超大型FPSO半船大合攏技術

朱波波，李振權，董鶴，繆寶華

(啟東中遠海運海洋工程有限公司，江蘇 啟東 226200)

超大型FPSO通常采取模塊化方式建造，主船體作為一部分與上部模塊并行建造，建造周期36個月。相對上部模塊，主船體物量最大、建造周期最長、在關鍵路徑上。關鍵路徑是指各建造條線中耗時最長的路徑，縮短關鍵路徑長度即可縮短整個建造周期。因此，如何縮短主船體的建造周期，成為縮短超大型FPSO建造周期的關鍵。

為了縮短FPSO主船體建造周期，探討將主船體切分為艏半船和艉半船，艏、艉半船并行建造。艏、艉半船并行建造屬于常規工作，總組和搭載方法與整船建造基本相似，作業難度不大。需要重視艏、艉半船在完工出塢后的半船大合攏對接工藝技術，解決半船浮態調平、拖航阻力預估、進塢定位方法、對接精度控制、合攏口焊接順序等工藝技術問題，確保大合攏對接工作在一個潮水內完成，對接精度滿足精度控制要求，焊接質量滿足NTD(無損探傷)要求。大合攏作業現場見圖1。

圖1 艏艉半船大合攏現場

1 艏艉半船劃分原則

1.1 劃分原則

船塢尺寸：為保證外板工程和船舶起浮，船塢內長和內寬需保證半船前后和左右方向的作業空間。

漂浮吃水：為保證大合攏對接精度，艏半船和艉半船保留0.5～1.0 m吃水差，在進塢大合攏時一頭半船先坐墩，作為定位基準，另外一頭半船向坐墩的半船靠攏對接。

漂浮浮態：為保證艏、艉半船順利對接，需將半船縱向和橫向吃水差控制在千分之一以內，必要時可以通過壓載調平浮態。

工藝要求：為避開應力集中區，大合攏縫避開角隅板、加厚板等區域；為保證分段預舾裝率和艙室完整性，大合攏縫避開基座、特涂艙、管弄、風道、主電纜通道、梯道。

1.2 劃分情況

半船建造船塢長為170 m、寬為120 m、深為14.3 m、允許最大出塢船舶吃水9.1 m。半船大合攏船塢長350 m、寬76 m、深11.9 m、最大允許進出塢船舶吃水6.7 m。FPSO主船體型長270 m、型寬54 m、型深32 m、重量59 293 t。通過對半船劃分原則的綜合對比和分析，將主船體大合攏縫劃在船舯偏艉貨油艙位置。劃分后艏半船長為144.2 m、重量30 533 t、調平后吃水5.6 m，艉半船長125.8 m、重量28 760 t、調平后吃水5.1 m。

2 大合攏技術準備

2.1 浮態計算

在艏艉半船進塢坐墩時，艏半船需要先坐墩，作為艉半船的對接定位基準，且坐墩時間差應大于0.5 h，為艉半船定位預留作業時間。因此，需要通過配載保證艏艉半船吃水差大于0.5 m且縱傾和橫傾小于0.1%。采用船舶性能計算軟件GHS，對艏半船和艉半船外型輪廓和內部艙室建立模型，輸入半船重量和重心位置，計算初始浮態，然后進行半船艙室配載計算，調平半船浮態。配載和浮態情況見表1。

表1 半船配載和浮態情況

2.2 塢墩設計

為補償船底板厚度差和塢底高低差，塢墩采用混凝土塊加楔形枕木組合形式，單墩承載力100 t。混凝土塊長2 m、寬0.5 m、高1.0 m，楔形枕木長0.8 m、寬0.3 m、高0.2 m，由2塊楔木組合而成，楔木斜面接觸、平面在上下兩面。通過減少枕木層數，控制枕木受力后下沉量，從而避免艏、艉半船因枕木下沉不均勻引起的大合攏口錯位，一般情況下枕木小于3層。根據全船重量分布曲線，以塢墩受力均勻為原則進行塢墩布置，防止塢墩下沉不均勻。塢墩枕木避開犧牲陽極、通海口、放水塞、計程儀及測速儀探頭等突出物體。使用綁扎條和碼釘將塢墩枕木固定到混凝土塊上，防止塢內進水后枕木起浮。

2.3 大合攏口導向和快速對接碼設計

通過在艏、艉半船合攏口甲板面上安裝大合攏導向和快速對接碼，實現艉半船與艏半船快速對接。大合攏導向用于控制艉半船相對艏半船在左右方向的相對位置，快速對接碼用于控制艉半船相對艏半船在前后方向的相對位置。大合攏導向采用子母扣間隙配合。為保證安裝精度，大合攏導向和快速對接碼在出塢前安裝到位，安裝的定位基準與艏、艉半船塢內搭載基準一致，安裝精度正負1 mm，子母扣間隙2 mm，半船對接控制精度正負3 mm。快速對接碼由平行拉泵碼和八字拉泵碼組成，平行拉碼用于調節艉半船前后方向位置，八字拉碼用于調節艉半船左右方向位置，艏、艉半船在高度方向的位置由塢墩相對高度控制。大合攏導向示意于圖2，快速對接碼布置見圖3。

圖2 大合攏導向示意

圖3 快速對接碼布置示意

2.4 大合攏口坡口及焊接順序設計

通過研究大合攏口結構形式和焊接順序，控制控制焊接變形、減少焊接應力、提高焊接效率。大合攏口由雙底、雙殼、中縱壁、甲板和平臺組成。首先焊接大合攏縫外板環縫，保證合攏口水密，減少雨雪天氣對焊接的影響，同時減少外板變形量，提高合攏口美觀度；然后焊接雙層底和內縱壁，最后焊接中縱艙壁和水平小平臺。為提高焊接效率，舷側外板和內縱壁的坡口留在非結構面，采用自動垂直氣電焊焊接；甲板、平臺、內底板坡口留在上側非結構面，采用埋弧自動焊焊接；外底板坡口在上側結構面，采用二氧化碳氣體保護焊焊接。大合攏口焊接順序見圖4。

圖4 大合攏口焊接順序

2.5 模擬搭載與余量切修

通過模擬搭載，模擬艏、艉半船大合攏口位置對接精度情況，提前在塢內完成余量切割、對接口精度校正工作，保證大合攏一次到位。以艏、艉半船縱向中心線建軸，測量艏、艉半船斷面三維數據。完成外板、甲板、縱艙壁等主板100 mm檢驗線后(間斷洋沖標記)進行余量切割。余量切割完成后使用全站儀進行二次復測和對接模擬分析。大合攏二次測量主要測量主甲板、舷側外板、外底板、各中縱及邊縱壁艙壁主板之間的端面度，對二次測量數據進行模擬分析，若數據滿足接精度要求，則合攏口坡口提前開設到位，打磨光順。若局部數據端面超差則進行二次切割直到滿足合攏口對接精度要求，端差小于4 mm。

2.6 拖航阻力計算

艏、艉半船出塢和進塢時，依靠塢邊牽引車和定位絞車進行移動和定位；拖航時，依靠拖輪進行移動和定位。為保證半船在出塢、拖航和進塢時，牽引車、定位絞車和拖輪可以控制船位，保證作業安全和定位要求。需計算艏、艉半船拖航阻力，作為設計進出塢絞車編隊和拖航編隊的依據。拖航阻力由摩擦阻力、剩余阻力和風阻力組成。計算公式為=++，(計算過程略)阻力計算結果見表2。

表2 拖航阻力

2.7 大合攏作業時間與潮汐匹配設計

半船水下受流面和水上受風面大，受到風、浪、流外界環境載荷影響大，在進塢時船位控制和定位難度大。為減小漲、落水流和風對半船進塢大合攏的影響，選擇風力小于6級天氣作業。在漲水末期接近高平潮時開始艏半船進塢，使用塢邊牽引小車進行牽拉移位，艏半船到達指定位置后，使用塢邊定位絞車進行初步定位，艏半船到達指定位置后收緊四角定位絞車纜繩，隨著潮位下降持續進行船位置調整，直到坐墩完成。艏半船初定位完成后，進行艉半船進塢。艉半船到達指定位置后，使用塢邊定位絞車進行初步定位，使用大合攏導向和拉泵器進行精確定位。大合攏作業與潮汐關系見表3。

表3 大合攏作業與潮汐關系

3 大合攏操作流程

3.1 塢內劃線和布墩

進塢前，在塢底和塢墻標記中縱線、半船線作為半船橫向定位的基準，標記艏垂線、大合攏縫、艉垂線作為半船縱向定位基準。在塢側四角樹立高度方向標桿，作為塢墩高度基準。縱向、橫向和高度方向基準確定后，進行塢墩布置和高度調節。為確保艏、艉半船合攏口對接精度，在塢墩高度調節時，需考慮外底板板厚方向和板厚補償。

3.2 艏半船進塢定位

艏半船進塢時處于漲水期的末期，使用4艘2 960 kW(4 000 HP)全回轉拖船控制船位，其中2艘拖船垂直于艏半船以抵抗漲水流影響，拖船將半船穩在塢口后進行塢邊小車纜繩連接。使用塢邊小車牽引艏半船向塢內移動，移動過程中拖船逐步撤離。艏半船到達指定位置附近后連接塢邊定位絞車。拖船編隊和絞車布置見圖5。

圖5 艏半船拖船編隊和定位絞車布置

3.3 艉半船進塢定位

艉半船進塢時處于落水期的初期，使用4艘2 960 kW全回轉拖船控制船位，其中2艘船輪垂直于艉半船以抵抗落水流影響，拖船將半船穩在塢口后進行塢邊小車纜繩連接。使用塢邊小車牽引艉半船向塢內移動，移動過程中拖船逐步撤離。艉半船到達指定位置附近后連接塢邊定位絞車。拖船編隊和絞車布置見圖6。

圖6 艉半船拖船編隊和定位絞車布置

3.4 大合攏作業流程

根據塢墻基準點進行艏半船定位和坐墩，艏半船坐墩后，使用塢邊絞車將艉半船拉入塢內，在距離艏半船1 m時停止，使用葫蘆向艏半船拉靠。拉靠到位后使用拉泵器進行位置微調，確保艏艉半船精度符合要求。

調整縱向中心線直線度：通過測量甲板位置距中CL±L22的縱向中心線直線度，同時觀察中縱壁、邊縱壁、外板、舭部外板等部位對接狀況,保證中心線直線度≤10 mm。艏艉半船拉靠結束后，塢內排水，使艉總段坐墩，復測縱向中心線直線度無誤后，繼續排水至塢墩露出水面。通過甲板面的水平標桿測量艏艉總段4角處一共8個點的甲板面平面度，滿足平面度≤20 mm。用封固馬板進行艏艉半船大合攏縫封固。塢內大合攏定位見圖7。

圖7 塢內大合攏定位圖

4 結論

1)主船體采用艏、艉半船并行建造和大合攏工藝，可以將FPSO建造周期縮短6個月，大幅提升國內企業在國際市場接單中的競爭力。

2)吃水大的半船先進塢、先坐墩，吃水小的半船后進塢、后坐墩，吃水差0.5 m以上，坐墩時間差大于0.5 h，滿足艏、艉半船依次坐墩的操作之間要求。

3)需對半船進行浮態調平，縱傾和橫傾控制在0.1%以內，滿足對接精度要求。

4)采用硬質桃木作為塢墩木，塢墩木受壓后下沉均勻，合攏口沒有產生錯皮。

5)模擬搭載后，半船合攏口余量可以提前割除、坡口可以提前開好，使用大合攏導向和快速拉馬可以實現快速搭載和精度控制要求。

6)根據當地水文、氣象條件進行進出塢拖航阻力分析，計算出風、浪、流產生的環境載荷，選擇水流較緩的漲水末期和落水初期作為進出塢作業窗口期，保證進出塢作業安全。