對海洋平臺重量控制及結構開孔補強的研究

程友明

（上海振華重工集團股份有限公司，上海 200125）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟和科學技術的高速發(fā)展，石油資源的需求量日趨增大。石油的開采由陸地到淺海，再到深海，這是一個大趨勢。而海洋平臺作為海洋油氣資源勘探、開發(fā)的主要裝備，其市場的需求也日趨強盛。

1 海洋平臺的重量控制的重要性

海洋平臺的總重量，由空平臺重量和可變載荷兩大部分組成。

按IMO、ABS規(guī)范，空船重量是指整個平臺的結構重量，連同安裝的機械、設備和舾裝，包括固定壓載、備件以及機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?？勺冚d荷包括壓載水、可移動設備重量、油水食品、鉆井材料等消耗品和鉆臺鉆井載荷?？勺冚d荷是衡量平臺作業(yè)水平和作業(yè)效率的關鍵技術指標之一。

平臺的排水量分成空平臺重量和可變載荷兩部分。在平臺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，空平臺重量的增加，勢必降低平臺可變載荷的數(shù)值。對于外伸懸臂梁自升式平臺，如果空平臺重量的變化超出設計范圍，也勢必影響到外伸懸臂梁縱向和橫向外伸的極限值。對于坐底式和自升式平臺穩(wěn)性計算中，空平臺的重量和重心也是穩(wěn)性決定性的因素。因此，在海洋平臺各個設計階段和建造階段，控制平臺的重量始終是工作的重點。把空平臺重量控制在方案設計時預估的范圍之內(nèi)，不僅能確?？勺冚d荷滿足設計指標，而且也能確保整個平臺的浮態(tài)、穩(wěn)性及鉆井等各項性能指標。

2 海洋平臺的重量控制方法和措施

控制海洋平臺的重量，貫穿于基本設計、詳細設計、生產(chǎn)設計及生產(chǎn)建造各個階段，使重量的變化在設計預估的范圍之內(nèi)，以確?？勺冚d荷滿足設計性能指標。

1）在基本和詳細設計階段，在確保海洋平臺功能使用和安全的前提下，簡化設備，從總體、結構、舾裝、輪機（包括管系）、電氣、鉆井和冷空通風各專業(yè)進行優(yōu)化設計，減少冗余布置設計，以降低冗余重量。在不影響強度的前提下，盡可能地采用輕質(zhì)材料。如管系專業(yè)，采用玻璃管替代鋼管；如對飛機平臺結構，用鋁合金替代鋼結構；如舾裝專業(yè)，用鋁合金梯替代鋼梯，用鋁合金格柵替代鋼格柵；如電氣專業(yè)，盡可能采用鋁合金電纜托架，等等。

2）在生產(chǎn)設計階段，對平臺主體工作區(qū)域及生活樓的設備、管線、電纜和冷通風空調(diào)管線進行優(yōu)化設備布置，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，嚴格控制材料代用。若確是現(xiàn)場需要，應盡可能地采用同等材質(zhì)、同等強度、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。嚴格控制焊角的大小。對于完工后用過的吊碼、臨時支撐、墊板等必須拆除，以減少不必要的重量。

在平臺狹小的空間內(nèi)，管線和電纜貫穿平臺強結構。以下內(nèi)容將談及管線及電纜貫穿的結構開孔，介紹既不降低結構強度又能控制結構重量不顯著增加的方法。

3 結構開孔補強方法比較

1）未開孔梁截面模數(shù)的計算（圖1和表1）

圖1 梁截面

表1 梁截面剖面模數(shù)計算表

2）開孔加強后梁截面模數(shù)和結構重量變化的計算（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)計算表

同等規(guī)格的梁，由計算表表1和表2可知，開孔補強后，梁截面模數(shù)雖然比開孔前略有增加，但結構重量比開孔前減輕了。

3）開孔加強后梁截面模數(shù)和結構重量變化的計算（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)計算表

同等規(guī)格的梁，由計算表表2和表3分析得知，如果梁開孔后按方法3）進行結構補強，梁的截面模數(shù)雖然比未開孔前提高了，但結構單個開孔補強的重量卻增加了10 kg以上。

4 結論

在海洋平臺設計過程中，為拓寬平臺內(nèi)工作和生活的空間，創(chuàng)造良好的環(huán)境，可對設備、管系、電纜和通風空調(diào)管路的布置進行優(yōu)化。同時，為彌補對平臺主結構的破壞，在進行結構補強的同時，更應注重對平臺的空船重量的控制。

[1] 孫東昌,潘斌. 海洋自升式移動平臺設計與研究[M].上海:上海交通大學出版社,2008.

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

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

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

[5] IMO. 海上移動式鉆井平臺構造與設備規(guī)則[S].2001.