程友明

（上海振華重工集團(tuán)股份有限公司，上海 200125）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，石油資源的需求量日趨增大。石油的開(kāi)采由陸地到淺海，再到深海，這是一個(gè)大趨勢(shì)。而海洋平臺(tái)作為海洋油氣資源勘探、開(kāi)發(fā)的主要裝備，其市場(chǎng)的需求也日趨強(qiáng)盛。

1 海洋平臺(tái)的重量控制的重要性

海洋平臺(tái)的總重量，由空平臺(tái)重量和可變載荷兩大部分組成。

按IMO、ABS規(guī)范，空船重量是指整個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)重量，連同安裝的機(jī)械、設(shè)備和舾裝，包括固定壓載、備件以及機(jī)械和管系中正常工作液面的各種液體的重量，但不包括液艙的油水等。可變載荷包括壓載水、可移動(dòng)設(shè)備重量、油水食品、鉆井材料等消耗品和鉆臺(tái)鉆井載荷?？勺冚d荷是衡量平臺(tái)作業(yè)水平和作業(yè)效率的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一。

平臺(tái)的排水量分成空平臺(tái)重量和可變載荷兩部分。在平臺(tái)主尺度不變的情況下，排水量隨著吃水的不同而不同。若排水量一定，空平臺(tái)重量的增加，勢(shì)必降低平臺(tái)可變載荷的數(shù)值。對(duì)于外伸懸臂梁自升式平臺(tái)，如果空平臺(tái)重量的變化超出設(shè)計(jì)范圍，也勢(shì)必影響到外伸懸臂梁縱向和橫向外伸的極限值。對(duì)于坐底式和自升式平臺(tái)穩(wěn)性計(jì)算中，空平臺(tái)的重量和重心也是穩(wěn)性決定性的因素。因此，在海洋平臺(tái)各個(gè)設(shè)計(jì)階段和建造階段，控制平臺(tái)的重量始終是工作的重點(diǎn)。把空平臺(tái)重量控制在方案設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)估的范圍之內(nèi)，不僅能確保可變載荷滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，而且也能確保整個(gè)平臺(tái)的浮態(tài)、穩(wěn)性及鉆井等各項(xiàng)性能指標(biāo)。

2 海洋平臺(tái)的重量控制方法和措施

控制海洋平臺(tái)的重量，貫穿于基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)建造各個(gè)階段，使重量的變化在設(shè)計(jì)預(yù)估的范圍之內(nèi)，以確?？勺冚d荷滿足設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。

1）在基本和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，在確保海洋平臺(tái)功能使用和安全的前提下，簡(jiǎn)化設(shè)備，從總體、結(jié)構(gòu)、舾裝、輪機(jī)（包括管系）、電氣、鉆井和冷空通風(fēng)各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少冗余布置設(shè)計(jì)，以降低冗余重量。在不影響強(qiáng)度的前提下，盡可能地采用輕質(zhì)材料。如管系專(zhuān)業(yè)，采用玻璃管替代鋼管；如對(duì)飛機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，用鋁合金替代鋼結(jié)構(gòu)；如舾裝專(zhuān)業(yè)，用鋁合金梯替代鋼梯，用鋁合金格柵替代鋼格柵；如電氣專(zhuān)業(yè)，盡可能采用鋁合金電纜托架，等等。

2）在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，對(duì)平臺(tái)主體工作區(qū)域及生活樓的設(shè)備、管線、電纜和冷通風(fēng)空調(diào)管線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)備布置，優(yōu)化電纜、管線合理走向，使管線和電纜走向的路徑最短、最優(yōu)，以降低管線和電纜的重量。

3）在生產(chǎn)建造階段，嚴(yán)格控制材料代用。若確是現(xiàn)場(chǎng)需要，應(yīng)盡可能地采用同等材質(zhì)、同等強(qiáng)度、同等重量的代用材料。在建造中，不得隨意添加肘板、墊板、管支架等。嚴(yán)格控制焊角的大小。對(duì)于完工后用過(guò)的吊碼、臨時(shí)支撐、墊板等必須拆除，以減少不必要的重量。

在平臺(tái)狹小的空間內(nèi)，管線和電纜貫穿平臺(tái)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。以下內(nèi)容將談及管線及電纜貫穿的結(jié)構(gòu)開(kāi)孔，介紹既不降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又能控制結(jié)構(gòu)重量不顯著增加的方法。

3 結(jié)構(gòu)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法比較

1）未開(kāi)孔梁截面模數(shù)的計(jì)算（圖1和表1）

圖1 梁截面

表1 梁截面剖面模數(shù)計(jì)算表

2）開(kāi)孔加強(qiáng)后梁截面模數(shù)和結(jié)構(gòu)重量變化的計(jì)算（圖2和表2）

圖2 梁截面及梁正視圖

表2 梁截面剖面模數(shù)計(jì)算表

同等規(guī)格的梁，由計(jì)算表表1和表2可知，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)后，梁截面模數(shù)雖然比開(kāi)孔前略有增加，但結(jié)構(gòu)重量比開(kāi)孔前減輕了。

3）開(kāi)孔加強(qiáng)后梁截面模數(shù)和結(jié)構(gòu)重量變化的計(jì)算（圖3和表3）

圖3 梁截面及梁正視圖

表3 梁截面剖面模數(shù)計(jì)算表

同等規(guī)格的梁，由計(jì)算表表2和表3分析得知，如果梁開(kāi)孔后按方法3）進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，梁的截面模數(shù)雖然比未開(kāi)孔前提高了，但結(jié)構(gòu)單個(gè)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的重量卻增加了10 kg以上。

4 結(jié)論

在海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為拓寬平臺(tái)內(nèi)工作和生活的空間，創(chuàng)造良好的環(huán)境，可對(duì)設(shè)備、管系、電纜和通風(fēng)空調(diào)管路的布置進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，為彌補(bǔ)對(duì)平臺(tái)主結(jié)構(gòu)的破壞，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的同時(shí)，更應(yīng)注重對(duì)平臺(tái)的空船重量的控制。

[1] 孫東昌,潘斌. 海洋自升式移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2008.

[2] 顧樸,鄭芳懷,謝惠玲. 材料力學(xué)[M]. 北京:高等教育出版社,1984.

[3] 劉海霞. 深海半潛式鉆井平臺(tái)的重量控制探述[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2011(06).

[4] ABS. Rules for Building and Classing Steel Vessel[Z].2009.

[5] IMO. 海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)構(gòu)造與設(shè)備規(guī)則[S].2001.