中區(qū)域A內(nèi)小梁的焊接及報(bào)檢等工作。

該區(qū)域小梁焊接時(shí)，如焊接人數(shù)較少，則遵循第一步焊接區(qū)域?qū)ΨQ施焊原則向兩側(cè)焊接。如果多名焊工同時(shí)施焊，則需按圖4焊接順序和位置開展(圖中1到5順序號(hào))。

圖4 小梁焊接順序

第四步：區(qū)域A內(nèi)甲板板鋪設(shè)及區(qū)域B內(nèi)小梁的焊接。

第五步: 區(qū)域A內(nèi)甲板板焊接及區(qū)域B內(nèi)小梁焊口處理，甲板板鋪設(shè)。

第六步：區(qū)域A內(nèi)甲板板焊后處理及區(qū)域B內(nèi)甲板板焊接。 甲板板焊接時(shí)，要分散焊工位置施焊，避免局部集中受熱。

第七步：待焊縫完全冷卻后，去除配重，撤出S1/S2調(diào)平墊塊上墊板，對(duì)甲板片水平度進(jìn)行檢查，超出誤差要求的，進(jìn)行相關(guān)調(diào)整處理[6]。

3.4 貫穿立柱的安裝

貫穿立柱安裝前，需對(duì)總裝后片下無支撐位置處的墊墩調(diào)平墊塊降低高度，支撐墊墩需按圖5要求處理。

立柱位置需根據(jù)下層要組裝立柱的定位尺寸確定，原則是對(duì)下層的偏移量通過本層立柱定位進(jìn)行回調(diào)，最大回調(diào)值不超過5 mm，無偏移則走理論定位。具體步驟如下：

1)根據(jù)技術(shù)人員確定的立柱定位位置，確定環(huán)板的立柱中心；

2)根據(jù)環(huán)板中心位置，進(jìn)行環(huán)板切割坡口打磨；

3)立柱端部粘貼測(cè)量標(biāo)靶，插立柱，定位、點(diǎn)焊、報(bào)檢；

4)把測(cè)量立柱的垂直度、跨距、對(duì)角線等尺寸合格報(bào)告，告知或復(fù)印一份給焊工班長(zhǎng)(分包技術(shù)人員負(fù)責(zé))，明確掌握立柱的尺寸公差，便于焊接時(shí)保證立柱垂直度。

5) 單根立柱焊接應(yīng)遵循WPS要求施焊，焊接時(shí)嚴(yán)格按照對(duì)稱施焊要求進(jìn)行，至少兩個(gè)或者四個(gè)焊工從對(duì)稱位置施焊。

6)立柱焊接時(shí)，先進(jìn)行梁腹板和立柱的焊接。如果與立柱相交腹板對(duì)稱，則需要對(duì)稱同時(shí)施焊；

7)腹板焊接后，進(jìn)行上環(huán)板環(huán)縫焊接(環(huán)板對(duì)接縫等環(huán)縫焊接完成后再焊接)，焊接過程中需測(cè)量1～2次立柱定位是否有偏差，根據(jù)偏差方向，由技術(shù)、質(zhì)控及焊接人員討論確定，調(diào)整焊接位置；

8)最后進(jìn)行下環(huán)板焊接，同樣焊接過程中需要測(cè)量1～2次立柱定位是否有偏差，根據(jù)偏差方向，調(diào)整焊接位置；

9)焊接環(huán)板拼接縫；

10)最終測(cè)量4個(gè)焊后尺寸公差，并再次對(duì)照下層立柱位置數(shù)據(jù)，由技術(shù)人員確定是否要進(jìn)行調(diào)整，如需要，則調(diào)整至滿足要求，并記錄最終數(shù)據(jù)。

圖5 貫穿立柱安裝前墊墩處理

4 結(jié)語

該施工工藝在某渤海項(xiàng)目二十余個(gè)甲板片進(jìn)行了實(shí)施，充分證明了該施工工藝的有效性，有效的保證了甲板片的尺寸和水平度，降低了預(yù)制工效。并且，在后續(xù)的總裝過程中，甲板片合攏所需的時(shí)間也大幅減少，總裝的工期得到了有效保證。