CN101885369B - 自升式海洋平台提升锁紧系统的定位安装及分段合拢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自升式海洋平台提升锁紧系统的定位安装和分段合拢方法，属于海洋工程装备的制造安装技术领域，通过控制箱体的中心线和正面多个点的距离约束箱体在空间的自由度；在定位时采取了适当的反变形措施，控制分段合拢过程中的焊接变形；并对提升锁紧总段的中心线、桩腿中心线与桩靴中心的距离进行实时监控，根据定位基准与焊接构件的尺寸状况及时调整焊接工艺，最终保证了该提升锁紧系统的分段定位和合拢焊接精度，利用过程监控，有效的控制了焊接变形，本发明具有测控简捷、精度高，工艺简单实用，应用范围广，可操作性和可重复性强，解决了焊接变形控制的难题的优点。

Description

自升式海洋平台提升锁紧系统的定位安装及分段合拢方法

技术领域

本发明涉及海洋工程装备的制造安装技术领域，特指一种自升式海洋平台提升锁紧系统的定位安装和分段合拢方法。 

背景技术

海洋平台是一种用于海洋石油勘探和开采的海洋结构物，随着海洋油气开发不断向深水海域的发展，适应深海环境的海洋平台已成为深海油气开发的主要装备。自升式海洋平台可使用于不同土壤条件和较大的水深范围，移动灵活方便，因而得到广泛应用。自升式海洋平台又称为甲板升降式或桩腿式平台。这种石油钻采装置在高于水面的平台上装载钻井机械、动力、器材、居住设备以及若干可升降的桩腿，钻井时桩腿着底，平台则沿桩腿升离海面一定高度；移位时平台降至水面，桩腿升起，平台就像驳船，可由拖轮把它拖移到新的井位。 

提升锁紧系统是自升式海洋平台的关键部位，担负着提升船体的重任，在平台的设计制造中历来受到高度重视，其性能的优劣直接影响平台的安全和使用效果。提升锁紧系统的准确定位及安装对于海工项目的建造质量至关重要，其建造精度和要求非常严格，而且整体外形超高超重，因此建造施工难度很大。目前在海工件建造项目中，自升式平台的升降装置主要分为两类：齿轮齿条式和液压油缸顶升式。经检索国内外关于海上工程装备安装和建造的专利技术和报道中，中国中远船务工程集团有限公司申请的专利：自升式 海洋平台454吨提升齿轮箱(专利申请号：200910183009.X)公开了一种由电机、制动器、四级平行轴齿轮机构、三级行星齿轮机构、七齿输出齿轮五个模块组成的提升齿轮箱，可用于海洋平台或船体升降安装时的动力驱动。丹麦的麦尔斯克石油及天然气公司申请的专利：安装海洋平台桩腿的方法和装置(专利号：ZL90100117)提出了一种海洋采油平台安装中桩腿穿过导管打入海底的方法及装置，由一根或多根斜槽组成，斜槽从桩腿套管的上端部向上倾斜伸展，上方处于桩腿自由悬吊时桩腿尖头所在位置之下。但是关于提升锁紧系统安装中的准确定位和建造中如何控制焊接变形还缺少简捷有效的方法。 

发明内容

本发明针对上述自升式海洋平台提升锁紧系统建造时的技术问题，提出了一种测控简捷的分段定位安装工艺，并在合拢焊接过程中实时监控其定位误差，从而保证了海工项目中这种大型装置的建造精度。 

本发明的技术特征：由于提升锁紧系统中箱体的装配精度直接影响到自升式平台升降过程的正常工作。本方法提出通过控制箱体的中心线和正面多个点的距离约束箱体在空间的自由度；在定位时采取了适当的反变形措施，控制分段合拢过程中的焊接变形；并对提升锁紧总段的中心线、桩腿中心线与桩靴中心的距离进行实时监控，根据定位基准与焊接构件的尺寸状况及时调整焊接工艺，最终保证了该提升锁紧系统的分段定位和合拢焊接精度。 

本发明所采用的技术方案如下所述： 

安装焊接准备：在提升锁紧总段吊装之前，拆掉影响焊接的构件，待提升锁紧主要合拢缝焊接完成之后装回；由于提升锁紧总段须嵌入围井分段内，故在吊装提升锁紧总段之前，测量提升锁紧总段在主甲板上距基线、平 台及内底板处的外形尺寸，根据距桩靴中心线的距离，对围井分段进行预切割，以减少分段吊装时的切割工作量； 

定位工艺：将桩靴调整至水平状态，找出桩靴顶面的圆心，该圆心是桩靴、桩腿、围井制造时的理论基准。以该圆心为基准在桩靴上画出夹角为120°的三根定位线。在三根120°定位线上各距圆心5m处作标记点，确定定位基准；将经纬仪调至水平状态，用对点器对准桩靴上的圆心，再用目镜找到标记点。然后用目镜垂直向上观察提升锁紧系统的箱体中心线。使用专用工装调整箱体，直至箱体中心线与圆心、标记点两点所构成的线重合为止。另置一台经纬仪于标记点处，调整经纬仪至水平状态并用对点器对准标记点。再用目镜对准桩靴的圆心，将经纬仪水平角度置零，然后旋转目镜90°。测量提升齿轮理论中心的距离，并用工装调整使之达到定位安装要求； 

装配工艺：提升锁紧总段吊装到位之后，待马板安装好，施定位焊，测量定位尺寸符合要求之后，在锁紧分段侧壁各加一工字钢斜撑，在后壁加2根工字钢斜撑，要求工字钢高度不小于300mm，与主甲板连接。并在主甲板上加2条高度不小于300mm的工字钢，以防止焊接时提升锁紧向围井内移动。安装好加强之后对提升锁紧总段的定位尺寸进行复核；斜撑安装到位之后再安装提升顶部的3条箱型梁，将围井内的三套提升锁紧总段连为一体，以保证三套提升锁紧的相对位置。并在箱型梁的每个面安装2块马板加强。安装好箱型梁加强之后对提升锁紧总段的定位尺寸再次进行复核； 

焊接工艺：根据提升锁紧总段的实时测量数据调整焊接顺序，采用分段合拢对称跳焊，以减少焊接变形及调整提升锁紧总段的前后位置、中心线偏差；焊接过程中安排专人对提升锁紧总段的中心线、桩腿中心线与桩靴中心的距离进行实时监控，如发现异常情况(如局部尺寸超差)，须及时通知施 工人员停止施工，并报告现场管理人员，待问题解决后方可继续施焊。 

焊接工艺是决定提升锁紧系统最终建造质量的关键步骤，需合理安排焊接顺序，采用小规范焊接参数的分段跳焊方法： 

1.提升锁紧总段施定位焊、加马板、定位报验合格后，方可进行焊接作业； 

2.首先焊接主甲板、内底板与锁紧后壁板的平角焊；原则上安排4名焊工对称焊接。根据提升锁紧定位后的中心线偏差可适当调节焊接顺序已矫正定位偏差； 

3.然后焊接主甲板往下约800mm舱壁与锁紧侧板的立对接焊(根据提升锁总段中心线的实际偏差情况调整焊接先后顺序)； 

4.焊接锁紧侧板与舱壁的立对接缝，以及锁紧前壁板与围井曲面壁的立对接缝，采用分段跳焊； 

5.焊接锁紧前壁板、飞翼板与围井分段曲面壁的立对接缝，同时可对锁紧侧板与舱壁立对接缝背面进行出白、焊接； 

6.最后焊接余下焊缝。 

本发明所提出的提升锁紧系统的定位安装和分段合拢方法，具有测控简捷、精度高的优点，工艺简单实用，应用范围广，可操作性和可重复性强，尤其是对于海工制造项目中自升式海洋平台上超高超大构件的定位安装、现场测量、焊接控制等方面都具有借鉴意义。 

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。 

本实施例以南通中远船务公司Super M2海工项目的建造过程来说明，该项目中提升锁紧系统的分段安装合拢工艺包括确定基准，吊装到位，定位 找正，尺寸复核，分段合拢和顺序焊接等多个步骤。 

安装焊接准备：在提升锁紧总段吊装之前，拆掉影响焊接的构件，待提升锁紧主要合拢缝焊接完成之后装回；由于提升锁紧总段须嵌入围井分段内，故在吊装提升锁紧总段之前，测量提升锁紧总段在主甲板上距基线、平台及内底板处的外形尺寸，根据距桩靴中心线的距离，对围井分段进行预切割，以减少分段吊装时的切割工作量； 

确定定位基准：将桩靴调整至水平状态，找出桩靴顶面的圆心作为A点，该圆心是桩靴、桩腿、围井制造时的理论基准。以该圆心为基准在桩靴上画出夹角为120°的三根定位线。在三根120°定位线上各距圆心5m处作标记B点，确定定位基准； 

定位找正：将经纬仪调至水平状态，用对点器对准桩靴上的A点，再用目镜找到B点。然后用目镜垂直向上观察提升锁紧系统的箱体中心线。使用专用工装调整箱体，直至箱体中心线与A点、B点两点所构成的线重合为止。另置一台经纬仪于B点处，调整经纬仪至水平状态并用对点器对准B点。再用目镜对准A点，将经纬仪水平角度置零，然后旋转目镜90°。测量提升齿轮理论中心的距离，并用工装调整使之达到定位安装要求； 

装配尺寸复核：提升锁紧总段吊装到位之后，待马板安装好，施定位焊，测量定位尺寸符合要求之后，在锁紧分段侧壁各加一工字钢斜撑，在后壁加2根工字钢斜撑，要求工字钢高度不小于300mm，与主甲板连接。并在主甲板上加2条高度不小于300mm的工字钢，以防止焊接时提升锁紧向围井内移动。安装好加强之后对提升锁紧总段的定位尺寸进行复核；斜撑安装到位之后再安装提升顶部的3条箱型梁，将围井内的三套提升锁紧总段连为一体，以保证三套提升锁紧的相对位置。并在箱型梁的每个面安装2块马板加 强。安装好箱型梁加强之后对提升锁紧总段的定位尺寸再次进行复核； 

顺序焊接：提升锁紧总段施定位焊、加马板、定位报验合格后，方可进行焊接作业；首先焊接主甲板、内底板与锁紧后壁板的平角焊；原则上安排4名焊工对称焊接。根据提升锁紧定位后的中心线偏差可适当调节焊接顺序已矫正定位偏差；然后焊接主甲板往下约800mm舱壁与锁紧侧板的立对接焊(根据提升锁总段中心线的实际偏差情况调整焊接先后顺序)；焊接锁紧侧板与舱壁的立对接缝，以及锁紧前壁板与围井曲面壁的立对接缝，采用分段跳焊；焊接锁紧前壁板、飞翼板与围井分段曲面壁的立对接缝，同时可对锁紧侧板与舱壁立对接缝背面进行出白、焊接；最后焊接余下焊缝。 

实时焊接过程中应安排专人对提升锁紧总段的中心线、桩腿中心线与桩靴中心的距离进行实时监控，如发现异常情况，如局部尺寸超差，须及时通知施工人员停止施工，并报告现场管理人员，待问题解决后方可继续施焊。 

焊接工艺是决定提升锁紧系统最终建造质量的关键步骤，采用小规范焊接参数的分段跳焊方法，具体技术要求如下： 

1.焊前清除焊缝周围30mm范围内的油污、铁锈、氧化物等杂物，并对焊缝及周围用烘枪加热去除水份，在正式焊前，应将定位焊分批打磨掉； 

2.当采用CO₂单面焊接时，为防止根部裂纹，对接单面焊第一层焊接电流一定要控制在200A以下，焊道厚度不能超过3mm； 

3.当焊接采用多道或多层焊接时，焊工在每一道焊后须清除焊渣与飞溅，每层焊道的焊接方向要一致，各层焊接方向可相反，每层焊道的接头应至少错开30mm，如焊缝存在缺陷，必须处理完之后才能进行下道焊缝施焊； 

4.施焊时不得在焊缝拐角处引/熄弧，拐角处要连续过渡施焊，焊缝末端收 弧处应填满弧坑； 

5.预热范围：中厚板加热区域焊缝不得小于100mm.并使用测温仪对焊缝四周100mm范围内的温度进行监控。 

6.AH36与DH36焊接时，当母材温度低于0℃时，母材预热温度要求≥21℃，母材厚度大于20mm时，最低预热温度≥10℃，AH36与EQ56焊接，母材最小预热温度围90℃-100℃，最大层间温度200℃。(WPS-NT-01-059REV-2)层间温度不得低于预热温度； 

7.预热达到要求后的焊缝应立即施焊，当温度降低，达不到预热温度，应重新预热。

8.对接焊：应采用CO₂单面焊坡口； 

9.角焊缝：焊脚高度为角接板厚的一半加1mm。

Claims (4)

1.一种自升式海洋平台提升锁紧系统的定位安装和分段合拢方法，其特征在于：包括确定基准，吊装到位，定位找正，尺寸复核，分段合拢和顺序焊接多个步骤，所述多个步骤具体为： 

(1)将桩靴调整至水平状态，找出桩靴顶面的圆心，该圆心是桩靴、桩腿、围井制造时的理论基准，以该圆心为基准在桩靴上画出夹角为120°的三根定位线，在三根120°定位线上各距圆心5m处作标记点，确定定位基准； 

(2)将经纬仪调至水平状态，用对点器对准桩靴上的圆心，再用目镜找到标记点，然后用目镜垂直向上观察提升锁紧系统的箱体中心线，使用专用工装调整箱体，直至箱体中心线与圆心、标记点两点所构成的线重合为止，另置一台经纬仪于标记点处，调整经纬仪至水平状态并用对点器对准标记点，再用目镜对准桩靴的圆心，将经纬仪水平角度置零，然后旋转目镜90°，测量提升齿轮理论中心的距离，并用工装调整使之达到定位安装要求； 

(3)提升锁紧总段吊装到位之后，待马板安装好，施定位焊，测量定位尺寸符合要求之后，在锁紧分段侧壁各加一工字钢斜撑，在后壁加两根工字钢斜撑，工字钢斜撑的高度不小于300mm，与主甲板连接，并在主甲板上加两条高度不小于300mm的工字钢，以防止焊接时提升锁紧总段向围井内移动，安装好加强之后对提升锁紧总段的定位尺寸进行复核；工字钢斜撑安装到位之后再安装提升顶部的三条箱型梁，将围井内的三套提升锁紧总段连为一体，以保证三套提升锁紧总段的相对位置， 并在箱型梁的每个面安装两块马板加强，安装好箱型梁加强之后对提升锁紧总段的定位尺寸再次进行复核； 

(4)根据提升锁紧总段的实时测量数据调整焊接顺序，采用分段合拢对称跳焊，以减少焊接变形及调整提升锁紧总段的前后位置、中心线偏差。 

2.根据权利要求1所述的自升式海洋平台提升锁紧系统的定位安装和分段合拢方法，其特征在于：所述焊接过程实时监测，焊接过程中安排专人对提升锁紧总段的中心线、桩腿中心线与桩靴中心的距离进行实时监控，如发现局部尺寸超差，须及时通知施工人员停止施工，并报告现场管理人员，待问题解决后方可继续施焊。 

3.根据权利要求1所述的自升式海洋平台提升锁紧系统的定位安装和分段合拢方法，其特征在于：所述顺序焊接通过对提升锁紧总段施定位焊、加马板、定位报验合格后，方可进行顺序焊接作业，具体步骤如下： 

(1)首先焊接主甲板、内底板与锁紧后壁板的平角焊，安排四名焊工对称焊接，根据提升锁紧总段定位后的中心线偏差适当调节焊接顺序以矫正定位偏差； 

(2)然后焊接主甲板往下800mm处舱壁与锁紧侧板的立对接焊； 

(3)焊接锁紧侧板与舱壁的立对接缝，以及锁紧前壁板与围井曲面壁的立对接缝，采用分段跳焊； 

(4)焊接锁紧前壁板、飞翼板与围井分段曲面壁的立对接缝，同时对锁紧侧板与舱壁立对接缝背面进行出白、焊接； 

(5)最后焊接余下焊缝。 

4.根据权利要求1所述自升式海洋平台提升锁紧系统的定位安装和分段合拢方法，其特征在于：焊接时焊接方式采用小规范焊接参数的分段跳焊方 法，包括： 

(1)焊前清除焊缝周围30mm范围内的油污、氧化物杂物，并对焊缝及周围用烘枪加热去除水份，在正式焊前，应将定位焊分批打磨掉； 

(2)当采用CO₂单面焊接时，为防止根部裂纹，对接单面焊第一层焊接电流一定要控制在200A以下，焊道厚度不能超过3mm； 

(3)当焊接采用多道或多层焊接时，焊工在每一道焊后须清除焊渣与飞溅，每层焊道的焊接方向要一致，各层焊接方向相反，每层焊道的接头应至少错开30mm，如焊缝存在缺陷，必须处理完之后才能进行下道焊缝施焊； 

(4)施焊时不得在焊缝拐角处引/熄弧，拐角处要连续过渡施焊，焊缝末端收弧处应填满弧坑； 

(5)预热范围：中厚板加热区域焊缝不得小于100mm.并使用测温仪对焊缝四周100mm范围内的温度进行监控； 

(6)预热达到要求后的焊缝应立即施焊，当温度降低，达不到预热温度，应重新预热；

(7)对接焊：应采用CO₂单面焊坡口； 

(8)角焊缝：焊脚高度为角接板厚的一半加1mm。