某FPSO海水提升沉箱管制造及安裝技術

阮磊

摘? ? 要：本文介紹某FPSO海水提升沉箱管的制造及安裝技術。詳述其制造安裝的工藝策劃、管材采購、來貨檢驗、管材制作、焊接工藝、安裝檢驗要求等，以達到提高海工產(chǎn)品建造效率和降低建造成本的目的。

關鍵詞：海水提升沉箱管;制造安裝技術;FPSO

中圖分類號：U671.4? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Manufacturing and Installation Technology of FPSO Caisson Pipe

RUAN Lei

（ COSCO Shipping Heavy （Zhoushan） Co.， Ltd.， Zhoushan 316131 ）

Abstract： This paper introduces the manufacturing and installation technology of FPSO caisson pipe， and details its manufacturing and installation process planning， pipe procurement， incoming inspection， pipe production， welding process， installation inspection requirements and other aspects， in order to improve the construction efficiency of marine engineering products and reduce the construction cost.

Key words： Caisson pipe; Manufacturing and installation technology; FPSO

1? ? ?前言

我司為希臘船東建造的某FPSO項目，全船有多處海水提升沉箱管結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)上端連接各動力系統(tǒng)，下端裝有防護網(wǎng)罩與大海相通，管內(nèi)裝有提升海水動力泵，通過動力泵提升海水供FPSO各動力系統(tǒng)運行、消防等使用。

海水提升沉箱管是一種具有類似沉箱作用的圓管結(jié)構(gòu)，按照用途可分為：生產(chǎn)用海水提升沉箱管和消防用海水提升沉箱管;按照在船體上的位置可分為：埋入式海水提升沉箱管和外掛式海水提升沉箱管。本文重點闡述本FPSO項目采用的埋入式海水提升沉箱管的制造及安裝技術。

2? ? ?海水提升沉箱管的分布和等級標準

2.1? ?船舶主要參數(shù)

總長227.0 m;型寬50.0 m;型深27.0 m;設計吃水19.5 m;FR0-FR41區(qū)域肋距 0.8 m、FR41-FR73區(qū)域肋距 5.0 m、FR73-FR115區(qū)域肋距0.8 m;方形系數(shù)0.94;服務海域為以色列近海，海水深度約1 700 m。

2.2? ?沉箱管分布和等級標準

本船有生產(chǎn)用海水提升沉箱管5處，管徑規(guī)格965（OD外徑）x 20.6（WT壁厚）mm;消防用海水提升沉箱管1處，管徑規(guī)格1 066.8（OD外徑）x19.05（WT壁厚）mm;分布位置和數(shù)量見表1。

所有海水提升沉箱管在邊壓載艙區(qū)域從船主甲板貫穿到船外底板，高度為27.5 m。本型船海水提升沉箱管材符合API 5L體系認證標準，即美國石油協(xié)會體系認證的鋼管標準，材質(zhì)等級為X42 / X52。

3? ? 海水提升沉箱管的制造安裝工藝

因海水提升沉箱管的材料認證體系復雜，供貨價格較高，來貨周期長等因素，應嚴格按照施工工藝采購訂貨、來貨檢驗、拼裝焊接、安裝檢驗。

3.1? ? 沉箱管來貨標準要求和檢驗

（1）海水提升沉箱鋼管訂貨要求廠家具有API體系認證資質(zhì)，提供采購鋼板的合格證書、鋼管產(chǎn)品API證書和DNVGL（本項目）船級社要求的鋼管檢驗報告，原材料訂貨合格證書應有追溯性;

（2）訂貨前應明確沉箱管的整體制造安裝工藝策劃，向訂貨廠家明確每根鋼管的精度標準，包含主要尺寸及偏差值、同心度值、垂直度值，為后道工序控制精度奠定良好基礎。

（3）沉箱管材長度值取正偏差L+15/-0 mm，管內(nèi)徑最大和最小值差值不大于理論內(nèi)徑ID的1%且不大于10 mm，一般規(guī)定為管內(nèi)徑ID+3/-2 mm、同心度◎8 mm、垂直度⊥1 mm/3 m、管材端面不平度≤1.5 mm;

（4）精度檢驗工具可采用全站儀/經(jīng)緯儀檢測或拉φ0.5 mm琴鋼絲檢測，每根管子獨立制表，檢驗結(jié)果作為后道工序施工的重要依據(jù);

（5）來貨檢驗還應注意檢查焊縫質(zhì)量是否合格、外表有無損傷、內(nèi)外表面是否有油污污染、合格證書是否齊全等，檢驗合格才可以入庫。

3.2? ?沉箱安裝劃分和安裝階段

安裝劃分的原則應根據(jù)制造工藝流程劃定，綜合考慮管子安裝的施工便利性、吊車吊運高度限制、經(jīng)濟效益、精度控制、到貨周期等因素，綜合權(quán)衡利弊。

本船海水提升沉箱管根據(jù)具體安裝環(huán)境，劃分為兩部分：下部分從-0.05 m A/B到3.7 m A/B，上部分從3.7 m A/B到主甲板以上。下半部分在船體車間分段制造階段安裝，隨分段一起完成焊接、打磨、噴砂、涂裝油漆;上半部分為為三段管子在船體車間模板胎架上拼接，拼接完成后吊運到門架上，駁運至涂裝房噴砂、涂裝油漆備用，在船臺搭載合攏階段整根管吊起安裝。

采取上述安裝階段的原因是：下半部分管子外表面與船體結(jié)構(gòu)角焊接比較密集，適合在車間完成裝焊，分段制作為正態(tài)制造，管子安裝精度有保障，在3.7 m A/B的位置斷縫也有利于避免管子合攏安裝時人員在管子內(nèi)部站位過高，在管子外部3.2 m A/B的位置剛好是船體結(jié)構(gòu)平臺，非常有利于管子合攏安裝施工;上半部分管子與船體結(jié)構(gòu)角焊接比較稀疏，利于在合攏階段裝焊，分段為側(cè)造，不利于在車間預埋安裝管子，若在車間進行上半部分管子預埋將對船體裝配順序、工序策劃、精度控制都有較大制約，尤其是對分段超重有嚴重影響。反之，上半部分管子在車間模板胎架上拼接，有利于管子拼接處內(nèi)部焊縫余高的打磨和油漆作業(yè)，拼接完工后整體吊運安裝有利于提高施工效率和精度控制。

沉箱管劃分為上下兩部分，也考慮到避免船臺搭載階段受吊車吊高限制導致27.5 m整根海水提升沉箱管超長，無法豎直吊運安裝到既定位置的風險。

3.3? 沉箱管模板胎架拼接、焊接坡口、成形檢驗和駁運

（1）上部分三段管子在車間胎架上進行拼接裝焊，如圖1所示：為保證管子拼接能滿足精度要求，根據(jù)管外徑圓弧預制模板胎架，使用坡口機預先開設坡口，對接處點焊米字型支撐以減小焊接過程中的變形：裝配馬板應均布，下胎前管子上口焊接吊運吊耳（下端使用吊帶）;

（2）焊前拼接精度需滿足相應要求，測量沉箱管相關定位數(shù)據(jù)、管口內(nèi)徑、垂直度⊥1 mm /3 m、拼裝同心度◎8 mm，焊后復測數(shù)據(jù)并記錄，進行前后數(shù)據(jù)對比，并與下部分對接管口尺寸對比，符合公差要求即為合格;

（3）沉箱管拼接坡口形式，如圖2所示為上部分管段坡口圖;管內(nèi)壁焊縫余高打磨至0～1 mm;每段相鄰管子垂直縫相互錯開180°，焊接工藝詳見下文;

（4）上部分三段管子焊接完成后，應進行同尺度管內(nèi)泵工裝模型通行試驗，再進行油漆作業(yè)，發(fā)現(xiàn)問題及時修正;

（5）制作管內(nèi)泵工裝模型，應找出泵外徑尺寸和制作偏差值，并加上泵表面的油漆厚度。以本船海水提升泵為例，泵外徑為OD 903.8（-3/+3.5）mm、油漆厚度3 mm，泵工裝模型外徑尺寸為OD 903.8+3.5+3=OD 910.3 mm，可以確定模型的外形尺寸為OD 910.3±2 mm X L1 m。泵模型制作形式多樣，如參考圖3;

（6）管子拼接完成后，采用二個門架駁運，門架間距不能大于平板車的有效長度，也不能小于管子長度的一半;管子下方墊上寬硬木防止管子損傷和變形，并與門架有效封固，防止駁運過程中管子滾動。

3.4? ?沉箱管定位及精度要求

（1）下部分管段在車間分段制造階段安裝。為了保證施工安全，同時也便于沉箱管合攏口焊接、打磨和補涂，將沉箱管合攏口劃定在3.7 m A/BL，搭載合攏口施工可通過制作簡易梯架工裝進行作業(yè);

（2）沉箱管定位以內(nèi)底部開孔中心為基準定位點，在內(nèi)底上架起工裝，利用線錘/全站儀確定外板開孔中心，打印紙樣板畫出外板開孔范圍現(xiàn)場開孔，再插入沉箱管;管子定位數(shù)據(jù)關鍵在于保證管子豎直度、管口內(nèi)徑尺寸、垂直度⊥1 mm / 3 m、同心度◎8 mm，分段焊接前后均需測量，符合公差要求即為合格;管子下口按照相關節(jié)點留出余量安裝;

（3）上部分管段在搭載階段安裝，分為如下幾個步驟：

① 在主甲板上架起工裝，以舭部分段已定位好的下部分沉箱管中心線為基準定位點，利用線錘/全站儀找出主甲板開孔中心點，畫出開孔范圍，現(xiàn)場擴孔;

② 吊運插入已在車間拼接好的上部分沉箱管，經(jīng)有限元分析和實際驗證，對于此厚壁管吊裝，從平吊、傾斜至豎直吊裝的過程中，管子沒有可見變形;

③ 管子對接處安裝限位馬板，管口對接應保證整根管子垂直度，安裝后測量相應定位數(shù)據(jù)、垂直度1 mm / 3 m、整體同心度10 mm，焊后復測，符合公差要求即為合格;

④ 拼接坡口形式見圖2上下管段對接處坡口圖，管內(nèi)壁焊縫余高打磨至0～1 mm;

⑤ 焊接完畢后切割上端口余量，管壁開孔焊接噴嘴管;再安裝上端泵底座法蘭，法蘭水平度焊后偏差Max.1.5 mm;

⑥ 沉箱管安裝焊接相關工作結(jié)束后，可根據(jù)測量數(shù)據(jù)判斷是否進行泵工裝模型提升通行試驗，再進行后續(xù)油漆作業(yè)。

3.5? ?沉箱管焊接工藝

（1）焊接材料，應按照WPS及DNVGL認可的焊材清單進行選擇和使用;

（2）焊接用CO2氣體純度不低于99.5%，含水量不得高于0.005%;

（3）焊工應持有DNVGL船級社認可的焊工資格證書，方可從事與證書等級相應的焊接工作。焊接時，應佩戴認可的焊工標記，攜帶敲渣錘、鋼絲刷等必備物品;

（4）定位焊工應按照DNVGL船級社認可的規(guī)范評定合格后，方可從事定位焊;

（5）焊接設備應保持技術性良好、無故障，且儀表經(jīng)過校驗并應保證準確無誤;

（6）焊前應對坡口及其周圍30 mm范圍內(nèi)進行打磨，不得有影響焊接質(zhì)量的鐵銹、油污、水和油漆等存在;坡口面不得有深度超過1.5 mm的溝槽;

（7）焊接前應預熱50 ℃～75 ℃，預熱范圍為坡口周圍75～100 mm，溫度測量距坡口中心76 mm的位置，點溫槍必須經(jīng)過校驗合格并保證準確;

（8）焊接參數(shù)應符合并嚴格遵守相應焊接工藝評定WPS的要求;

（9）當風速大于2 m/s時，CO2氣體保護焊應采取擋風措施;焊接時不要超時停頓，以保證必要的層間溫度，層間溫度應保持在50 ℃～200 ℃（不低于預熱溫度）;

（10）采用定位焊焊接時，其長度至少為100 mm并焊接三道;定位焊縫兩端應填滿并? ?（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

光滑過渡。定位焊使用的焊材應當與正式焊接的焊材相同;

（11）采用多層多道焊接，焊縫接頭應錯開至少50 mm，以保證焊縫接頭的質(zhì)量;

（12）管子環(huán)縫由雙數(shù)焊工采用對稱焊接;

（13）一道焊縫焊完后應認真清除熔渣，避免夾渣的產(chǎn)生。除第一道和最后一道焊縫外，可以用刨錘錘擊焊縫表面，進行消除應力處理;

（14）如有需要可以進行反面氣刨清根，并對氣刨坡口進行打磨，去除坡口面的滲碳層，并增加MT以確保缺陷完全清除;

（15）焊接完成后，焊縫余高打磨至0～1 mm。焊后檢驗按照圖紙要求，所有焊縫的表面都應進行外觀檢查，并按照圖紙要求進行UT/RT無損檢測。

3.6? ?輔助作業(yè)

沉箱管合攏處（3.7 m A/B）使用自制簡易梯架從管子底端往上搭設，并做好通風和照明，方便焊接和油漆作業(yè)。

3.7? ?油漆要求

沉箱管下部分（3.7 m A/B以下）油漆隨分段涂裝一起完成;沉箱管上部分（3.7 m A/B以上）油漆在拼接完成后沖砂油漆，漆膜厚度嚴禁超標;沉箱管端部300 mm焊接熱影響區(qū)，僅做車間底漆即可。

3.8? ?模型試驗驗證

整根沉箱管油漆成膜干燥后，需要進行泵工裝模型提升試驗，泵模型尺寸同上，以滿足泵的正常使用。

4? ? ?結(jié)束語

某FPSO項目海水提升沉箱管的制造安裝是整個建造環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，工期較長，務必一次性順利完成，否則會造成較大誤工損失。通過實船建造經(jīng)驗，海水提升沉箱管的制造安裝應從訂貨要求、來貨檢驗、拼接焊接、吊運組裝、模型試驗等環(huán)節(jié)來控制，重點監(jiān)控焊接前后的垂直度和同心度數(shù)據(jù)符合公差要求，就能順利完成全船海水提升沉箱管的安裝和報驗，對項目建造周期和建造成本做出有益的貢獻。

參考文獻

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