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        對海洋平臺重量控制及結構開孔補強的研究

        2012-02-07 10:09:44程友明
        船舶標準化工程師 2012年4期
        關鍵詞:模數(shù)重量鉆井

        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、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.

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