唐艷芬

摘要：工業(yè)鍋爐的運行數(shù)據(jù)能直接反映運行的實際狀態(tài)和系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，因此對鍋爐安全運行和節(jié)能系統(tǒng)進行監(jiān)測意義重大。文章以通用型工業(yè)鍋爐遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測的要求為依據(jù)，對數(shù)據(jù)采集裝置進行了探討，以期能實現(xiàn)鍋爐運行數(shù)據(jù)的實時采集和無限傳輸，提升鍋爐運行水平。

關鍵詞：通用型工業(yè)鍋爐；節(jié)能減排；遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集裝置；運行數(shù)據(jù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP274 文章編號：1009-2374（2016）11-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.007

在海洋石油開采領域中，近海石油開采占據(jù)主要地位，而自升式居住平臺可為其提供長久的人員居住及其他支持服務。隨著海洋石油工程的發(fā)展，其市場需求持續(xù)增長。近年來，上海振華重工（集團）股份有限公司大力發(fā)展海洋工程裝備，尤其在自升式平臺方面取得了令人稱贊的業(yè)績，包括自升式鉆井平臺、自升式風電安裝平臺、自升式拋石整平平臺。而自升式居住平臺是振華重工又一新的海工產品。2014年公司成功中標阿布扎比國家石油建筑公司的自升式居住平臺設計、采購、建造總包項目（以下簡稱NPCC項目）。

文章從平臺的主船體、樁腿樁靴、直升機平臺等方面介紹了平臺結構設計的具體優(yōu)化措施。

1 概述

1.1 平臺概況

NPCC自升式居住平臺建成后將被用于阿拉伯灣海域作業(yè)，用于對油氣田的維護及人員居住。平臺主要由1個主船體、4個三角形桁架式樁腿及帶錐尖樁靴、4套電動齒輪抬升系統(tǒng)、1個生活樓及1個直升機平臺組成。主甲板上配備2臺起重機，主起重機起重能力200t，輔起重機起重能力30t。平臺能容納217人居住，配備足夠的燃油、水、電力、食物等供工作人員使用21天。平臺作業(yè)水深為40m，最低設計溫度為-10℃，設計使用壽命20年。平臺側視圖和俯視圖如圖1和圖2所示：

1.2 主要參數(shù)

1.3 船級、規(guī)范、規(guī)則及掛旗

平臺入籍ABS船級社，根據(jù)ABS MODU規(guī)范2014版及最新的IMO等國際規(guī)則進行設計，建造滿足ABS驗船師的檢驗。

船籍符號： A1 Self-Elevating Unit，Accommodation Service，Arabian Gulf Service

掛旗：United Arab Emirates

2 平臺結構優(yōu)化設計

2.1 主船體結構優(yōu)化

2.1.1 主結構開孔優(yōu)化布置。該居住平臺的主結構存在大量通風、管系和電纜開孔。原設計中部分焊縫布置與這些開孔重疊，如圖3所示，組成尾部圍井區(qū)結構外壁的FR15橫艙壁上剛好有一條水平焊縫穿過通風管開孔。這種設計在開孔和焊縫交接處容易產生缺陷。而主結構是平臺主要受力結構，應力較高，失效后果嚴重，且開孔（尤其是矩形開孔）附近存在明顯的應力集中現(xiàn)象，一旦焊縫產生缺陷，裂紋就容易擴展，對結構非常不利。因此在設計過程中，著重考慮了焊縫和開孔的干涉問題，對焊縫布置進行了優(yōu)化，讓其避開開孔，如圖4所示。

2.1.2 減少對結構不利的開孔。在圍井區(qū)域布置有較多的小的艙室，按照ABS MODU規(guī)范需開設600×800的人孔，由于骨材間距是500mm，這樣就會造成骨材間斷破壞結構連續(xù)性，而這些艙室在平臺實際使用中一般是不會進去的，因此將這些開孔設置為400×600的臨時孔，建造完成后用鋼板將其封閉，并讓船東對船級社提出豁免申請，這樣就避免了大量開孔而破壞結構連續(xù)性，也給施工帶來了便利，如圖5所示：

2.1.3 通過增加肘板來滿足構件的剖面模數(shù)。在圖6所示的水密橫艙壁中，按照ABS MODU規(guī)范，門開孔上方的骨材需要的剖面模數(shù)如下：

SM=Qfchsl2=91.7cm3

式中：Q=0.72，材料系數(shù)；f=7.8，系數(shù)；c=0.56，端部約束系數(shù)；h=3.11，壓頭；s=1.5，支撐寬度；l=2.5，跨距。

原來的圖紙中，此骨材使用的球扁鋼為HP160×8，它的剖面模數(shù)為116.6cm3，而HP140×8的剖面模數(shù)為86cm3，可見相差的剖面模數(shù)并不多，而由公式可見需要的剖面模數(shù)與跨距l(xiāng)的平方成正比，通過減少跨距l(xiāng)能明顯的減少需要的剖面模數(shù)，因此在跨距一端增加一塊臂長250mm的肘板，跨距l(xiāng)可取為l=2.5-0.125=2.375。更新后需要的剖面模數(shù)為83cm3，所以可以直接用HP140×8的球扁鋼就能滿足要求，而不用加大尺寸，節(jié)省了結構重量。

2.2 直升機平臺結構優(yōu)化

直升機平臺桁架結構中使用到較多的節(jié)點板，母型船中的節(jié)點板設計如圖7所示，參考DNV-GL規(guī)范RP-C203_FATIGUE DESIGN OF OFFSHORE STEEL STRUCTURES，節(jié)點板在管子插入處增加內圓弧和外圓弧，如圖8所示。在受力方面，撐桿的力可以平滑地傳遞到節(jié)點板中，在重量控制方面，這樣可以減少結構的重量。

2.3 樁腿樁靴結構優(yōu)化

2.3.1 使用超高強度鋼代替高強度鋼。如圖9所示，在樁腿斜撐管中使用690MPa的超高強度鋼（各參數(shù)如表1所示），讓一個平臺的樁腿節(jié)省重量約30噸，減少材料成本的同時也有利于重量控制。另外，由于優(yōu)化后截面尺寸減小，原來使用的搭接管節(jié)點也可以做成簡單管節(jié)點，這樣對焊接施工和結構的疲勞性能都是有利的。

2.3.2 Z向鋼的使用。樁靴結構中，3塊內壁板在樁靴中心相交，此處使用了一根直徑150mm的圓鋼（圖10所示的為一個立面，中心處陰影部分為圓鋼）?？紤]到平臺在插樁和拔樁時，圓鋼會受到徑向拉應力，參照DNV-GL規(guī)范OS-E101_DRILLING PLANT：“Plates that transfer significant loads in the thickness direction（Z-direction）shall be guaranteed with through thickness ductility in order to reduce the probability of lamellar tearing. The minimum reduction of area，Zz，shall not be less than 25%.”設計圖紙中增加此圓鋼的Z向性能要求（機械性能如表2所示）。這樣提高了圓鋼的抗層狀撕裂的性能，保證了樁靴的結構可靠度。

3 結語

文章從自升式居住平臺的主船體、直升機平臺、樁腿樁靴等方面闡述了其結構設計的部分優(yōu)化措施，通過這些優(yōu)化，平臺結構的可靠性得到提高，建造中施工更為方便，建造成本得以適當降低，重量控制得到優(yōu)化，這些措施也可供工程師在自升式平臺設計中參考。該平臺即將交付船東，目前船檢和船東已對振華重工在海洋平臺方面的設計和建造能力給予了高度評價，它也將進一步提升公司在發(fā)展海洋裝備方面的優(yōu)勢。

參考文獻

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[M].北京：國防工業(yè)出版社，1998.

作者簡介：王瑋（1982-），男，上海振華重工（集團）股份有限公司工程師，研究方向：船舶與海洋平臺結構設計。

（責任編輯：黃銀芳）