何 力 布 臣 陳伶翔 嚴 柳

（招商局重工（江蘇）有限公司 南通 226116）

引 言

半潛起重拆解平臺現廣泛應用在鉆井平臺、導管架、組塊及FPSO模塊的安裝吊載運輸和老舊閑置平臺的拆解，可滿足不同場合和不同質量要求。半潛起重拆解平臺有特殊的作業(yè)要求，需要在規(guī)定時間內起吊數千噸重物，為保持船舶穩(wěn)性，平臺排水量會急劇增加數千噸之多；在拆解過程中，平臺吊物重心距離水面數十米甚至上百米，使平臺重心明顯提高，對平臺的穩(wěn)性極其不利；平臺吊運作業(yè)時，會產生極大的傾覆力矩，對平臺浮態(tài)產生重大影響，特別是對于非對稱結構半潛起重平臺，靜橫傾角可能達到7°～8°，甚至更大。半潛起重拆解平臺的快速壓排載系統(tǒng)須滿足拆解平臺吊運作業(yè)情況下吊重、旋轉等狀態(tài)的平臺姿態(tài)的快速調整。

國內方面，韓文棟［1］以某大型船舶的尾部總段為例，從使用力學分析法制定初步方案，到通過有限元計算分析方案的合理性和安全性，完整地介紹雙機聯(lián)吊方案的編制方法。孫紅運、王光定等［2］建立包裝箱-箱架系統(tǒng)的動力學模型，利用有限元分析方法對其進行聯(lián)吊工況下的瞬態(tài)動力學分析，并通過試制樣件進行聯(lián)吊工況的試驗。易容容［3］探討了多用途重吊船在吊裝作業(yè)過程中的穩(wěn)性，研究調整船舶橫傾的方法，著重分析吊物突然墜落時的船舶穩(wěn)性及其衡準。趙陳［4］對該重吊船需要滿足的吊裝穩(wěn)性規(guī)范作了說明，并分析了壓載艙分布、載荷及重心位置對該船吊裝穩(wěn)性的影響；同時，介紹海工重吊船吊裝輔助浮箱系統(tǒng)的工作原理，并分析其各要素對該船吊裝穩(wěn)性的影響。許建中和張代龍［5］以配置400 t/700 t克令吊的20 000 t大型多用途重吊船為例，介紹目前國內已建成的起吊載荷最大的多用途重吊船。在超大型重吊試驗過程中，如何選擇試驗用配載物，并對以水袋與水箱作為配載物的試驗過程進行了分析。

國外方面，CHOI K， KIM D J［6］對 4 臺起重機起重進行分析，對工程人員在船廠進行起重作業(yè)具有一定的參考價值。CHOI K S，SHIN M K［7］研究了考慮起重機纜繩伸長的沉船起重機起升力的解析計算方法。MILANA G， BANISOLEIMAN K［8］研究了考慮起重作業(yè)對卸船機起重臂動力響應的影響。

綜合國內外的研究現狀，對聯(lián)吊的可行性研究并不多，且半潛平臺自重大，雙浮體不對稱導致在作業(yè)的過程中對于穩(wěn)性的要求更加苛刻。本文主要針對我司半潛起重拆解平臺雙機聯(lián)吊試驗，以2 200 t吊機的雙機聯(lián)吊為研究對象，結合吊機的性能參數與實際的試驗環(huán)境，探討半潛起重拆解平臺在海上雙機聯(lián)吊試驗的可行性。根據平臺系統(tǒng)的特性，使聯(lián)吊過程中各個環(huán)節(jié)的操作安全可行，為該船后期在海上進行雙機聯(lián)吊試驗提供了依據。

1 半潛起重拆解平臺

半潛起重拆解平臺在右舷配備2臺2 200 t重型起重機，總起重能力可達4 400 t；配有快速壓載系統(tǒng)和常規(guī)泵壓載系統(tǒng)用于吊裝作業(yè)調載配合，將用于海上吊裝拆解作業(yè)和居住。

1.1 吊機參數

此吊機屬于桅桿吊，由固定部分以及回轉部分構成。吊機底座以及吊機桅桿為固定部分，吊機回轉平臺繞吊機桅桿進行回轉。吊臂與吊機回轉平臺連接于俯仰中樞，吊臂通過變幅鋼絲繩連接到吊機桅桿頂端機構。桅桿頂端機構與桅桿通過軸承進行連接，可與吊機回轉平臺一同繞桅桿進行旋轉。吊機的起重能力受起吊半徑及作業(yè)海況影響，不受吊臂回轉角度影響。

圖1 吊機總體布置圖

吊機作業(yè)時憑借絞車通過整個桅桿柱的支撐來承受被吊物重量。這種吊機設計的優(yōu)點是自重輕，僅1 540 t的吊機便可吊起2 200 t的重物。此外，此種吊機降低了平臺整體的重心以保證吊裝作業(yè)中的許用重心高度。然而這樣設計的缺點也很明顯，即對平臺的橫縱傾要求非常高，過大的傾斜角度會使垂直方向承受的彎矩變大，從而損傷吊機桅桿柱和吊機底座。吊機各個工況下的負載和橫縱傾角度見下頁表1。

1.2 不同工況的載荷曲線

本平臺吊機根據作業(yè)海況不同，吊重能力也有所改變，吊機主鉤的最大吊重能力為2 200 t，輔鉤的最大吊重能力為600 t，頂部小鉤的吊重能力為110 t。頂部加裝飛臂后，起重能力可達400 t。飛臂是加裝在吊機吊臂頂部的延伸吊臂，用于吊裝更高的物體，由此提升吊機的作業(yè)范圍。

表1 吊機載荷參數

本文重點研究主吊鉤對于不同海況的起重能力的變化，圖2為主吊鉤在不同海況下隨著作業(yè)半徑變化起重能力的變化曲線。

圖2 吊機在不同浪高下的負載曲線

通過負載曲線變化可以得出，隨著浪高不斷變大，主吊鉤的負載能力也在逐漸變小。根據試驗海域的歷年浪高變化，吊機海上試驗的吊載能力選用1.5 m浪高作為試驗海況限制，試驗負載也以此進行選擇。由圖2可知，單座吊機在1.5 m浪高下極限起重能力為1 400 t，起吊半徑為16.9～23.1 m。考慮到實際作業(yè)安全風險，吊機起吊過程中，負載與其他構件之間應至少預留3 m以上間隙，以防起吊過程中發(fā)生碰撞事故。因此，雙機聯(lián)合起吊的試驗質量選定為2 800 t，起吊半徑定為23.1 m。

2 快速壓載系統(tǒng)

本平臺的壓載系統(tǒng)分為常規(guī)壓載和快速壓載兩種，常規(guī)壓載就是通過壓載泵對壓載艙進行加排載，快速壓載艙是通過大口徑的通海閥利用重力進水和壓縮空氣排水。當吊機作業(yè)時，僅需通過快速壓載系統(tǒng)對4個立柱區(qū)域的快速壓載艙進行調載，即可滿足整個吊機作業(yè)的需求。

快速壓載系統(tǒng)由4臺快速壓載空壓機分別位于尾部2個立柱的房間內，快速空壓機直接供氣至總管，總管到每個立柱快速壓載艙通過4根支管連接，每根支管均設有遠程遙控閥以控制壓縮空氣的加載。與立柱快速壓載艙連接的還有用于壓載水加排的大口徑（直徑1 m）通海閥和合壁透氣管，每根合壁透氣管通往主甲板最大破損水線處分出2個透氣頭，再分別設置遠程遙控閥以用于快速排載時透氣口的開關。

2.1 快速壓載空壓機室

該平臺配有2個快速空壓機室，分別位于尾部左右兩舷的立柱中。每個快速壓載空壓機室配有進風和出風的多級變速送排風機，主要是為了滿足空壓機在不同工況下的散熱和壓縮空氣需求?？諌簷C由Atlas Copca公司提供的HCM450-4型，最大輸出壓力為2.75 bar（1 bar=0.1 MPa），設計輸出壓力為2.6 bar，工作環(huán)境溫度為50℃，每小時壓縮空氣量為8 391.6 N·m3。每個快速壓載空壓機室配有2臺空壓機，如圖3所示。

圖3 快速壓載空壓機

空壓機供氣直接進入空氣總管?？諌簷C設置遠程控制和本地控制，啟動時要先啟動風機，進風和出風的風機需要由原來的低速變?yōu)橹兴?，當?臺空壓機啟動以后再啟動第2臺，啟動時間的間隔為5 s，啟動后的空壓機保持待機狀態(tài)。開始重吊作業(yè)時，需打開通往主立柱快速壓載艙的閥門，關閉透氣關口的閥門，將進出風的風機變?yōu)楦咚倌Ｊ?，將空壓機待機模式切換為加載模式，為快速空壓機艙加載。在此過程中風機的切換時機非常重要：開得過早會導致空壓機室內的氣壓變成正壓，使房門難以打開而影響逃生；開得過晚則不能滿足空壓機加載需求，使房間內變?yōu)樨搲籂顟B(tài)，令房內人員感覺不適。

2.2 快速壓載系統(tǒng)控制原理

在整個快速壓載系統(tǒng)運轉的過程中，中控臺對于操作數據的采集分析尤為重要，包括艙室壓力、平臺四角吃水、閥門遙控、傾斜儀、液位遙測、風浪流信息等數據。

艙室壓力變化采集分別由空壓機出口、主管進口、透氣管出口的壓力傳感器提供。為了控制整個操作過程中的風險，需要考慮空壓機的加載上限值，根據艙室強度計算取的2.6 bar的壓力，將空壓機加載的上限值設置為2.35 bar，以滿足快速排載的需求，當空壓機達到上限值時，自動切換為待機狀態(tài)。

在剩下的主管進口和透氣管出口處同樣設置了限位報警值為2.4 bar，以便于操作過程中的監(jiān)控?？諌簷C加載時，空壓機間供排風自動切換為高速模式；空壓機待機時，又自動切換為低速模式，僅在空壓機啟動過程有中速模式的自動切換。當有1臺空壓機出現故障停機時，則自動啟動快速壓載空壓機間內另外1臺空壓機，以提供壓縮空氣進入總管，從而保證整個操作過程中的壓縮空氣需求。除動力系統(tǒng)以外，通海閥門的操作也同樣重要。因閥門直徑較大（約800 mm），故在吊機操作過程中，閥門開啟和關閉時間都很長，約需2 min時間。

3 2 800 t雙機聯(lián)吊試驗配載分析

雙機聯(lián)吊試驗選擇2臺吊機同時朝舷外，被吊物重心位于2臺吊機之間。根據招商重工現有硬件設施，采用1艘45 m×16 m×3.5 m的方駁作為2 800 t雙機聯(lián)吊的試驗用負載。根據1.2中確定的起吊半徑繪制出圖4的雙機聯(lián)吊簡化示意圖。

圖4 雙機聯(lián)吊簡化示意圖

負載起吊過程主要是將負載質量逐漸轉移至吊鉤上的過程，此過程對于平臺的影響主要是質量增加、重心右移、重心高度增加。負載起吊過程會對平臺浮態(tài)產生較大影響以及較大橫傾。為保持平臺浮態(tài)處于吊機作業(yè)允許范圍內，保證平臺穩(wěn)性滿足規(guī)范要求，需要對整個作業(yè)過程定點采樣進行靜水力分析，計算出每個采樣點的壓載水配置方案，將每個采樣點的計算結果進行匯總，并最終得出整個雙機聯(lián)合起吊過程中平臺浮態(tài)、壓載隨負載增加的變化趨勢。

聯(lián)合起吊過程中，為保證起吊速度，在開始起吊及吊裝中后期采用快速壓排載系統(tǒng)進行配合；到了后期，由于進水側壓差逐漸減小，快速壓載系統(tǒng)效用下降，開始采用普通壓載系統(tǒng)進行配合。起吊初始狀態(tài)將平臺向左舷傾斜一定角度（在吊機允許作業(yè)限度范圍內），并保證初始狀態(tài)吃水與最終吊起后正浮吃水的偏差不超過1 m，且初始起吊狀態(tài)應保證右舷快速壓載艙（與負載處于同舷）有足量壓載水，左舷快速壓載艙應盡量保持空艙。

所有的操作需要在海上，所有的索具連接將在主甲板完成。當索具全部連接完成，由其中1臺吊機將試重駁船調運至海上漂浮解鉤，再將2臺吊機全部旋轉至平臺外側，連接索具并將駁船加載至2 800 t。當駁船加載時，平臺和吊機同時加載，以保證駁船在水中的浮態(tài)；當加載到試驗重量后，將駁船吊出水面進行試驗。

在吊機加載的過程中，立柱快速壓載艙利用快速壓排載系統(tǒng)進行調載。主立柱快速壓載艙通過壓載空壓機充氣使艙室處于排載狀態(tài)，輔立柱的快速壓載艙則將通海閥打開，當外部液位高于內部時，通過重力進水。外部液位與內部平衡時，關閉通海閥并通過壓載泵繼續(xù)根據吊裝需求往艙內加載。

表2 加載過程4個立柱快速壓載艙的加載百分比變化

在整個操作過程中，對時間的把控非常重要，一旦操作失誤會導致平臺產生很大的傾斜。在整個加載過程中的時間計算如表3所示。

根據每個艙室達到平臺調平需求的狀態(tài)，分別計算出每個艙室在隨著吊機載荷增加過程中壓載所需要的時間，取最大值為每個步驟的操作時間，最后求出在整個起吊過程中所需要的時間總和。

聯(lián)吊結束時，需將吊機卸載，卸載過程與加載過程相反，步驟見表4。

圖5 加載過程中主立柱快速壓載艙的壓力變化曲線

表4 卸載過程4個立柱快速壓載艙的加載百分比變化

圖6 卸載過程輔立柱快速壓載艙的壓力變化曲線

在卸載過程中，輔立柱的快速壓載艙CSBT OP1&2進行快速壓載排載操作，主立柱的快速壓載艙CSBT MP1&2通過重力進水進行加載操作，整個過程時間計算參見表5。

表5 2 800 t卸載操作時間計算表 s

結論分析：通過試驗發(fā)現2 800 t起吊各步驟依次耗時 165 s、185 s、225 s、250 s、608 s、165 s、228 s，總耗時1826 s，壓力變化沒有超出要求。2 800 t卸載各步驟依次耗時 294 s、98 s、88 s、172 s、182 s、492 s、2 509 s，總 耗 時 3 835 s， 壓力變化沒有超出要求。兩種過程的壓力變化曲線符合可行性的要求，各步驟的時間節(jié)點也與安全性要求一致。

4 結 語

本文以配置2 200 t吊機的雙機聯(lián)吊為研究對象，通過對吊機在1.5 m浪高工況下2 800 t雙機聯(lián)吊的試驗步驟進行分析，結合吊機的性能參數和實際試驗環(huán)境探討半潛起重拆解平臺在海上雙機聯(lián)吊試驗的可行性。根據平臺系統(tǒng)的特性，使聯(lián)吊過程中各個環(huán)節(jié)的操作安全可行，根據計算結果，在起吊和卸載過程中，壓力變化曲線均符合可行性要求，各時間節(jié)點符合產品安全性要求。因此，可以認為半潛起重拆解平臺的雙機聯(lián)吊是安全可行的，適合在海上進行試驗和選用。