WO2013071668A1 - 海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法 - Google Patents

海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法 Download PDF

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WO2013071668A1
WO2013071668A1 PCT/CN2011/084097 CN2011084097W WO2013071668A1 WO 2013071668 A1 WO2013071668 A1 WO 2013071668A1 CN 2011084097 W CN2011084097 W CN 2011084097W WO 2013071668 A1 WO2013071668 A1 WO 2013071668A1
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platform
segment
main hull
construction
working platform
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PCT/CN2011/084097
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English (en)
French (fr)
Inventor
张永康
张朝阳
王飞
王匀
顾永玉
崔承云
佟艳群
Original Assignee
江苏大学
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B77/00Transporting or installing offshore structures on site using buoyancy forces, e.g. using semi-submersible barges, ballasting the structure or transporting of oil-and-gas platforms

Definitions

  • the invention relates to the field of manufacturing marine engineering equipment, and particularly relates to a floating manufacturing method for a giant overweight petroleum drilling oil storage platform for deep sea oil and gas resource development, and can also be applied to construction and installation of a large ship or offshore structure.
  • the present invention proposes to use the buoyancy of water as a support, without the need for the shipyard and the dock to be directly layered on the water.
  • the large-scale floating state manufacturing method of layer by layer can be applied to large-scale offshore engineering equipment and shipbuilding, and is especially suitable for the construction of offshore platforms without large docks or slipways.
  • the technical solutions adopted by the invention include: the stage division of the main hull construction of the offshore platform, the construction of the bottom section, the layered superposition of the platform, the deck sectioning, the superstructure loading and hoisting and the like.
  • Stage division of the main hull construction of the offshore platform The hull is divided into the bottom section, the lower main hull, the upper main hull and the platform deck according to the depth of the model, using layered manufacturing techniques.
  • the center radius of the circle is denoted as r 1 ; according to the height H of the bottom layer segment, the total volume of the segment is H r n ri 2 , and the inner hollow circle is manufactured.
  • the size of the cylinder should be chosen so that its weight should be less than the buoyancy principle.
  • the other sector segments divided should meet the principle of weight less than buoyancy. Because the height of each segment after the division of the bottom layer is equal to the height H 1 of the total segment of the bottom layer ; therefore, the radius of the innermost circle is determined as follows, and the other segment segments are based on the area r of the inner circle. That is, the area of each segment of the sector is about IT.
  • the thickness of the ring ie, the difference between the inner and outer radii
  • the outer diameter thereof is r 2 , respectively.
  • r 3 r l A /(2m + l)
  • r 4 r l A /(3m + l)
  • r 5 r l /(4m + l)
  • the bottom section is equipped with a close-up: on the submersible long working platform, the segments of the bottom layer are stitched together, because the size R of the giant overweight offshore platform exceeds the width W of the submersible long working platform, so
  • the segmentation of the bottom layer needs to be completed in stages: First, the work platform is pulled to the sea area of the required water depth by the tugboat, and the segments are spliced from the inside to the outside according to the principle of symmetry along the length of the work platform; Dive, the spliced bottom part is launched, and the buoyancy of the water is used to separate it from the working platform deck; the bottom or working platform is rotated by a certain angle ⁇ by the tug on the water surface, and the positioning and limit device are installed on the working platform to ensure quasi-
  • the angle of rotation is so that the unfinished part is located in the length direction of the working platform; the working platform floats up, the bottom layer is mounted and then floats out of the water surface, and then the unconstructed part is spliced and closed along the length of the working platform; Sub-watering, rotating, carrying, and floating to realize the manufacture of the entire bottom layer.
  • the number of launches and rotations should be equal to the integer obtained by ⁇ ⁇ ).
  • the submerged working platform sinks, using the buoyancy of water to make the bottom section Separated from the working platform, the bottom layer is smoothly launched, and the submersible working platform is evacuated.
  • the main hull construction is closed: Firstly, the main hull of the lower part of the platform is divided into two sections, and then the bottom section of the bottom layer floating on the water is used as the floating platform constructed by the hull, and the lower main hull is divided into two parts on the bottom section.
  • the hoisting of the segments is closed and closed to form a whole; the structural inspection of the lower main hull is carried out, and the hull weld is subjected to ultrasonic flaw detection; then, the upper main hull is divided into dozens of small segments, each of which is divided into small segments.
  • the segments are separately manufactured, and after being manufactured, they are respectively hoisted to the floating platform of the bottom section and joined with the lower main hull to complete the construction of the main hull of the offshore platform.
  • the large-scale floating state manufacturing method proposed by the invention belongs to the floating support due to the buoyancy, water flow and wind wave action of the working platform, and the segmentation manufacturing and the layer-by-layer stacking method are adopted for the offshore platform construction, so the manufacturing precision of each segment will directly affect To the size and shape accuracy of the platform, in order to achieve the control of construction precision, a non-remaining segmented construction method is adopted; the dynamic measurement and anti-deformation control technology are adopted in the process of joining and assembling the segments to realize floating construction on the water.
  • Sectional construction process division and precision control According to the construction process of each section of the offshore platform, the construction process of each section is divided into blanking, paneling, scribing, assembly, welding, and completion inspection; During the implementation process, the whole process of quality tracking and control is carried out.
  • the pre-segmented folding of the bottom layer is achieved by setting the limit and positioning components, and then the bottom layer is separated from the submersible platform, re-rotating, piggybacking, floating, and subsequent After the close, the bottom layer is used as the manufacturing platform, and the layers are superimposed and manufactured, and finally the construction of the entire offshore platform is completed.
  • It has the significant advantages of low cost, good operability and adaptability. It can be applied to large-scale offshore engineering equipment and shipbuilding, and solves the key technical problems of building giant-sized offshore equipment without the large-scale dedicated ship platform.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the construction of the main hull of a large offshore engineering platform.
  • Figure 2 is a schematic diagram of the division method of each segment of the double bottom section
  • Figure 3 is a schematic diagram of the rotation of the bottom layer of the submersible working platform
  • FIG. 4 is a sequence diagram of the processing steps of the lower main hull
  • the lower main hull is divided into 2# segments
  • Stage division of deep-sea oil drilling and storage platform construction As shown in Figure 1, the hull is divided into the height of the HI double bottom section and the main hull (including the HI-H3) from the bottom to the top. Layered manufacturing technology using a lower main hull and an upper main hull between H3 and H2 heights; and a platform deck;
  • Stage I Firstly, according to the length direction of the working platform, the segments are spliced from the inside to the outside according to the principle of symmetry, and one third of the bottom layer is constructed.
  • Stage II The working platform dive, so that the spliced bottom part is launched. Use the buoyancy of water to separate it from the work platform deck; use the cable on the tug to pull the bottom section to rotate 60 degrees counterclockwise,
  • Stage III Work platform dive again, After the second stage of the bottom layer rotates 60 degrees counterclockwise, it floats and repositions to complete the collapse of the remaining sections, and finally realizes the construction of the bottom section.
  • the lower main hull is first divided into 1# segment 6, 2# segment 7 respectively, and the lower main hull is hoisted and closed on the semi-submersible bar. After being closed, it is butted into a cylinder; then the structure of the hull is checked, and the hull weld must be ultrasonically flawed: then the lower section (double bottom section and lower main hull) is separated from the semi-submersible to achieve the lower section
  • the lower part of the water goes through the following steps: Semi-submersible Rejecting a mooring and positioning a submarine to check the tightness of a platform. The main hull and the semi-submersible bar are separated from one hull. Finally, the upper main hull 4 is divided into 52 small segments, and then each small segment is separately After manufacturing, after manufacturing, respectively, hoisting to the lower total section and closing;
  • Sectional folding of the deck Segmenting the deck of the main hull of the drilling platform, and finishing the welding and closing of each section after completion;
  • the annular weld shall be symmetrically welded;
  • the annular weld is a special welding process;
  • Superstructure installation and hoisting Manufacture, installation and installation of the remaining sections above the deck height, construction of the hull superstructure, installation of the superstructure module and overall hoisting.
  • the construction precision control of the deep-sea oil drilling and storage platform of this embodiment adopts the following technical solutions:
  • Platform model construction 0.1% 0.35% according to the design and manufacturing standards combined with the actual situation of the deep sea drilling platform.
  • the shrinkage data is then loaded into the 3D design software TRIB0N, and the 3D Green's function method is used to perform data modeling of the platform to realize the unloading of all parts.
  • Segmentation of main hull manufacturing all sections of the double bottom section are all made by the method; the outermost and innermost sections of the lower section of the lower cylinder are respectively designed with the outer ring design surface and the inner ring design surface as the base side.
  • the remaining sections of the lower cylinder are made by the side wall method; the outermost circumference and the innermost circle of each section of the upper cylinder are respectively designed by the outer ring design surface and the inner ring design surface as the base surface.
  • the remaining sections of the upper cylinder are side-made by the siding; the sub-sections above the deck are back-based using the deck as the base;
  • segmentation construction process division and precision control According to the construction process of each section of the cylindrical ultra-deep sea drilling platform, the construction process of each section can be divided into blanking, paneling, scribing, assembly, welding, Completion inspection, quality control of process and manufacturing engineering during the implementation of each process:
  • the process plate for the welding of the panel the minimum size is 130 X 130mm, and the thickness should be the same as the thickness of the weldment; all the flat plates are welded by submerged arc welding, and the segmented fillet weld adopts C0 2 Gas shielded welding, the difference between the maximum width and the minimum width of the weld shall be no more than 10mm; as far as possible, the number of welders shall be symmetrically welded during the segment welding, and the welders shall be sent to the symmetrical radiation from the middle to the surrounding, to reduce the segmentation. Welding deformation;
  • the floating state manufacturing method of the large-scale oil drilling oil storage platform proposed by the invention adopts a submersible floating platform to realize the rotating and closing of the bottom layer and the subsequent closing construction, and has the advantages of low cost, good operability and adaptability, and solved The key technical difficulties in building giant-sized offshore equipment without the use of very large dedicated berths.

Abstract

一种海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法,包括利用下潜式长形工作平台(5)作为海工装备建造的浮动平台,底层总段(1)的各分段在其上搭载合拢,底层总段(1)建造完成后下潜式长形工作平台(5)下沉,利用水的浮力实现底层总段(1)与工作平台(5)脱离并平稳下水,然后以底层总段(1)作为浮动平台,在其上建造海工平台的主船体(2,3)和甲板(4)、舾装等。该方法在浮动的工作平台上采用无余量分段建造方式进行分段制造,再逐层叠加,在制造过程中采用动态测量与反变形控制技术,以保证浮态制造的质量和精度,最终实现大型海洋工程装备的建造。

Description

海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法
技术领域
本发明涉及海洋工程装备的制造领域, 特指用于深海油气资源开发的巨型超重石油 钻探储油平台浮态制造方法, 也可应用于大型船舶或海上结构的建造安装。
背景技术
我国石油资源短缺, 消费量大, 石油进口量逐年增加, 2010年我国石油对外依存度 达 55%, 已经连续第二年超过国际安全警戒线 50%。 海洋石油开发刻不容缓, 国家已将 海洋能源开发提高到事关国家安全的战略高度, 海洋工程装备制造技术是近海、 深海和 超深海资源开发中重要的关键技术。 尤其是对于深海油气资源的开发, 建造巨型超重的 石油钻探储油平台是其前提要求。 如果按照传统的海洋装备建造方式, 需要巨大的船坞、 船台, 和大型的起吊设备, 投入成本高, 建造周期长, 适应性差, 占用场地大, 利用率 低。 同时, 大型海洋工程装备建造还要克服系统集成度高、 工序复杂和建造进度不易控 制等难题。 另外, 船舶的安全下水也是其建造过程中最为重要的工序之一, 任何机械损 伤将对其服役寿命造成难以估量的影响。 而深海石油钻探平台造价昂贵, 一般在 5〜8亿 美元, 要求其在海上作业 25年不进坞维修, 对结构安全性、 可靠性及疲劳寿命要求特别 苛刻。
近年来的海洋油气开发热潮刺激了海工装备制造业的繁荣, 但关于海洋工程装备安 装和建造的专利技术还不多。经检索:美国专利 US6135673提出的 "Method/apparatus for assembling a floating offshore structure/浮式海上结构的安装方法和装置", 是利用海上平 台底部构件中空舱室的浮力使得底部和所需安装的甲板对接装配形成一个整体。 另一个 美国专利 US3528354提出的" Offshore platform structure and construction method/海上平台 结构和建造方法" , 其描述了顶部平台和底部结构上的舱室先对接相连, 而后在压舱物 的作用下和底部结构接触并合拢的方法。美国专利 US4848967提出的" Load-transfer system for mating an integrated deck with an offshore platform substructure/整体甲板禾口海上平台底 部对接合拢时的消振系统" , 是利用外伸于甲板的探针和由双弹簧组成的吸振系统, 减 少对接安装整体甲板和平台底部结构时的振动载荷。 上述关于海洋工程装备合拢和建造 的研究主要是针对利用舱室的浮力或者压舱物实现合拢的方法以及合拢过程中的动态载 荷的消减技术, 仍需借助于船台和船坞。 中国专利 ZL200410052950. 5、 ZL 02295585. 2 和 ZL 200510045929. 7报导了大型海洋工程装备的各种总段合拢方法和装置, 主要是利 用船台滑道上的滑移、 行走轨道或者船台来实现总段的合拢和本体建造, 或船舶中大型 设备的安装。
发明内容
针对上述大型海洋工程装备建造过程中成本高, 建造周期长, 占用场地大和下水困 难等共性问题, 本发明提出了一种利用水的浮力作为支撑, 无需船台和船坞直接在水上 "分层制造, 逐层叠加" 的大尺寸浮态制造新方法, 可以应用于大型海洋工程装备和船 舶建造, 特别适用于无大型船坞或船台时的海工平台合拢建造。
本发明采用的技术方案包括: 海工平台主船体建造的阶段划分、 底层总段的建造合 拢、 平台分层叠加制造、 甲板分段合拢、 上层建筑搭载与吊装等工艺步骤。
1 )海工平台主船体建造的阶段划分: 将船体按型深高度方向由下至上划分为底层总 段、 下部主船体、 上部主船体和平台甲板, 采用分层制造技术。
2 )底层总段的分段划分方法:首先利用最大外接圆对海工平台底层的外形进行简化, 即无论所建造的海工平台是何种外形, 均以最大外接圆作为划分依据, 其半径记为 R; 于是平台的底层总段可以由圆心向外划分成 n个圆环, n为整数;再将各层圆环在圆周上 对称等分为 m个扇形, 如图 2所示; 最内层为整圆不划分扇形, 作为中心分段, 其圆心 半径记为 r1 ; 根据底层总段的高度 H 可得到该分段总体积为 Hr n ri 2, 制造后为内部 中空的圆筒, 的大小选择应满足其重量应小于浮力的原则, 其他所划分的各扇形分段 都应满足重量小于浮力的原则。 因为底层总段划分后各分段的高度等于底层总段的高度 H1 ; 所以最内层整圆半径确定为 后, 其他的扇形分段都以该内层整圆的面积 r 作为 划分依据, 即每个扇形分段面积大约是 IT 故而根据扇形的面积特点, 由圆心向外划 分圆环时, 圆环的厚度 (即内外半径之差) 将逐渐减小, 其外径分别为 r2, r3 , r4, ……
2 2
rn_!, R, 其中: = πΓι ~π ,^ 2 = ^ ϊ) ,
m 同理可得: r3 = rl A/(2m + l), r4 = rl A/(3m + l), r5 = rl /(4m + l),
同时, 最大外接圆半径 R, 最内层圆的半径 r1 ; 所划分的圆环层数 n和圆周上对称 等分的扇形个数 m之间应满足关系: R = r^(n _ V)m + :i
2 )底层总段的建造: 对底层总段分段划分后, 所有分段全部采用无余量建造, 全部 零件采用高精度数控切割; 然后对扇形分段编号归类, 对同一类的扇形分段按其特定的 方式拼接成分段的底层结构。 依据由内向外的顺序对底层总段的各分段进行加工; 加工 完成后再合拢。 3)底层总段搭载合拢: 在下潜式长形工作平台上将底层总段的各分段拼接合拢, 由 于巨型超重海工平台的外形尺寸 R超过下潜式长形工作平台的宽度 W, 因此底层的分段 合拢需要分阶段完成: 首先, 利用拖船将工作平台拉到所需水深的海域, 在沿工作平台 的长度方向上将各分段由内向外按对称性原则拼接; 然后工作平台下潜, 使已拼接的底 层部分下水, 利用水的浮力将其与工作平台甲板分离; 通过水面上的拖船拉拽将底层或 工作平台旋转一定角度 θ, 工作平台上安装定位和限位装置, 保证准
Figure imgf000005_0001
确旋转 Θ角度, 使未建造完成的部分位于工作平台长度方向; 工作平台上浮, 搭载底层 后又浮出水面, 再在沿工作平台长度方向进行未建造部分的拼接合拢; 通过底层总段的 多次下水、旋转、搭载、上浮实现整个底层总段的制造, 下水、旋转的次数应等于^ 圆 π ) 整所得到的整数; 最后下潜式工作平台下沉, 利用水的浮力使底层总段与工作平台分离, 实现底层总段平稳下水, 下潜式工作平台撤离。
4)主船体建造合拢: 先将平台下部主船体对分为两个分段分别制造, 随后以浮在水 上的底层总段作为船体建造的浮动平台, 在底层总段上进行下部主船体两分段的吊装合 拢, 合拢后对接成一个整体; 必须对下部主船体进行结构检验, 船体焊缝进行超声波探 伤检测; 然后, 将上部主船体分成数十个小分段, 对其中的每个小分段进行分别制造, 制造完成后再分别吊装到底层总段浮动平台上, 与下部主船体对接合拢, 完成海工平台 主船体的建造。
5 ) 甲板分段合拢: 对海工平台主船体的甲板进行扇形分段, 各分段制造完成后再焊 接合拢; 对甲板上各扇形分段进行焊接时, 环形焊缝应采用对称施焊; 在整个主船体的 合拢过程中, 环形焊缝采用专用的焊接工艺。
6 )上层建筑搭载和吊装: 对甲板以上高度的其余分段制造、 安装及搭载, 继续进行 船体上部结构的建造, 上层建筑模块的搭载和整体吊装等。
本发明提出的大尺寸浮态制造方法, 由于工作平台受到浮力、 水流和风浪作用属于 浮动支撑, 海工平台建造采用分段制造、 逐层叠加的方法, 因此各分段的制造精度将直 接影响到平台的尺寸及形位精度, 为了实现建造精度的控制, 采用了无余量分段建造方 式; 在各分段对接合拢过程中采用动态测量与反变形控制技术, 实现了水上浮态建造。 其技术方案包括: 1 )平台模型的构建: 根据设计、 制造标准对海工平台的数据加放收縮量, 并将该加 放收縮量的数据加载到三维设计软件中, 进行平台的数据建模, 利用数据模型对所有分 段零件实现无余量下料。
2) 主船体分段的制造:底层总段的各分段全部采用正造法; 下部主船体各分段最外 圈和最内圈分别以外圈设计曲面和内圈设计曲面为基面采用侧造法, 下部主船体其余分 段以壁板为基面采用侧造法; 上部主船体各分段最外圈和最内圈分别以外圈设计曲面和 内圈设计曲面为基面采用侧造法, 上部主船体其余分段以壁板为基面采用侧造法; 甲板 以上的分段均以甲板为基面采用反造法。
3)分段建造工序划分和精度控制: 根据海工平台各分段建造的流程将各分段的建造 工序过程分为下料、 拼板、 划线、 装配、 焊接、 完工检验; 在各工序实施过程中, 进行 全程质量跟踪和控制。
4)海工平台的整体精度控制: 由于工作平台浮在水面上, 受到水流、 浮力和风浪作 用会产生动态起伏, 因此在海工平台各分段的对接合拢过程中采用了动态测量与反变形 控制技术, 以保证平台浮态制造的整体质量和精度。
本发明有益效果是:
1 )利用下潜式工作平台作为底层合拢平台, 通过设置限位和定位部件实现底层总段 的预分段合拢, 接着底层总段下水与下潜式平台脱离、 再旋转、 搭载、 上浮、 后续合拢, 之后以底层作为制造平台, 逐层叠加制造, 最终完成整个海工平台的建造。 具有成本低、 可操作性好和适应性强的显著优点, 可以应用于大型海洋工程装备和船舶建造, 解决了 在没有超大型专用船台情况下, 建造巨型尺寸海工装备的关键技术难题。
2)在底层总段的建造过程中, 利用下潜式工作平台的系泊、 定位、 下沉和撤离, 实 现底层总段无任何机械损伤的平稳下水, 不需要专用下水滑道、 轨道, 解决了大型海洋 工程装备下水困难的工艺问题。
3)在浮动平台上采用无余量分段建造大型海洋工程平台, 取消了常规分段建造时首 尾分段的对接余量, 利用动态测量与反变形技术控制平台整体合拢对接的建造精度, 不 必在船台合拢阶段进行对接余量的调整工作, 降低了施工人员的工作强度, 显著提高了 效率, 縮短了建造周期, 同时还避免了调整时火焰加工可能带来的结构变形。
附图说明
图 1是大型海洋工程平台主船体的建造划分示意图 图 2是双层底总段各分段的划分方法示意图
图 3是利用下潜式工作平台的底层总段旋转合拢示意图
图 4是下部主船体各分段加工顺序布置图
( 1 ) 底层总段, (2) 下部主船体, (3 ) 上部主船体, (4) 平台甲板, (5) 下潜式长 形工作平台 (6) 下部主船体 1#分段, (7) 下部主船体分 2#分段
具体实施方式
本实施例以深海石油钻探储油平台在半潜式长形驳船上的制造过程为例, 并结合附 图 1-4, 来详细说明大尺寸浮态制造方法的具体细节和工艺步骤。
1. 深海石油钻探储油平台建造的阶段划分: 如图 1所示, 将船体按型深高度方向由 下至上划分为高度为 HI双层底总段、 主船体(包括由 HI— H3之间的下部主船体和 H3— H2高度之间的上部主船体)、 和平台甲板, 采用分层制造技术;
2. 双层底总段的划分和建造: 首先将圆弧化整为零, 对钢板采用扇行分段划分, 其 划分方法如图 2所示。 所有分段全部采用无余量建造, 全部零件采用高精度数控切割; 然后对扇形分段编号归类, 对同一类的扇形分段按其特定的方式拼接成分段的双层底结 构。 由对称性原则, 按图 2编号顺序(1A— 2A— 3A...1B— 2B— 3B...1C— 2C— 3C... ) 由 内径向外径对双层底总段的各分段进行加工; 加工完成后再拼接时按由内向外的顺序进 行拼接合拢;
3. 双层底总段的搭载合拢: 双层底总段的各分段合拢是在下潜式工作平台 5上完成 的, 由于受工作平台宽度的限制, 双层底总段旋转合拢过程如图 3所示, 包括三个阶段, 两次旋转。 I阶段: 先沿工作平台的长度方向将各分段由内向外按对称性原则拼接, 实 现三分之一的底层总段建造; II阶段: 工作平台下潜, 使已拼接的底层部分下水, 利用 水的浮力将其与工作平台甲板分离; 利用拖船上的缆绳拉动底层总段逆时针旋转 60度,
(也可以保持底层总段不动, 由工作平台顺时针旋转 60度) , 再浮起重新定位, 继续分 段合拢实现三分之二的底层总段建造; III阶段: 工作平台再次下潜, 底层总段第二次逆 时针旋转 60度后, 再浮起重新定位完成剩余分段的合拢, 最终实现底层总段的建造;
4. 主船体的制造合拢: 如图 4所示, 首先将下部主船体分 1#分段 6、 2#分段 7分别 制造, 在半潜驳上进行下部主船体两分段的吊装合拢, 合拢后对接成一个筒体; 然后对 船体进行结构检验, 对船体焊缝必须进行超声波探伤: 之后将下部总段 (双层底总段和 下部主船体) 与半潜驳分离, 实现下部总段下水; 该下部总段下水经过以下步骤: 半潜 驳外移一系泊定位一下沉一检查密性一平台主船体与半潜驳分离一船体下水; 最后将上 部主船体 4分成 52个小分段, 然后对其中的每个小分段进行分别制造, 制造完成后分别 吊装到下部总段上合拢;
5. 甲板分段合拢: 对钻井平台主船体的甲板进行分段制造, 完成后进行各分段的焊 接合拢工作; 对甲板上各扇形分段进行焊接时, 环形焊缝应采用对称施焊; 在整个主船 体的合拢过程中, 环形焊缝采用专用的焊接工艺;
6. 上层建筑搭载和吊装: 对甲板以上高度的其余分段制造、 安装及搭载, 继续进行 船体上部结构的建造, 上层建筑模块的搭载和整体吊装等。
为保证大尺寸浮态建造的质量和精度要求,本实施例深海石油钻探储油平台的建造精 度控制采用如下的技术方案:
1 . 平台模型构建: 依据设计和制造标准并结合深海钻井平台的实际情况加放 0.1% 0.35%。收縮量数据; 然后将加放收縮量数据加载到三维设计软件 TRIB0N中, 应用 三维格林函数法, 进行平台的数据建模, 实现所有零件的无余量下料。 生成外板板缝、 外板型材和曲面 (通常指外板) 板架, 彻底取消样台 1 : 1实尺手工放样工艺。
2. 主船体制造的分段:双层底总段各分段全部采用正造法; 下筒体各分段最外圈和 最内圈分别以外圈设计曲面和内圈设计曲面为基面采用侧造法, 下筒体其余分段以壁板 为基面采用侧造法; 上筒体各分段最外圈和最内圈分别以外圈设计曲面和内圈设计曲面 为基面采用侧造法, 上筒体其余分段以壁板为基面采用侧造法; 甲板以上的分段分段均 以甲板为基面采用反造法;
3. 分段建造工序划分和精度控制: 根据圆筒形超深海钻井平台各分段建造的流程, 可将各分段的建造工序过程分为下料、 拼板、 划线、 装配、 焊接、 完工检验, 在各工序 实施过程中, 对工序和制造工程进行质量控制:
1 )分段下料时首先进行数控编程, 之后采用等离子数控切割机切割, 所有分段下料 需满足以下条件: 型材的直线度 3 /m, 全长的尺寸偏差 10
2 ) 拼板前保证平台平整, 然后根据零件图将各分段对接、 拼板定位, 拼板定位后, 在板缝两端焊起弧、 熄弧工艺板, 再进行拼板焊接;
3 )划线时确保外观尺寸和对角线尺寸, 同时包括各分段的安装线、理论线、检查线, 中心线, 其中安装线、 理论线、 检查线、 中心线精度都要控制在 5mm范围内, 各分段的 长度方向尺寸偏差 5mm, 宽度方向尺寸偏差 4 4)装配前对各分段对接缝开 V型或 U型坡口, 同时保证坡口表面质量、 角度、 方向 和直线度, 分段装配时应保证装配间隙, 端面平齐;
5 )接时应严格控制焊接后各分段的收縮量和变形量, 同时焊接过程中要严格控制焊 接顺序, 先立焊后平角焊, 从分段中间向四周焊;
6 )拼板焊接时的工艺板, 尺寸最小为 130 X 130mm, 其厚度应与焊件板厚相同; 焊接 时所有平直板的分段采用埋弧自动焊, 分段的角焊缝采用 C02气体保护焊, 焊缝最大宽 度与最小宽度之差应不大于 10mm; 分段焊接时尽量安排双数焊工对称施焊, 应派双数 焊工从中间向四周对称辐射施焊, 减小分段的焊接变形;
7 )分段装配时装配间隙精度应控制在 5mm的范围内,长度方向和宽度方向尺寸偏差 2. 5 平面装配对角线偏差 8 曲面装配和立体装配对角线偏差 15
8 )分段完工检验, 保证各分段的完整性, 同时还要使主尺寸、 水平度及垂直度符合 要求; 分段完工检验时保证各分段的平整度 15 水平度及垂直度 18
本发明所提出的大尺寸石油钻探储油平台浮态制造方法采用下潜式浮动式平台实现 底层总段的旋转合拢及后续合拢建造, 成本低、 可操作性好和适应性强, 解决了在没有 超大型专用船台情况下, 建造巨型尺寸海工装备的关键技术难题。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 包括海工平台主船 体建造的阶段划分、 底层总段的建造合拢、 平台分层叠加制造、 甲板分段合 拢、 上层建筑搭载与吊装, 具体步骤为:
A)海工平台主船体建造的阶段划分: 将船体按型深高度方向由下至上划 分为底层总段、 下部主船体、 上部主船体和平台甲板, 采用分层制造技术;
B)底层总段的建造: 对底层总段采用分段划分, 所有分段全部采用无余 量建造, 全部零件采用高精度数控切割; 然后对扇形分段编号归类, 对同一 类的扇形分段按其特定的方式拼接成分段的底层结构; 依据由内向外的顺序 对底层总段的各分段进行加工; 加工完成后再合拢;
C)底层总段搭载合拢: 在下潜式长形工作平台上将底层总段的各分段拼 接合拢, 由于巨型超重海工平台的外形尺寸超过下潜式长形工作平台的宽度, 因此底层的分段合拢需要分阶段完成: 首先, 利用拖船将工作平台拉到所需 水深的海域, 在沿工作平台的长度方向上将各分段由内向外按对称性原则拼 接; 然后工作平台下潜, 使已拼接的底层部分下水, 利用水的浮力将其与工 作平台甲板分离; 通过水面上的拖船拉拽将底层部分或工作平台旋转一定角 度 θ, 工作平台上安装定位和限位装置, 保证准确旋转 Θ
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角度, 使未建造完成的部分位于工作平台长度方向,其中, 下潜式长形工作平 台的宽度 W, 巨型超重海工平台的外形尺寸以最大外接圆半径为 R; 工作平 台上浮, 搭载底层后又浮出水面, 再在沿工作平台长度方向进行未建造部分 的拼接合拢; 通过底层总段的多次下水、 旋转、 搭载、 上浮实现整个底层总 段的制造, 下水、 旋转的次数应等于^ 圆整所得到的整数; 最后下潜式工 π ) 作平台下沉, 利用水的浮力使底层总段与工作平台分离, 实现底层总段平稳 下水, 下潜式工作平台撤离;
D) 主船体建造合拢: 首先将平台下部主船体对分为两个分段分别制造, 随后以浮在水上的底层总段作为船体建造的浮动平台, 在底层总段上进行下 部主船体两分段的吊装合拢, 合拢后对接成一个整体; 必须对下部主船体进 行结构检验, 船体焊缝进行超声波探伤检测; 然后, 将上部主船体分成数十 个小分段, 对其中的每个小分段进行分别制造, 制造完成后再分别吊装到底 层总段浮动平台上, 与下部主船体对接合拢, 完成海工平台主船体的建造。
E) 甲板分段合拢: 对海工平台主船体的甲板进行扇形分段, 各分段制造 完成后再焊接合拢; 对甲板上各扇形分段进行焊接时, 环形焊缝应采用对称 施焊; 在整个主船体的合拢过程中, 环形焊缝采用专用的焊接工艺。
F)上层建筑搭载和吊装: 对甲板以上高度的其余分段制造、安装及搭载, 继续进行船体上部结构的建造, 上层建筑模块的搭载和整体吊装。
2. 根据权利要求 1所述的海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 对底层总段分段划分时, 采用了如下方法:
首先利用最大外接圆对海工平台底层的外形进行简化,即无论所建造的海 工平台是何种外形, 均以最大外接圆作为划分依据, 其半径记为 R; 于是平台 的底层总段可以由圆心向外划分成 n个圆环, n为整数; 再将各层圆环在圆周 上对称等分为 m个扇形; 最内层为整圆不划分扇形, 作为中心分段, 其圆心 半径记为 r1 ; 根据底层总段的高度 H 可得到该分段总体积是 Hr n ri 2, 制造 后为内部中空的圆筒, n的大小选择应满足其重量应小于浮力,其他所划分的 各扇形分段都应满足重量小于浮力; 因为底层总段划分后各分段的高度都等 于底层总段的高度 所以最内层整圆半径确定为 n后, 其他的扇形分段都 以该内层整圆的面积 11 作为划分依据, 即每个扇形分段面积大约是 ΙΙ ΓΛ 故而根据扇形的面积特点, 由圆心向外划分圆环时, 圆环的厚度 (即内外半 径之差) 将逐渐减小, 其外径分别为 r2, r3 , r4, …… , R, 其中:
2 - πκ2 Γ, ―
nrx = ~ ―, ^ r2 = ry^ m + l) ,
m 同理可得: r3 = rl /(2m + l), r4 = ri J(3m + l), r5 = ri J (4m + 1),
同时, 最大外接圆半径 R, 最内层圆的半径 r1 ; 所划分的圆环层数 n和圆周上 对称等分的扇形个数 m之间应满足关系: R = r^(n - l) m + l o
3. 根据权利要求 1所述的海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 采用了无余量分段制造, 逐层叠加的建造方式, 在各分段对接合拢过程中采 用动态测量与反变形控制技术, 包括以下步骤: A)平台模型的构建: 根据设计、 制造标准对海工平台的数据加放收縮量, 并将该加放收縮量的数据加载到三维设计软件中, 进行平台的数据建模, 利 用数据模型对所有分段零件实现无余量下料;
B ) 主船体分段的制造:底层总段的各分段全部采用正造法; 下部主船体 各分段最外圈和最内圈分别以外圈设计曲面和内圈设计曲面为基面采用侧造 法, 下部主船体其余分段以壁板为基面采用侧造法; 上部主船体各分段最外 圈和最内圈分别以外圈设计曲面和内圈设计曲面为基面采用侧造法, 上部主 船体其余分段以壁板为基面采用侧造法; 甲板以上的分段均以甲板为基面采 用反造法;
C) 分段建造工序划分和精度控制: 根据海工平台各分段建造的流程将各 分段的建造工序过程分为下料、 拼板、 划线、 装配、 焊接、 完工检验; 在各 工序实施过程中, 进行全程质量跟踪和控制;
D) 海工平台的整体精度控制: 由于工作平台浮在水面上, 受到水流、 浮 力和风浪作用会产生动态起伏, 因此在海工平台各分段的对接合拢过程中采 用了动态测量与反变形控制技术, 以保证平台浮态制造的整体质量和精度。
4. 根据权利要求 3所述的海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 分段建造工序划分和精度控制在各工序实施过程中, 分段下料时首先进行数 控编程, 之后采用等离子数控切割机切割, 所有分段下料需满足以下条件: 型材的直线度 3 /m, 全长的尺寸偏差 10
5. 根据权利要求 3所述的海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 分段建造工序划分和精度控制在各工序实施过程中, 划线时确保外观尺寸和 对角线尺寸, 同时包括各分段的安装线、 理论线、 检查线, 中心线, 其中安 装线、 理论线、 检查线、 中心线精度都要控制在 5mm范围内, 各分段的长 度方向尺寸偏差 5mm, 宽度方向尺寸偏差 4mm
6. 根据权利要求 3所述的海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 分段建造工序划分和精度控制在各工序实施过程中, 装配前对各分段对接缝 开 V型或 U型坡口, 同时保证坡口表面质量、 角度、 方向和直线度, 分段装 配时应保证装配间隙, 端面平齐。
7. 根据权利要求 3所述的海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 分段建造工序划分和精度控制在各工序实施过程中, 拼板焊接时的工艺板, 尺寸最小为 130 X 130mm,其厚度应与焊件板厚相同; 焊接时所有平直板的分 段采用埋弧自动焊, 分段的角焊缝采用 C02气体保护焊, 焊缝最大宽度与最 小宽度之差应不大于 10mm; 分段焊接时尽量安排双数焊工对称施焊, 应派双 数焊工从中间向四周对称辐射施焊, 减小分段的焊接变形。
8. 根据权利要求 3所述的海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 分段建造工序划分和精度控制在各工序实施过程中, 分段装配时装配间隙精 度应控制在 5mm的范围内,长度方向和宽度方向尺寸偏差 2.5mm, 平面装 配对角线偏差 8mm, 曲面装配和立体装配对角线偏差 15mm。
9. 根据权利要求 3所述的海洋工程装备的大尺寸浮态制造方法, 其特征在于: 分段建造工序划分和精度控制在各工序实施过程中, 对分段完工检验, 保证 各分段的完整性, 同时还要使主尺寸、 水平度及垂直度符合要求; 分段完工 检验时保证各分段的平整度≤15mm, 水平度及垂直度≤181^^
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