周建華

（舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，浙江舟山 316000）

0 引言

海洋石油資源約占全球石油總蘊(yùn)藏量的2/3，近年來隨著陸地和近海石油資源被大量開采，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)向深遠(yuǎn)海域，因此需要一種適應(yīng)深遠(yuǎn)海域作業(yè)的集加工、存儲(chǔ)和卸載功能為一體的作業(yè)平臺(tái)，而浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置（floating pr oduction storage and offloading，以下簡稱：FPSO）符合這些需求。一艘FPSO 由船體、功能模塊和系泊系統(tǒng)等組成，F(xiàn)PSO 具有適應(yīng)能力強(qiáng)、儲(chǔ)油量大、抗擊風(fēng)浪能力較強(qiáng)，具有靈活轉(zhuǎn)移、循環(huán)利用等特征[1]。國內(nèi)的FPSO 發(fā)展和起步比西方國家晚10 年[2]。船體是FPSO 的重要組成部分，在有限建造周期內(nèi)保證船體的精度和強(qiáng)度使其滿足使用要求是每家船廠的目標(biāo)，由舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工為希臘石油公司Energean 建造的Karish FP SO 船體項(xiàng)目為此積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，文章基于建造FPSO 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要就FPSO 船體建造過程中遇到的技術(shù)難題及解決方法進(jìn)行說明。

1 項(xiàng)目概況

該FPSO 為一艘海上加工和儲(chǔ)存兼卸載功能的無動(dòng)力海工儲(chǔ)油裝置，其總長227 m，垂線間長227 m， 型寬50 m，型深27 m，設(shè)計(jì)吃水19.5 m，年生產(chǎn)能力80 億m3天然油氣，最大裝載容量98.5 萬桶。其設(shè)計(jì)壽命為35 年，服役其間原則上無需進(jìn)塢保養(yǎng)及維修。該FPSO 將應(yīng)用于距以色列海岸75 公里處深水區(qū)。

該FPSO 中部貨油艙區(qū)域設(shè)計(jì)雙底雙殼貫穿前后，貨油艙液貨密度按1.025 t/m3進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，中間設(shè)置9 個(gè)貨油艙，左右舷設(shè)置5 對(duì)壓載艙。系泊方式采用多點(diǎn)系泊，首尾左右舷各布置1 組錨泊設(shè)備，在右舷舷外安裝一個(gè)輸入立管平臺(tái)連接海底，而左舷舷外安裝一個(gè)平臺(tái)用于天然氣的對(duì)岸輸出。上層建筑設(shè)置在船舶首部，設(shè)計(jì)為一個(gè)能滿足75人的生活服務(wù)區(qū)，安全與應(yīng)用設(shè)施同時(shí)均能滿足120 人使用標(biāo)準(zhǔn)，頂部設(shè)有直升機(jī)平臺(tái)。

2 技術(shù)難題及解決方法

2.1 海水及消防提升泵Caisson管垂直度和同心度精度控制

海水提升泵Caisson管和消防提升泵Caisson管從甲板貫穿到船底，每根Caisson 管由4 小段對(duì)接而成，總高度達(dá)到27.5 m，為保證泵體順暢，同心度要求小于10 mm，垂直度要求小于1 mm/3 m，在實(shí)際施工中還存在管子自身身同心度偏差較大、管子對(duì)接接頭比較多和跨多層平臺(tái)施工等客觀問題。

為達(dá)到垂直度和同心度的精度要求，具體解決方案為：

1）開工前進(jìn)行研討和策劃，編制詳細(xì)施工工藝；

2）對(duì)管材進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和記錄，根據(jù)每段管子的偏差大小和方向，計(jì)算最佳組合，降低材料的影響；

3）制作泵體模型（如圖1 所示），在管子定位、焊前和焊后等重要節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行模擬拉入；

4）降低施工難度，最底部一段在分段制作階段安裝好，上部3 段管子在車間胎架上拼接好，搭載時(shí)整體吊裝；

5）編制相應(yīng)焊接工藝，減少焊接變形；

6）底部分段定位時(shí)，優(yōu)先保證好底部Caisson管的垂直度，上部分Caisson 管與下部對(duì)好位置，最后掛線錘調(diào)整垂直度。

圖1 制作泵體模型

使用該方法，滿足海水及消防提升泵Caisson 管在保證垂直度和同心度等工藝要求的同時(shí)，降低了建造難度，改善了現(xiàn)場施工條件。

2.2 立管平臺(tái)垂直立管和水平導(dǎo)管的定位精度控制

立管平臺(tái)導(dǎo)管總長最達(dá)65 m，直線度要求2/2 000 mm，寬度方向和高度方向間距的偏差要求控制到?5～+15 mm 之間，原料管自身直線度偏差較大，且由于導(dǎo)管長度太長無法整體吊裝，給施工造成困難。

為達(dá)到垂直立管和水平導(dǎo)管的定位精度要求，具體解決方案為：

1）開工前，對(duì)每一步的施工方案進(jìn)行論證，編制詳細(xì)施工工藝；

2）對(duì)原料管進(jìn)行檢查，不符合要求的進(jìn)行校正；

3）將65 m 的管子提前組裝成3 段，最后再上船安裝，擴(kuò)大平面作業(yè)，降低合攏難度；

4）拼接時(shí)，通過模板胎架和拉鋼絲的方法來控制拼接的直線度，拼接現(xiàn)場作業(yè)圖如圖2 所示；

5）吊裝時(shí)，設(shè)計(jì)導(dǎo)向工裝來快速定位；

6）根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，上部管子預(yù)留適當(dāng)余量，便于調(diào)整兩根導(dǎo)管之間的相對(duì)位置。該解決方案在保證立管平臺(tái)導(dǎo)管的精度的同時(shí)將部分高空作業(yè)變成平面作業(yè)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率。

2.3 模塊底座的定位精度

本項(xiàng)目FPSO 模塊底座（如圖3 所示）共計(jì)151只，分為13 組，下口焊接在主甲板上，要與甲板反面結(jié)構(gòu)對(duì)位，錯(cuò)位量需小于0.3 倍板厚；上口與模塊連接，模塊在國外制作和安裝，模塊底座上口的 間距偏差需控制在5 mm 以內(nèi)，同時(shí)要考慮模塊的制作偏差。

圖2 拼接現(xiàn)場作業(yè)

圖3 FPSO 模塊底座

具體解決方案為：

1）開工前，編制詳細(xì)的施工工藝，指導(dǎo)現(xiàn)場施工；

2）開發(fā)專用工裝和改善工藝，來提高制作精度。通過提高模塊底座的制作精度，來降低后續(xù)的合攏難度：

（1）制作工裝（圖4），對(duì)支撐管進(jìn)行等分，準(zhǔn)確快速堪劃十字線；

（2）優(yōu)化管子固定方式，調(diào)好第一根的角度后，后續(xù)管子不需再重新調(diào)整切割角度，端部角度全部保持一致；

（3）使用雙頭半自動(dòng)割刀，制作專用工裝，使切割機(jī)軌道和管子固定平臺(tái)的相對(duì)位置固定，實(shí)現(xiàn)批量化制作；

（4）按1∶1 比例劃地樣線和定位胎架，保證支撐腿的角度，并保證連接肘板和支撐管中心在同一水平面；

（5）按甲板梁拱制作出胎架（圖5），調(diào)整模塊底座下部分水平后，再安裝上半部分。安裝上半部分時(shí)，只需調(diào)整首尾方向和半寬方向的垂直度；

3）根據(jù)模塊底座在甲板上的布置，分段制作階段就在主甲板上繪制出檢驗(yàn)線，做好洋沖標(biāo)記。船體成型后，安裝模塊底座時(shí)，按檢驗(yàn)線檢查模塊底座與甲板結(jié)構(gòu)的對(duì)位；

4）模塊底座合攏前，根據(jù)洋沖標(biāo)記堪劃出底座的安裝線和結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)線。合攏時(shí)，模塊底座下口對(duì)準(zhǔn)安裝線，調(diào)整上口的垂直度，檢查相鄰底座間距是否與圖紙一致，即可完成定位。

該解決方案，有效的保證了模塊底座制作和定位精度，并成功實(shí)現(xiàn)了模塊底座整體建造，節(jié)約了吊車資源，縮短了船塢周期。

2.4 焊接質(zhì)量控制

1）管子彎頭焊接質(zhì)量控制

本項(xiàng)目管子彎頭多，無形中增加焊接接頭，由于彎頭與直管的裝配容易存在錯(cuò)邊，焊接難度較大，特別是打底焊接，根部焊縫余高過高，焊縫成型質(zhì)量差，完全達(dá)不到ISO 5817 Level C 的質(zhì)量要求。

具體解決方案為：

（1）組織對(duì)質(zhì)量部檢驗(yàn)員、制造工區(qū)管加車間管理人員以及焊工進(jìn)行專門培訓(xùn)，對(duì)焊接工藝的要求、裝配焊接等方面進(jìn)行講解；

（2）檢驗(yàn)員對(duì)管子裝配進(jìn)行內(nèi)檢，加強(qiáng)對(duì)車間的焊接過程巡檢，同時(shí)要求工區(qū)挑選焊接技能較好的焊工專門進(jìn)行打底焊接，以改善根部打底焊接的問題。

2）銅鎳管焊接質(zhì)量控制

銅鎳管焊接困難主要表現(xiàn)在：

圖4 制作工裝

圖5 按甲板梁拱制作出胎架

（1）焊工技能要求高；

（2）管子的裝配要求高，裝配要求錯(cuò)邊量最大不能超過2.4 mm；

（3）焊接過程控制要求高，開始焊接前的氧含量不得超過0.01%，焊接過程中氧的含量不得超過0.05%，焊接的層間溫度要求不超過100℃。

（4）焊縫質(zhì)量要求高，表面不允許存在咬邊。單道焊縫的寬度不超過12 mm，焊縫的顏色不能存在氧化情況。

具體解決方案為：

（1）嚴(yán)格控制焊絲質(zhì)量，選用特種焊絲進(jìn)行焊接；

（2）嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，焊接參數(shù)必須在WPS要求的范圍內(nèi)；

（3）嚴(yán)格控制層間溫度在100℃以下，并用100℃的測溫筆來測量層間溫度；

（4）氬氣采用大瓶液態(tài)氬供氣，保證連續(xù)供氣，確保背面焊縫的保護(hù)[3]；

（5）嚴(yán)格按照測氧程序要求進(jìn)行氧含量的檢測，要求焊前不超過0.01%，焊接中不超過0.05%。

3）L 型組合型材焊接工藝優(yōu)化

本項(xiàng)目的縱骨存在大量L 型組合型材焊接（焊接方案如圖6 所示），此類結(jié)構(gòu)形式的型材存在如下問題：

（1）工作量大，L 型組合型材下料后，首先需要在腹板上開設(shè)坡口，然后再跟面板進(jìn)行裝配和焊接；

（2）焊接變形大，因?yàn)殚_設(shè)了V 型坡口，當(dāng)焊接輸入過大時(shí)容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)焊接變形，矯正難度較大；

（3）能源和工時(shí)的浪費(fèi)較大。

具體解決方案為：

（1）將V 型坡口的焊接形式改成普通的雙面連續(xù)角焊縫的形式，雙面連續(xù)角焊縫滿足L 型材作為縱骨的強(qiáng)度需求（焊接方案如圖7 所示）；

（2）L 型組合型材焊前進(jìn)行組裝，點(diǎn)焊打磨；

圖6 L 型組合型材焊接優(yōu)化前方案

圖7 L 型組合型材焊接優(yōu)化后方案

（3）L 型組合型材改為雙面連續(xù)角焊可在T排生產(chǎn)流水線焊接。

通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，將V 型坡口的焊接形式改成普通的雙面連續(xù)角焊縫的形式，減去了開設(shè)坡口及焊接后打磨的工作量。施工效率比V 型坡口焊接的工作效率更高，減少焊接熱輸入使焊接變形更容易控制。

2.5 管排電纜托架布置優(yōu)化

本項(xiàng)目的管排上電纜托架需布置兩層共十二路托架，托架下方是一排管子，由于管排頂上要承載大型模塊重量，因此管排頂上鋼板焊死不能拆封。前期主干電纜托架布置不合理，施工人員只能站在3 號(hào)和4 號(hào)托架之間的空檔拉放和敷設(shè)電纜（見圖8），很難通過常規(guī)的手臂操作對(duì)管排上2 號(hào)托架和5 號(hào)托架的電纜進(jìn)行敷設(shè)、綁扎和維修，這會(huì)增加施工難度，嚴(yán)重影響交船進(jìn)度。

圖8 優(yōu)化前管排電纜托架布置

具體解決方案為：由于管排上2 號(hào)托架和5 號(hào)托架不能敷設(shè)和綁扎電纜，因此需要修改管排上托架布置，減小1 號(hào)和2 號(hào)、5 號(hào)和6 號(hào)托架之間的間隙，增大1 號(hào)和2 號(hào)、5 號(hào)和6 號(hào)托架之間的間隙。施工人員可以同時(shí)在2 號(hào)和3 號(hào)、4 號(hào)和5 號(hào)托架之間的空檔拉放敷設(shè)電纜，這些舉措增加了施工空間。此外，生產(chǎn)工序上需要做一些更改，施工人員進(jìn)行電纜拉放操作時(shí)需先拆除局部托架留出空間供電纜拉放，然后由管排中間往兩舷依次拉放（見圖9）。

文章中對(duì)托架的布置方案，只需要修改管排上托架的布置，沒有引起其他專業(yè)比如管子及管支架的修改，這樣可以將修改量降到最小，避免材料的損失，保證施工節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度。

3 結(jié)論

圖9 優(yōu)化后管排電纜托架布置

由舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工建造的Karish F PSO 項(xiàng)目于2019 年9 月18 日成功下水，該FPSO 項(xiàng)目具有 技術(shù)要求高，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高、建造周期短等特點(diǎn)。公司通過采取一系列控制措施，有效的保證了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，并節(jié)約了人力、物力和能源等各方面資源，縮短了船塢周期，該項(xiàng)目的成功實(shí)施擴(kuò)展了公司的產(chǎn)品類型，提升了浙江省在海洋工程設(shè)計(jì)建造領(lǐng)域的實(shí)力及形象。