BOP吊装系统的制造技术

党曙昕　李宏杰

摘 要：文章针对海洋钻机配套的BOP吊装系统的生产，提出了比较合理的生产工艺，解决了BOP吊装系统生产过程中的难题，在演装中既验证了设计制造的正确性又验证了系统工作的安全性及可靠性等问题。

关键词：BOP吊装系统；BOP防喷器升降装置；采油树小车及升降机

引言

BOP吊装系统项目是国内2010年首次研发及制造，是依靠液压传动及电路系统控制的升降设备，能快速地将BOP吊装系统放置在工作平台上，上下前后移动，并能准确的到达指定位置；用于海洋平台上的采油及压井工作，实现远距离操作和自动控制，使有限的平台面积最大化被利用，实现了全自动操作。

1 结构特点

BOP吊装系统是由12个模块组成，其中BOP防喷器升降装置和采油树移动装置制造最有难度。

BOP防喷器升降装置主体是由四个立柱上端连接两个横梁，下部连接两个分体底座组成的。全高12.325米、长11.355米、宽5.405米，工作状态时，平台等其余部件要在四立柱八个方向32个滚轮中，依靠4个液缸顶起上下移动，共有40处可定位，其中8个制动销同步制动。

采油树移动装置是由采油树、采油树小车及升降机组成，采油树放置在钻井台面上，采油树小车及升降机是由内外两层高11.36米、长6.8米、宽6.936米U型框架组成，内框由分体的四部分组成，各部分间法兰面贴合，螺栓连接，上平面有两排四组轨道；外框由六部件组成，各部分间法兰面贴合，螺栓连接，上平面有两排两组轨道。当内部U型框上升至外U型框等高时，内外框上两排共6组轨道，内U型框各主腿与外U型框各主腿都有2个方向的滑动，共有16处，当需要工作时升降机从台面下上升至台面，采油树沿钻台面轨道移动到上升的升降机上，此时升降机带动采油树上下移动到指定位置，进行工作。它们之间的配合间隙需严格控制。采油树移动装置才能正常上下，前后运行。

2 制造工艺

2.1 难点一

防喷器升降装置中，主腿立柱的制造：其结构为800×800×30mm的自制方管，全长10408mm，BOP采油树小车及升降机中主腿结构为450mm*450mm的自制方管，全长11000mm，四条焊道设计为单V型45°带衬板的熔透焊，焊后要求UT并对纵向及横向裂纹进行检测，线性及平面度要求公差±2mm，这是达到理想运行的基本条件。焊接变形不仅会影响结构尺寸的准确和外形美观，而且还会加大机加，装配的累积误差，增加后续装配难度，严重时可能无法实现与相关部件的装配而报废。

解决方案：

（1）首先为防止细长型板下料过程中产生扭曲变形，采用半自动火焰切割机下料，然后用机械校平，减少下料时产生板料的平面度和直线度的误差。

（2）在组装时为保证箱体结构安装的准确性，依靠辅具，采用定位安装。由于焊缝采用V型45°坡口带衬板的熔透焊的结构，为减小焊后变形，组装时先将两侧板与底板组装成U型框，在适当位置点固增加工艺撑板，随后进行第四块板安装。撑板设计时尺寸小于方管内框的尺寸，留有机械校正的空间，撑板中间设计减重孔，既增加刚性，又减少重量。

（3）由于既要控制焊后的变形量，又要保证焊缝熔透后符合100%UT的要求，还有提高生产效率，现场采用了CO2药芯焊丝气体保护焊和埋弧焊两种方式交替进行。既可以发挥CO2药芯焊丝气体保护焊焊接变形小，电流密度高，热量集中，受热面积小，焊后变形小，又可以发挥埋弧焊高焊速和高熔敷率，利用焊剂对焊缝的脱氧反应以及渗合金作用，获得力学性能优良，致密性高的优势的焊缝金属，且焊接过程稳定，焊缝外观平整光滑，无需大量修磨即可得到优质的焊缝表面，而且改善了工人的劳动条件。

（4）将四条焊缝点固后，安装在特制的工装支撑上，在同面两条焊道上间断施焊，焊道均布对称位置焊接，在采用埋弧焊时，将埋弧焊机安置在固定的轨道上，以保证焊道成型及焊接质量，多次翻转对称焊接，严格控制焊接参数，采用多层多道焊接代替多层单道焊接，起到热处理的作用，既细化晶粒，又提高机械性能。在机械校正与热矫正的工艺安排下减少了制造及焊接造成的超差，达到了每米1mm，全长4mm范围内的线性及平面度要求。

2.2 难点二

采油树在轨道上的移动，由于移动方式为依靠液压系统使采油树的齿与轨道上的槽啮合后前后移动，只有当升降机上升至工作台面时，内外框上两排共6组轨道，满足每排三组轨道的直线度，平面度不超过±0.5mm，两排之间的平面度，及轨道长槽之间的错位不超过±0.5mm，每排三个轨道长槽之间的误差不超过±0.5mm，采油树移动装置才能正常工作。

解决方案：在安装过程上，先安装内U型框中有导轨且连接的部分，再安装导轨无连接的两部分，最后安装完整的内框，外框的安装尺寸参考内框尺寸，便于控制轨道的平面度，直线度及内外框之间的间隙。

（1）内U型框的安装。a.对内U型框中有导轨连接的两部分分别在同一地样及工装上进行预安装，调整轨道与横梁的垂直度，两轨道之间的平面度，开档尺寸及对应孔的位置度及与外框有工作关系的滚轮面法兰的安装尺寸，为保证内外框的安装间隙，组装时法兰暂时不固定。b.对内U型框中有连接关系的两部分，进行安装，调整两组导轨的平面度及各孔之间的位置度及外形尺寸，保证两部件的外部尺寸以便于控制与外框的间隙，控制导轨上平面度及导轨上各长孔的间距尺寸后，左右两部分之间的组合关系将待外框组装尺寸到位后配装。c.内U型框四部分安装为一体，再次检测轨道的平面度，平行度及孔的位置度，并轨道内对角线的尺寸误差，无误后安装连接法兰。

（2）外U型框的安装。外框的四大部分都是由板材组装的安装于不同方向的12支矩形梁组成，每支梁都要求全熔透焊接，每三组梁组装为一个部件，高11.36m，两两部件之间有法兰连接。a.先对两部分片架进行定位安装，由于尺寸较大，安装时侧立装的安全也成为注意考虑的问题，采取人字型定位方式。将有连接关系的两片架进行预安装，吊线检查内外框各面的平面度与垂直度，在内开档尺寸满足图纸、两片架平行及外框的对角线等尺寸符合图纸要求后，将点固好横向滚轮的内框架穿入外u型框内，内框的中心线与外框的中心线重合后，以下面的滚轮定位调整上面的间隙，由于自重，下滚轮与外框内侧无间隙量，通过增大下滚轮的直径，减少上滚轮之间的间隙尺寸，此时将滚轮支座焊死，再调整纵向滚轮支座的安装位置调整到图纸要求，验证内外框间隙的均匀性；b.内框上升到一定位置时，需同步定位，验证了四部件上孔的位置，及液缸的安装位置尺寸，定位了各连接法兰的安装，待外框固定后，安装外框的横梁部分，安装定位装置及液缸到位的定位板，最后将外U型框上带有长槽的两部分导轨与内框进行组装焊接，主体结构的尺寸要求及功能才能基本满足。

为保证内外框间轨道上长槽的位置度及平面度的要求，各梁的组装加工及两两相关件之间的连接都是决定其要求的关键。

3 结束语

通过此项目的顺利制造，突破了“BOP吊装系统”的零制造业绩，在同行的竞争中增加了砝码，为企业赢得了荣誉。在制造工艺技术上，大胆采取新技术，新方法，为今后制造系列产品奠定了工艺基础。

参考文献

[1]董涛，李兴春.焊接变形的控制方法[J].现代制造技术与装备，2007（2）.

[2]高磐.焊接变形的控制与矫正[J].科技风，2011（3）.