关于SUPER M2提升锁紧装置的制作与安装

摘要：
Super M2多功能自升式平台是美国F&G公司在Super M2钻井平台的基础上，为船东设计的专利产品。该平台主要功能是为海洋平台提供钻井辅助服务，并可作为自升式起重平台使用，主要服务海区在墨西哥湾大陆架区域。Super M2多功能自升式海洋平台属于海洋平台中的新型专利产品，配备先进的动力定位系统，具备自航能力。一般自升式海洋平台不具备自航能力，服务领域受到一定的限制，若远距离移泊需借助其他大型半潜船舶。Super M2同时配备先进的海上作业装备，其主要功能是为海洋钻井平台提供修井、完井等辅助服务，能最大程度地提高海洋石油的开采率，并可作为自升式起重平台使用，为其他海上工程装备提供配套服务。其结构建造的核心技术——海洋钻井平台桩腿“齿条总成”项目的创新研究填补了国内空白。

关键词：提升锁紧装置、坡口、装配顺序、测量

一、海洋平台的概念 11
二、选题的意义 11
三、Super M2提升锁紧装置在制作安装中的困难 12
四、Super M2提升锁紧装置分段的施工 12
五、结语 17

一、海洋平台的概念
从广义上说，所有涉及或与海洋环境有关的工程都可以归为海洋工程研究的范围，如海洋平台、系泊系统、海底管线以及其它开发海洋资源的设备和工程建筑。海洋平台是在海洋上进行作业的场所。海洋石油钻探与生产所需的平台，主要分钻井平台和生产平台两大类。在钻井平台上设钻井设备，在生产平台上设采油设备。平台与海底片口有立管相通。平台是进行海上钻井与采油作业的一种海洋工程结构。海洋平台一般都高出海面，能够避免波浪的冲击。型式有三边形、四边形或多边形。上下两层甲板或单层甲板面供安装、储存钻井或采油设备用。海洋钻井的目的足为了了解海底地质构造及矿物储藏情况，这项工作通常是由钻井平台来完成的。
二、选题的意义
自升式钻井平台是由一个上层平台和数个能够升降的桩腿所组成的海上平台。这些可升降的柱腿能将平台升到海面以上一定高度，支撑整个平台在海上进行钻井作业。这种平台既要满足拖航移位时的浮性、稳性方面的要求，又要满足作业时着底稳性和强度的要求，以及升降平台和升降桩腿的要求。由于自升式平台可适用于不同海底土壤条件和较大的水深范围，移位灵活方便，便于建造，因而得到了广泛的应用。目前，在海上移动式钻井平台中它仍占绝大多数。
Super M2多功能自升式平台是美国F&G公司在Super M2钻井平台的基础上，为船东设计的专利产品。该平台主要功能是为海洋平台提供钻井辅助服务，并可作为自升式起重平台使用，主要服务海区在墨西哥湾大陆架区域。SUPER M2提升锁紧分段预合拢，并安装齿轮轴套，整体机加工后吊装上船台进行大合拢。共9个分段，每个分段（包括连接板）长4.667米，宽1.095米，高13.87米。
Super M2提升锁紧分段中，精度要求高，使用的特殊材料较多，厚板多、空间小，焊接量大，需加温焊接，全焊透焊缝多且比较集中，收缩量大、易变形。因此，在建造过程中，存在较大困难，非常具有挑战性。

三、Super M2提升锁紧装置在制作安装中的困难
3.1.材料特点：提升锁紧装置分段所需要的特殊材料多。比如，其中会用到我们平时很少接触到的EQ56，57mm厚的钢板，以及EH36中40mm和30mm的钢板。这些钢板在普通的分段制作中极其少见，我们需要对钢板进行更深入的研究，以便能更好的更充分的用于分段制作中，杜绝特殊材质的钢板浪费现象。
3.2.焊接特点：由于在此分段中，厚板较多而且空间较小，我们的分段焊接量又比较大，全焊透的焊缝多，需加温到100℃以上焊接，因此会导致焊接收缩量大、较集中、易变形，除此之外还容易产生裂纹，严重影响焊接质量和平整度。
四、Super M2提升锁紧装置分段的施工
提升锁紧装置是与齿条桩腿一齐工作，把将近4000吨的石油工作平台按需求进行提升或者下降，同时在开采石油时是桩腿锁紧的重要装备。外形尺寸达到14m*2.8m*0.6m，总重30多吨，里口纵横构架密布，外部安装各种基座、电机轴套等设施。因三只桩腿设计成三个三角形的形式，共九个齿条，所以提升锁紧装置是九只同样的分段。下面我们就其中一只分段的制作来进行讨论分析：
提升锁紧装置分提升和锁紧两个部分，提升装置是每个分段内嵌入六只轴套，内装带齿轮的提升电机。九只分段共54只轴套，在提升时必须同步。锁紧装置是在海洋工作平台提升一定高度后，利用液压设备把平台与桩腿进行锁紧，防止下滑。因提升锁紧装置受力较大，全部采用厚板，而且是所有焊缝全焊透，同时要进行焊前预热与齿条要吻合，所以防止焊接变形，保证焊接质量、提高精度和平整度尤为重要。
施工步骤：
4.1前期准备
4.1.1焊材的选用。由于前面板采用的是从日本进口的EQ56、57mm厚的钢板，而轴套是铸钢件，经多次焊接试验（WPS），最后采用EQ56和EQ56，EQ56和轴套焊接，用从美国进口的林肯80焊条焊接。EQ56与DH36的材料焊接，用58-1焊条焊接，DH36与DH36的材料焊接，用J507焊材焊接。
4.1.2施工人员的配备。从各班组挑选优秀的装配、电焊工，进行培训，考试合格者发放专门的证件，才能从事该工程的作业。
4.1.3设备的准备。因为要进行焊前预热，因此需要足够数量的恒温箱和测温设备。同时，切割设备和焊接设备也必须到位。
4.1.4原材料的准备。根据图纸用料进行领用，并对每张钢板用激光经纬仪进行测量，保证原材料的平整度，精度控制在±1mm范围内，超过此范围的材料，用油压机或三蕊滚进行矫正。
4.2.施工过程
4.2.1图纸分解。熟悉、消化图纸及工艺要求，发现了一些施工过程中难以操作的问题，部分焊缝因里口空间太小，施工人员无法入内进行焊接，经过与技术人员研究商讨，修改为V型坡口，留间隙，里口贴衬垫，外口全焊透，不影响整体强度。部分位置较佳的地方，为减少焊接变形，改成K型坡口，正反两面焊接，并按要求坡口半自动切割到位。
4.2.2基座等小件预成型、预拼板。在基座等小件成型、预拼板焊接后，先进行矫正，以免小件合拢后再矫正，增加困难和应力集中。同时测量焊接收缩量，为后期施工提供依据。
4.2.3胎架的制作。采用EQ56、57mm板为基准面，制作水平胎制，保证胎架的水平面，同时保证胎架的材料比一般胎架强度大。
4.2.4面板上胎架后，利用油泵及花兰螺丝拉紧，使之与胎架靠密，并用马板固定封死。
4.2.5划线并构架装配。装配间隙不大于1.5mm，保证垂直度和水平度等，以减少焊接变形，注意装配顺序，严禁强行装配。
4.2.6提升轴套的安装。提升轴套的安装是整个装配过程中最重要的一环，既要保证6只轴套间的平面度，又要保证轴套间上下左右的距离，还要考虑焊接后的收缩变形，并且轴套与面板焊接必须加温到120-150°，焊接完成后进行600-620°的焊后热处理，所以对轴套安装的精度要求相当高。我们首先在本体上划出中心线，根据图纸尺寸把轴套的位置线、圆心全部标出，开好角尺线，每档距离另加2mm的焊接收缩量。线划好后，用半自动切割机进行开孔。因轴套安装后处于半密闭状态，无法到里口进行焊接，轴套与面板采取坡口单面焊双面成型的焊接方法，又因为反面成型不佳，坡口间隙从3mm调整到7mm，使焊缝成型美观、饱满。在6个轴套上口平面定位时，因分段本体在焊接时产生了少量的变形，无法以板面为基准定位，我们利用激光经纬仪测量平整度，对测量数据进行分析，根据变形量，另假设了一个平面进行定位，使6只轴套上口处于同一平面上。
4.2.7测量。精度控制是提升锁紧装置制作中最重要环节之一，始终贯穿与整个制作过程中。在测量中，利用激光经纬仪、水平仪等测量仪器，每天对产品尺寸进行测量，每日最少两次，记录测量数据，分析研究。因提升锁紧装置分段是箱体形的，一旦产生变形后，很难矫正还原，所以测量始终贯穿整个分段的制作过程中，每道工序前、施工中、施工后都对分段重要部位进行测量，特别是在焊接过程中，因焊缝集中、焊接量大、易产生焊接变形，如发现焊接变形超过一定的公差后，对原因进行分析，马上停止正面焊接，从反面再进行焊接，以产生反向变形来修正前面的变形，周而复始，来控制和减少分段的焊接变形。
4.3提升锁紧装置的底座施工
提升、锁紧装置底座已经进入施工阶段了，必须引起足够的重视，对于提升、锁紧底座焊接质量及变形的控制尤为重要，如若不然，势必会影响到整个提示锁紧系统的工作。因此在分段施工之前及施工之中必须做到以下方面要求：
4.3.1.焊接要求要严格按照WPS的规范，焊材必须匹配。
4.3.2.装配、焊接人员必须进行严格的培训，通过考试具备一定的资质方可使用。
4.3.3.各种施工设备的准备，尤其对焊接设备、测量设备、加温设备等特殊设备的准备必须充分。
4.3.4.在分段制作中，必须保持对材料的追溯，即每个零件的材质、船级社、钢号等都要有准确无误的记录。
4.3.5.在分段制作中，必须保持对焊缝的追溯，即每条焊缝必须具有资质焊工的姓名、焊工号、焊缝编号等记录。
4.3.6.在分段制作全过程中，必须十分熟悉图纸、工艺文件等技术要求。
4.3.7.由于该分段的特殊性，在制作该分段时，所用的胎架结构必须强于一般胎架。
4.3.8.关于图纸中坡口的开设情况，应由原先的变形较大的V型坡口改成K型的剖口，以便减小变形。
4.3.9.在制作过程中，应不断对分段结构进行测量、数据记录，并进行分析调整，以便能及时发现不够完美之处，及时纠正。

五、结束语
Super M2的提升锁紧装置的制作与安装对整个Super M2来说是举足轻重的，然而Super M2的制作成功对南通中远船务以及中远船务集团来说，意义更是深远的。2010年6月29日，中远船务为美国Remedial Offshore公司建造的世界首艘带自航能力的自升式海洋平台Super M2在南通中远船务成功交付。这是中远船务继2009年年底成功交付自行设计建造的世界首座最先进超深水海洋钻探储油平台SEVAN 650之后，又一个自行设计、建造并顺利交付的创新型海工产品。Super M2多功能自升式海洋平台属于海洋平台中的新型专利产品，配备先进的动力定位系统，具备自航能力。一般自升式海洋平台不具备自航能力，服务领域受到一定的限制，若远距离移泊需借助其他大型半潜船舶。Super M2同时配备先进的海上作业装备，其主要功能是为海洋钻井平台提供修井、完井等辅助服务，能最大程度地提高海洋石油的开采率，并可作为自升式起重平台使用，为其他海上工程装备提供配套服务。其结构建造的核心技术——海洋钻井平台桩腿“齿条总成”项目的创新研究填补了国内空白。今年5月，该平台在东海海域成功进行了平台升降等关键项目功能试验，各项技术指标均达到设计要求，得到了船东的高度评价。Super M2多功能自升式海洋工作平台的成功交付，标志着中远船务在海洋工程建造领域实现了从近海到深海的全覆盖，且相同类型的产品都有关键技术的创新，一些产品已处于世界同行业领先水平。