陳小川 王鋆

摘 要：自強(qiáng)號(hào)平臺(tái)船齡35年，隨著油田生產(chǎn)計(jì)劃安排，決定進(jìn)行復(fù)原處置。自強(qiáng)號(hào)要實(shí)現(xiàn)油田復(fù)原，處置最關(guān)鍵的步驟就是修復(fù)16年沒(méi)有進(jìn)行升降作業(yè)的升降系統(tǒng)，達(dá)到安全降平臺(tái)的使用功能，這是國(guó)內(nèi)海洋工程裝備的先例。文章通過(guò)對(duì)自強(qiáng)號(hào)升降系統(tǒng)現(xiàn)狀，修復(fù)內(nèi)容、步驟、計(jì)劃、方案，風(fēng)險(xiǎn)分析的分析論述，提供了升降系統(tǒng)的修復(fù)方法和經(jīng)驗(yàn)。隨著越來(lái)越多的自升式平臺(tái)逐步接近退役，該方法將會(huì)在多個(gè)海洋石油平臺(tái)上得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自強(qiáng)號(hào) 升降系統(tǒng) 修復(fù) 實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：F416.22 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2015）08-289-03

一、升降系統(tǒng)修復(fù)背景

（一）升降系統(tǒng)修復(fù)概況

自強(qiáng)號(hào)是1979年建成使用，于1994年由美國(guó)引進(jìn)到渤海。1995年至1998年，船齡35年，自強(qiáng)號(hào)在渤海灣油田作為黑油開(kāi)采平臺(tái)。1998年由大連造船新廠(chǎng)改造，原船級(jí)是ABS，引進(jìn)后船級(jí)取消。于1998年開(kāi)始，作為生產(chǎn)支持平臺(tái)，至今已經(jīng)16年。在油田作業(yè)已延期限服役，隨著油田生產(chǎn)計(jì)劃安排，決定對(duì)自強(qiáng)號(hào)進(jìn)行復(fù)員處置。

在排除租用浮吊現(xiàn)場(chǎng)拆除等其他報(bào)廢方案后，自強(qiáng)號(hào)報(bào)廢處置最關(guān)鍵的步驟就是修復(fù)16年沒(méi)有進(jìn)行升降作業(yè)的升降系統(tǒng)，安全地將平臺(tái)降船拖航至拆船廠(chǎng)進(jìn)行處置。升降系統(tǒng)必須滿(mǎn)足可以安全平穩(wěn)地將平臺(tái)降下來(lái)，并且在緊急情況下，具備應(yīng)急升船能力。

（二）自強(qiáng)號(hào)基本情況

自強(qiáng)號(hào)為三樁腿沉墊自升式平臺(tái)，樁腿為圓柱齒輪齒條形制，直徑3.048米，單樁長(zhǎng)度77.72米，樁腿壁厚31.75毫米至63.5毫米。

平臺(tái)主尺度長(zhǎng)×寬×型深：58.22米×40.23米×4.88米;

沉墊主尺度長(zhǎng)×寬×型深：59.588米×49.99米×3.048米;

空船重量：9388噸;

航渡可變載荷：350噸;

升船后可變載荷：1350噸;

最小吃水：2.32米;

滿(mǎn)載最大吃水：2.64米;

裙板：0.61米;

沉墊回收后，與平臺(tái)間隙最小為0.46米。

二、升降系統(tǒng)現(xiàn)狀及修復(fù)內(nèi)容

（一）升降系統(tǒng)現(xiàn)狀

自強(qiáng)號(hào)海洋平臺(tái)已十多年未進(jìn)行升降作業(yè)，升降裝置因缺乏必要的維護(hù)、保養(yǎng)措施，機(jī)械結(jié)構(gòu)與液壓系統(tǒng)設(shè)備均出現(xiàn)不同程度銹蝕，各液壓、電氣元件均超過(guò)正常使用壽命，升降系統(tǒng)安全運(yùn)行存在嚴(yán)重隱患。

平臺(tái)每條樁腿有四套驅(qū)動(dòng)裝置，即四套齒輪箱馬達(dá)組件，全平臺(tái)共12套。12個(gè)齒輪箱都有一定銹蝕，銹蝕深度也不盡相同。齒輪箱內(nèi)部有一對(duì)嚙合齒輪，輸出端為開(kāi)式齒輪，輸入端為軸端法蘭，法蘭通過(guò)24個(gè)M24的螺栓連接到馬達(dá)外殼上。馬達(dá)通過(guò)支撐座連接到齒輪箱的外殼上。整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)M24的連接螺栓把齒輪箱外殼固定在圍阱區(qū)上?，F(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)齒輪箱外殼有塊狀銹蝕脫落，齒輪箱表面有直徑20mm的蝕坑，齒輪箱的固定螺栓有銹蝕。齒輪箱的現(xiàn)狀如圖1。

馬達(dá)的固定座銹蝕嚴(yán)重，馬達(dá)的油管有的爛穿，有的接口斷裂，馬達(dá)的剎車(chē)帶均有銹蝕，有的剎車(chē)帶甚至爛穿損壞，馬達(dá)的連接螺栓也有銹蝕。馬達(dá)的現(xiàn)狀如圖2。

（二）修復(fù)主要內(nèi)容

1.加裝6套齒輪鎖緊裝置。

2.拆除現(xiàn)場(chǎng)齒輪箱及液壓站電機(jī)、泵等機(jī)械設(shè)備，并送回對(duì)其進(jìn)行檢查、修復(fù)或制造。

3.對(duì)現(xiàn)有液壓馬達(dá)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，修復(fù)或購(gòu)置新馬達(dá)及剎車(chē)機(jī)構(gòu)替換原設(shè)備中的赫格隆老型號(hào)馬達(dá)及剎車(chē)機(jī)構(gòu)。

4.液壓——電控系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)及制造。

5.設(shè)備出廠(chǎng)及現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試。

6.現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)行聯(lián)調(diào)。

三、升降系統(tǒng)施工步驟

針對(duì)，自強(qiáng)號(hào)升降系統(tǒng)的現(xiàn)狀，制定了“核算、拆除、評(píng)估、修復(fù)、安裝、調(diào)試”幾大步驟如表1（見(jiàn)下頁(yè)）。

四、升降系統(tǒng)修復(fù)方案

（一）臨時(shí)鎖緊裝置

對(duì)現(xiàn)有的臨時(shí)鎖緊裝置進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行核算及結(jié)構(gòu)評(píng)估，現(xiàn)有的臨時(shí)鎖緊裝置結(jié)構(gòu)老化，安全性低，因此決定在現(xiàn)有的鎖緊裝置的基礎(chǔ)上，再增加一套新鎖緊裝置?，F(xiàn)有的臨時(shí)鎖緊裝置的圖紙如圖3所示（見(jiàn)下頁(yè)）。

新的鎖緊裝置方案采用了兩齒分開(kāi)鎖緊，獨(dú)立預(yù)緊，每套鎖緊裝置有兩齒同時(shí)嚙合受力，并可對(duì)預(yù)載進(jìn)行量化調(diào)節(jié)，使得拆卸、自存時(shí)的平臺(tái)安全性得到了有效保障。臨時(shí)鎖緊裝置的設(shè)計(jì)、制造及檢驗(yàn)全過(guò)程均應(yīng)由CCS監(jiān)控并取得相應(yīng)認(rèn)可及證書(shū)。

焊接臨時(shí)鎖定裝置的作業(yè)高度大致在距離平臺(tái)甲板3800mm左右高度，重量大約400kg。

鎖緊件材料為42CrMo，其他結(jié)構(gòu)件采用DH36材料。

臨時(shí)鎖緊裝置施工。（1）運(yùn)至平臺(tái)前支架主體部分已按照?qǐng)D紙要求焊接成“]”型，所有筋板需要現(xiàn)場(chǎng)焊接。（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況和條件，制定施工方案。（3）在大齒輪上選一合適齒，該齒位置能使臨鎖有效焊接區(qū)域最大又便于施工;劃該齒對(duì)稱(chēng)線(xiàn)，使該對(duì)稱(chēng)線(xiàn)一直延至圍阱區(qū)板上，該對(duì)稱(chēng)線(xiàn)將作為臨鎖安裝基線(xiàn)，請(qǐng)務(wù)必準(zhǔn)確。（4）裝入鎖定件上齒與鎖定件下齒，調(diào)節(jié)頂部螺栓使上、下齒不發(fā)生移動(dòng)，并安裝蓋板;吊裝“]”型支架與上、下齒，使其與圍阱區(qū)板貼合;微調(diào)“]”型支架至合適位置，使鎖定件上、下齒分界線(xiàn)與對(duì)稱(chēng)線(xiàn)重合，并使上齒靠住大齒輪;點(diǎn)焊“]”型支架到圍阱區(qū)板，使其固定于圍阱區(qū)板上，并調(diào)整臨鎖正面螺栓使上、下齒均接觸。該步驟的目的就是為了使臨鎖安裝到位，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況和條件，制定相應(yīng)工裝和方案對(duì)該步驟做適當(dāng)調(diào)整，以更好地完成安裝。（5）實(shí)焊“]”型支架于圍阱區(qū)板上，并按照?qǐng)D紙要求焊接各筋板，若圍阱區(qū)板的空間不夠焊接筋板，在圍阱區(qū)板外側(cè)外接鋼板，該鋼板將與臨鎖一起運(yùn)至平臺(tái)。（6）在鎖定件尾部壓入楔形塊，蓋上楔形塊壓板，擰緊壓板螺栓，最后擰緊楔形塊螺栓。（7）新臨時(shí)鎖定裝置焊接完畢后做焊縫檢測(cè)，合格后涂漆保護(hù)。

（二）馬達(dá)齒輪箱組件的修復(fù)

馬達(dá)齒輪箱組件包括馬達(dá)、齒輪箱、罩殼和潤(rùn)滑系統(tǒng)。修復(fù)時(shí)根據(jù)各自情況分別采用不同的修復(fù)方案。

1.馬達(dá)。馬達(dá)是整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件。平臺(tái)目前馬達(dá)為液壓柱塞式轉(zhuǎn)低速重載液壓馬達(dá)，馬達(dá)自帶剎車(chē)帶制動(dòng)器。馬達(dá)排量38000ml/r，制動(dòng)器的制動(dòng)能力為120kNm。馬達(dá)由一個(gè)固定支撐座固定在齒輪箱外殼上，輸出端為馬達(dá)外殼，通過(guò)24個(gè)M24螺栓與齒輪箱輸入法蘭連接。馬達(dá)的外形為圓柱性，外徑大約1200mm，重約1.6t。

馬達(dá)的修復(fù)主要依靠在廠(chǎng)內(nèi)進(jìn)行功能試驗(yàn)和檢測(cè)，如無(wú)法修復(fù)可送回赫格隆公司進(jìn)行換件。如需國(guó)產(chǎn)替代馬達(dá)，參數(shù)應(yīng)按照不低于原馬達(dá)能力設(shè)計(jì)，安裝接口按新馬達(dá)接口設(shè)計(jì)，符合安裝要求。但在拆除后發(fā)現(xiàn)，盡管16年沒(méi)有使用，但是馬達(dá)保存狀況很好，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單維修后，通過(guò)了功能試驗(yàn)。

2.齒輪箱。齒輪箱的主要作用是對(duì)馬達(dá)減速，傳遞扭矩給套筒齒輪，齒輪箱的罩殼并起馬達(dá)的固定支架作用。齒輪箱通過(guò)M24螺栓固定到圍阱區(qū)上，開(kāi)式齒輪穿過(guò)圍阱區(qū)上的安裝口與套筒大齒輪嚙合。

齒輪箱的恢復(fù)有兩種方案，優(yōu)先采用的為修補(bǔ)復(fù)原，利用現(xiàn)有的齒輪箱作為毛胚，在上面覆層并加工的方式修復(fù)。第二種方案為全新設(shè)計(jì)制造，按照拆卸下來(lái)的齒輪箱設(shè)計(jì)減速比一致、外形接口一致的齒輪箱，材料選用不低于進(jìn)口齒輪箱的強(qiáng)度材料，保證強(qiáng)度及使用壽命。

（1）齒輪箱修補(bǔ)復(fù)原。齒輪的修復(fù)主要采取激光熔覆的技術(shù)。激光熔覆技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：激光熔覆層與零件本體呈冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高;激光熔覆層比零件本體具有更好的性能，使用壽命更長(zhǎng);修復(fù)后的零件變形小，后續(xù)加工余量小，在精度要求不高的情況下可免加工;激光熔覆材料廣泛，可根據(jù)要求靈活選擇。

激光熔覆技術(shù)滿(mǎn)足齒輪修復(fù)的各方面質(zhì)量要求。為保證齒輪副的接觸強(qiáng)度，熔覆金屬層的硬度應(yīng)該比現(xiàn)有本體的硬度稍高，齒輪副的材料應(yīng)該不同并且小齒輪的硬度比大齒輪的硬度高30HB左右，由于齒面硬度現(xiàn)場(chǎng)未測(cè)量，通過(guò)計(jì)算接觸強(qiáng)度和查閱相關(guān)資料初定大齒輪的表面硬度為320HB～350HB，小齒輪硬度大于360HB。齒輪箱外殼對(duì)于銹蝕深度不超過(guò)3mm的區(qū)域可以直接采取表面噴砂除銹再重新噴涂防護(hù)的形式恢復(fù)，對(duì)于點(diǎn)坑銹蝕面較大區(qū)域需要采取堆焊加厚的形式恢復(fù)。齒輪軸的修復(fù)同樣主要采取激光熔覆的技術(shù)，滑動(dòng)軸承的修復(fù)根據(jù)實(shí)際情況采取換件或者高分子材料修復(fù)技術(shù)。

齒輪的修復(fù)過(guò)程主要包括齒輪的投影測(cè)量、逆向出圖、除銹、拋出金屬本色、清洗、干燥、配金屬粉末、激光熔覆、加工等過(guò)程。齒輪箱零部件修復(fù)后做檢驗(yàn)，合格后再組裝。

（2）棘輪棘爪逆止器。為保證下放的安全，在原來(lái)的減速機(jī)輸入法蘭上焊接一套棘輪，在馬達(dá)安裝底座上焊接棘爪座。棘輪的模數(shù)60，棘輪齒數(shù)20，棘輪寬度90。棘爪寬度100，危險(xiǎn)截面高度60。棘齒偏斜角15°，齒頂高45，棘爪工作面長(zhǎng)度90。每個(gè)法蘭上有一套逆止器，共12套，棘輪棘爪機(jī)構(gòu)強(qiáng)度有足夠能力制動(dòng)整個(gè)平臺(tái)。

3.罩殼。齒輪箱的罩殼修復(fù)主要是堆焊修補(bǔ)、在不影響安裝的區(qū)域增加筋板的方式進(jìn)行修復(fù)。重點(diǎn)修復(fù)區(qū)域?yàn)镸24螺栓接口處，為保證修復(fù)后的尺寸，該螺栓孔需要進(jìn)行加工。

4.潤(rùn)滑系統(tǒng)。目前機(jī)械設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)缺乏維護(hù)，原潤(rùn)滑管路已完全失效?？紤]自提升裝置修復(fù)后使用次數(shù)有限，機(jī)械系統(tǒng)的潤(rùn)滑全部采用手動(dòng)潤(rùn)滑方式。

（三）液壓系統(tǒng)的方案

根據(jù)調(diào)研情況，原液壓系統(tǒng)的大部分管路和元件已經(jīng)失效，且元件無(wú)法在市場(chǎng)上找到替代品。

液壓回路泵源由雙聯(lián)泵控制，主泵控制馬達(dá)主回路，副泵控制馬達(dá)的剎車(chē)回路。液壓系統(tǒng)采用比例控制閥控制，配置平衡閥具有一定的抗沖擊及穩(wěn)定性，出于安全考慮系統(tǒng)能限制平臺(tái)的最大升降速度，避免超速使平臺(tái)遭到破壞。

液壓系統(tǒng)配備有獨(dú)立的電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備動(dòng)作要求，同時(shí)可輸出液壓系統(tǒng)的壓力等運(yùn)行信號(hào)，供設(shè)備整體性能分析使用。

1.液壓管線(xiàn)。液壓裝置鋼管采用普通碳鋼鋼管，鋼管直徑、壁厚等按船用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算確定。軟管根據(jù)工作壓力和使用狀態(tài)具體配置，在管路各部分的最高和最低位置上分別設(shè)有排氣和放油設(shè)備，以保證液壓油中的氣體和污油順利排放。

中間管線(xiàn)采用高壓軟管連接。

根據(jù)設(shè)備使用的環(huán)境，液壓系統(tǒng)介質(zhì)使用VG46抗磨液壓油，油液顆粒度為NAS16387級(jí);

2.電控設(shè)備。根據(jù)勘察情況，電氣元件均為70年代產(chǎn)品，部分控制回路采用單片機(jī)、電路板等老式部件。更換元件均較難采購(gòu)。該套控制系統(tǒng)部分傳感器遺失，加上原液壓系統(tǒng)恢復(fù)困難，恢復(fù)意義不大。電控設(shè)備根據(jù)新液壓系統(tǒng)進(jìn)行配置。

3.電控系統(tǒng)。具有樁腿單元的控制邏輯、數(shù)據(jù)采集、平臺(tái)狀態(tài)監(jiān)控、故障報(bào)警等功能，進(jìn)行樁腿的升降，各主電機(jī)的啟停和功能切換。

（1）速度檢測(cè)以及同步問(wèn)題。在平臺(tái)上升或者下降過(guò)程中，通過(guò)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)計(jì)量感應(yīng)脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算平臺(tái)上升或者下降速度，PLC通過(guò)PWM方式把接受的開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號(hào)，調(diào)節(jié)比例換向閥開(kāi)度來(lái)改變閥的流量以實(shí)現(xiàn)樁腿的速度同步，同時(shí)將規(guī)定時(shí)間內(nèi)感應(yīng)開(kāi)關(guān)感應(yīng)的齒數(shù)與設(shè)定值比較，如果比設(shè)定值大并且超過(guò)安全值，則產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并停止工作。

（2）控制臺(tái)門(mén)板嵌有HMI顯示單元，能夠直觀(guān)的觀(guān)察3個(gè)樁腿下降的高度以及壓力和液位等狀態(tài)信息。

（3）應(yīng)急系統(tǒng)。為了防止PLC系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，在樁邊控制柜中設(shè)計(jì)了一套手動(dòng)控制系統(tǒng)，搭建一個(gè)包括報(bào)警功能在內(nèi)的繼電器電路，這套系統(tǒng)能在自動(dòng)系統(tǒng)失效的情況下，通過(guò)手動(dòng)操作完成平臺(tái)的升降和報(bào)警功能。

（四）調(diào)試

調(diào)試作業(yè)前，完成相關(guān)的電氣、液壓、閥門(mén)狀態(tài)等的檢查工作。

布置樁邊作業(yè)人員，隨時(shí)觀(guān)察鎖緊裝置及齒輪箱、齒輪齒條、馬達(dá)狀態(tài)。

單樁進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)，提升平臺(tái)，觀(guān)察各樁載荷變化情況，同時(shí)檢查鎖緊裝置及齒輪箱、齒輪齒條、馬達(dá)狀態(tài)。

三樁點(diǎn)動(dòng)后，靜載觀(guān)察至少24小時(shí)，在此過(guò)程中平臺(tái)應(yīng)無(wú)下降。并做好值班巡檢工作，保證平臺(tái)安全。

進(jìn)行三樁聯(lián)調(diào)工作，確保三樁動(dòng)作同步。

調(diào)試完成后，操作液壓系統(tǒng)，鎖緊剎車(chē)帶。

五、研究結(jié)論

首先，自強(qiáng)號(hào)平臺(tái)系統(tǒng)修復(fù)是自強(qiáng)號(hào)順利復(fù)員報(bào)廢的先決條件，修復(fù)后的性能的優(yōu)劣直接影響平臺(tái)的安全降船拖航。

其次，通過(guò)對(duì)自強(qiáng)號(hào)升降系統(tǒng)現(xiàn)狀，修復(fù)內(nèi)容、步驟、計(jì)劃、方案，風(fēng)險(xiǎn)分析的分析論述，提供了類(lèi)似結(jié)構(gòu)的升降系統(tǒng)的修復(fù)方案和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)同類(lèi)項(xiàng)目提供一定的借鑒意義。

第三，隨著越來(lái)越多的自升式平臺(tái)逐步接近退役，該方法將會(huì)在多個(gè)海洋石油平臺(tái)上得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004

（作者單位：中海油能源發(fā)展股份有限公司 天津 300452）

（責(zé)編：賈偉）