陳伶翔，莫 剛，朱見華

(招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 南通 226116)

0 引 言

在近幾十年的時間中，世界上有五十多個國家和地區(qū)共計建設(shè)約7 000座海洋平臺[1]，越來越多的海洋平臺達到設(shè)計壽命，為保證海洋石油生產(chǎn)安全、保護海洋環(huán)境，需要對達到設(shè)計壽命的平臺進行拆解。海洋平臺的拆除模塊質(zhì)量往往較大，在吊運過程中對拆解平臺的穩(wěn)性影響較大，為保持平臺作業(yè)的安全性，尤其在脫鉤狀態(tài)下，目標平臺必須具備快速調(diào)載的能力，以保證平臺的穩(wěn)性平衡。

起重作業(yè)過程中的配載方案需要同時考慮起重作業(yè)流程和壓載系統(tǒng)配置，以保證目標平臺核心功能的順利實現(xiàn)。主要根據(jù)起重作業(yè)的要求和目標平臺的船型特點，確定主要艙室和調(diào)載系統(tǒng)的布置，針對典型起重拆解作業(yè)工況，給出合理配載方案，并進行平臺穩(wěn)性校核。

1 半潛式起重拆解平臺

半潛式起重拆解平臺作為海上導(dǎo)管架平臺退役拆解的主要作業(yè)平臺，集起重、居住、運輸?shù)裙δ苡谝惑w，并可通過搭載第三方設(shè)備實現(xiàn)水下清淤、遙控?zé)o人潛水器檢測等輔助功能。拆解平臺采用半潛式船型，左右舷下浮體和立柱采用非對稱和無橫撐設(shè)計(見圖1)，配置DP3級動力定位系統(tǒng)，起重功能通過2臺2 200 t起重機實現(xiàn)，并配置快速壓載系統(tǒng)和安全監(jiān)測系統(tǒng)。

圖1 半潛式起重拆解平臺模型

半潛式起重拆解平臺的具體參數(shù)如下：

主浮筒(Main Pontoon, MP)：長137.8 m、寬19.5 m、高12.0 m；

小浮筒(Outrigger Pontoon, OP)：長122.0 m、寬13.5 m、高12.0 m；

主浮筒立柱：長22.5 m、寬19.5 m、高18.0 m；

小浮筒立柱：長16.5 m、寬13.5 m、高18.0 m；

主甲板：長81.0 m、寬81.0 m、高42.8 m；

吃水：居住吃水20.0 m，最大工作吃水26.4 m，風(fēng)暴自存吃水17.0 m，航行吃水11.3 m。

2 橫縱傾調(diào)平方法

半潛式起重拆解平臺主要進行起重機吊載作業(yè)，在作業(yè)過程中容易使平臺發(fā)生較大的傾斜，因此需進行橫縱傾調(diào)平，常用的橫縱傾調(diào)平方法主要是在吊物另一側(cè)加平衡浮箱或者調(diào)節(jié)壓載水量。

2.1 壓載系統(tǒng)目的

在吊載作業(yè)過程中，采用調(diào)節(jié)壓載水的方法使平臺保持平衡。平臺設(shè)置壓載系統(tǒng)的主要目的[2]如下：

(1) 適應(yīng)各種裝載工況，保持適當(dāng)?shù)呐潘俊⒊运?、橫縱傾，保持一定的航行性能；

(2) 保持適當(dāng)?shù)某醴€(wěn)心高，獲得適當(dāng)?shù)膹?fù)原力臂；

(3) 減小過大的彎矩和剪切力。

2.2 壓載系統(tǒng)布置

平臺的壓載系統(tǒng)主要由普通壓載艙(Common Ballast Tank, CBT)、快速壓載艙(Quick Ballast Tank, QBT)和立柱壓載艙(Column Side Ballast Tank, CSBT)等3部分組成，壓載艙(Ballast Tank, BT)均配備單獨的進水管和排水管。

CBT布置在MP和OP中，在MP中配備4臺壓載泵，在OP中配備2臺壓載泵，通過壓載泵對CBT進行進水和排水工作。圖2為浮筒CBT布置圖。

圖2 CBT布置

QBT位于MP和OP內(nèi)部，主要通過重力快速注水，調(diào)節(jié)平臺的平衡。在排水時只能通過與CBT相連的壓載泵進行排水，這是因為外部水壓太高，無法使用空氣壓縮系統(tǒng)進行排水。圖3為浮筒QBT布置圖。

圖3 QBT布置

CSBT位于4個立柱內(nèi)，可采用重力快速進水，當(dāng)進水高于海平面時，不可再利用重力進水，此時需用壓載泵進行注水。排水時通過壓載泵或空氣壓縮機進行排載，當(dāng)艙內(nèi)水面與海平面相差26.0 m以上時，不再使用空氣壓縮機進行排水(空氣壓縮機最大工作氣壓為2.6 bar，1 bar=0.1 MPa)。當(dāng)起重機進行吊載作業(yè)時，采用CSBT進行平臺調(diào)平能夠?qū)崿F(xiàn)快速調(diào)載。圖4為CSBT布置圖。

圖4 CSBT布置

3 平臺吊載

平臺在起吊與回轉(zhuǎn)作業(yè)過程中會發(fā)生橫傾和縱傾，嚴重降低平臺在作業(yè)時的穩(wěn)性，需要通過快速調(diào)載的方法使得平臺達到平衡狀態(tài)，保持足夠的穩(wěn)性。

3.1 艏部起重機作業(yè)

基于半潛式起重拆解平臺的主尺度，運用GHS軟件進行建模，根據(jù)艙容圖在軟件里進行分艙建模，并將平臺的空船重量和重心輸入軟件。按照規(guī)范要求，在平臺起重機進行吊載作業(yè)之前，調(diào)節(jié)BT將平臺進行吊載前調(diào)平，并使吃水保持在22.0 m，隨后進行艏部起重機吊載工況的穩(wěn)性研究。

平臺在右舷配備2臺起重機，在本小節(jié)中起重機位于平臺的右舷靠近艏部位置，為了讓平臺在吊載作業(yè)時出現(xiàn)較大橫傾，將起重機吊臂向右舷側(cè)旋轉(zhuǎn)至與右舷垂直處，吊臂與水平面的夾角為75°，運用GHS軟件進行2 200 t吊載作業(yè)的模擬分析。

當(dāng)起重機進行2 200 t吊載時，若一次性將吊物直接吊起，平臺會發(fā)生較為嚴重的傾斜，此時平臺向艏部傾斜4.4°，向右舷傾斜12.3°，吃水變?yōu)?6.3 m，嚴重影響平臺安全性能，因此在起吊過程中不能一次性將吊物直接吊起，而需在吊物吊載過程中不斷調(diào)節(jié)壓載艙，使平臺保持相應(yīng)平衡。

在吊載過程中，根據(jù)BT布置及艙室進、排水方式，通過CSBT進行壓載調(diào)平。由于平臺發(fā)生右傾和艏傾，因此首先選擇左舷艉部CSBT OP2進行注水，當(dāng)艙室注滿水后，平臺仍舊出現(xiàn)艏傾1.9°，右傾6.3°；再對左舷艏部CSBT OP1進行注水，當(dāng)艙室注滿水后，平臺發(fā)生左傾，同時艏傾更加嚴重；當(dāng)調(diào)節(jié)右舷艉部CSBT MP2時，平臺達到縱向平衡，但又發(fā)生嚴重右傾。因此在吊載過程中，需同時調(diào)節(jié)4個CSBT進行平臺調(diào)平。

表1為CSBT在吊載前后平衡時壓載水量的變化。由表1可知：左舷艏部CSBT OP1壓載水增加236.5 t，左舷艉部CSBT OP2壓載水增加934.5 t，右舷艏部CSBT MP1壓載水減少1 905.2 t，右舷艉部CSBT MP2壓載水減少607.0 t。通過壓載水的變化可看出：對左舷艉部CSBT OP2進行注水，對右舷艏部CSBT MP1進行排水，能更快地將平臺進行調(diào)平。

表1 艏部起重機吊載2 200 t前后壓載水量變化 t

圖5為平臺起重機吊載2 200 t調(diào)平后的復(fù)原力臂與初穩(wěn)心高曲線。當(dāng)橫傾角小于10°時，復(fù)原力臂較??；當(dāng)橫傾角達32.5°時，復(fù)原力臂達到最大值，約16.0 m。在本工況中平臺的初穩(wěn)心高約4.9 m，平臺具有良好的抵抗傾斜力矩的能力。

圖5 艏部起重機吊載2 200 t時穩(wěn)性曲線

3.2 艉部起重機作業(yè)

在本小節(jié)中，起重機位于平臺的艉部右舷側(cè)，運用GHS軟件對起重機2 200 t吊載作業(yè)進行模擬分析，此時起重機吊臂旋轉(zhuǎn)至右舷外側(cè)并與右舷垂直，吊臂仰角為75°，通過壓載水將吊載前的平臺調(diào)平，此時平臺吃水保持在22.0 m。當(dāng)2 200 t吊物全部被平臺艉部的起重機吊起時，由于重量及重心有較大變化，因此平臺發(fā)生較為嚴重的傾斜，此時平臺向艉部傾斜5.0°，向右舷傾斜12.5°，吃水變?yōu)?6.0 m，嚴重影響平臺的穩(wěn)性，因此需分階段進行吊載，同時不斷調(diào)節(jié)壓載水，使平臺處于持續(xù)平衡狀態(tài)。

根據(jù)艏部起重機作業(yè)時壓載水的壓載方案，對艉部起重機作業(yè)也采用CSBT進行調(diào)載，通過GHS軟件對4個CSBT進行調(diào)平后的壓載水量變化如表2所示。艏部左舷CSBT OP1壓載水增加848.2 t，艉部左舷CSBT OP2壓載水增加351.8 t，艏部右舷CSBT MP1壓載水減少460.7 t，艉部右舷CSBT MP2壓載水減少1 988.8 t。通過壓載水的調(diào)節(jié)可以看出：當(dāng)平臺向艉部右舷傾斜時，對艉部右舷的壓載艙進行排水，并同時對艏部左舷的壓載艙進行注水，能夠更快地將平臺進行調(diào)平。

表2 艉部起重機吊載2 200 t前后壓載水量變化 t

通過壓載艙進行調(diào)平后，得出平臺的復(fù)原力臂和初穩(wěn)心高(見圖6)。在橫傾角為32°時，復(fù)原力臂達到最大值16.0 m，初穩(wěn)心高為4.5 m。與艏部起重機在相同吊重作業(yè)時相比，初穩(wěn)心高減小0.3 m，而復(fù)原力臂并未出現(xiàn)較為明顯的變化，因此在艉部起重機進行吊載作業(yè)時平臺同樣具有良好的抵抗傾斜力矩的能力。

圖6 艉部起重機吊載2 200 t時穩(wěn)性曲線

3.3 雙起重機聯(lián)合作業(yè)

在吊載超過2 200 t時，雙起重機進行4 200 t聯(lián)合作業(yè)。在吊載前，將起重機吊臂向右舷側(cè)旋轉(zhuǎn)至與右舷垂直處，吊臂仰角為75°，運用GHS軟件通過壓載水將平臺調(diào)平，此時平臺吃水約22.0 m。

在艏部與艉部2臺起重機進行聯(lián)吊的過程中，由計算可知平臺縱向傾斜較小，只向艉部傾斜約0.4°，可通過向艏部CSBT加注壓載水進行調(diào)節(jié)。在聯(lián)吊過程中，平臺向右舷傾斜嚴重，右傾角約18.4°，在聯(lián)吊過程中，需同時調(diào)節(jié)CSBT的壓載水量使平臺在作業(yè)過程中保持平衡。

在整個吊載過程中，仍舊對CSBT中的壓載水進行調(diào)節(jié)。表3為起重機聯(lián)吊4 200 t前后壓載水量的變化。由表3可知：在整個吊載過程中，左舷艏部CSBT OP1與左舷艉部CSBT OP2中的壓載水均有所增加，將平臺向左舷壓載，降低平臺右傾角，2個艙室壓載水增加2 678.7 t；右舷艏部CSBT MP1與右舷艉部CSBT MP2中的壓載水減少，排出壓載水4 243.2 t。通過對4個CSBT的調(diào)載，平臺趨于平衡，保持良好的穩(wěn)性。

表3 雙起重機聯(lián)吊4 200 t前后壓載水量變化 t

在聯(lián)吊過程中，平臺復(fù)原力臂及初穩(wěn)心高如圖7所示。在吃水為22.0 m的工況下，雙起重機吊載調(diào)平后，平臺復(fù)原力臂為13.8 m，與單起重機作業(yè)時相比變化明顯。平臺初穩(wěn)心高為1.4 m，與單起重機作業(yè)時的初穩(wěn)心高相比減少3.2～3.5 m。

圖7 聯(lián)吊4 200 t在吃水22.0 m時穩(wěn)性曲線

雙起重機聯(lián)合作業(yè)時的穩(wěn)性較單起重機作業(yè)時變差，而且由于初穩(wěn)心高降低，平臺的復(fù)原力臂也有所降低，因此在4 200 t吊載工況下，平臺抵抗傾斜力矩的能力較單起重機作業(yè)時變差。

在本工況中，由于吊物重4 200 t，且吊物垂向重心高度較高，因此初穩(wěn)心高降低，使得平臺穩(wěn)性降低。為提高平臺的穩(wěn)性，向平臺浮筒內(nèi)的壓載艙加注壓載水，降低平臺在聯(lián)吊時的垂向重心高度以增大平臺初穩(wěn)心高，此時平臺吃水增大至24.0 m。平臺在吃水為24.0 m時吊載4 200 t 的復(fù)原力臂及初穩(wěn)心高如圖8所示。當(dāng)降低平臺垂向重心后，平臺初穩(wěn)心高增大至3.7 m，復(fù)原力臂增大至14.8 m。因此，在聯(lián)吊時降低平臺重心垂向位置能夠增大平臺復(fù)原力臂和初穩(wěn)心高，讓平臺有更好的抵抗傾斜力矩的能力。

圖8 聯(lián)吊4 200 t在吃水24.0 m時穩(wěn)性曲線

4 結(jié) 論

對半潛式起重拆解平臺起重機吊載作業(yè)過程進行研究，得出如下結(jié)論：

(1) 當(dāng)?shù)跷镙^重時需分階段進行吊載，防止平臺在吊載過程中發(fā)生嚴重的傾斜。

(2) 在平臺艙室布置中，CSBT通過重力進水方式和空氣壓縮方式實現(xiàn)快速進水與排水，因此在吊載作業(yè)中，同時采用4個CSBT進行調(diào)節(jié)，能夠降低平臺調(diào)平時的操作難度、提高吊載作業(yè)的工作效率、保證平臺的穩(wěn)性平衡。

(3) 在3種吊載過程中，平臺均具有一定的抵抗傾斜力矩的能力，但是當(dāng)?shù)踺d為4 200 t時，平臺的初穩(wěn)心高較低，抵抗傾斜力矩的能力變差，因此當(dāng)?shù)跷镙^重時，盡可能降低平臺的垂向重心可有效增大平臺的初穩(wěn)心高，保證平臺的穩(wěn)性平衡。