陳伶翔，莫 剛，朱見華

(招商局重工(江蘇)有限公司，江蘇 南通 226116)

0 引 言

在近幾十年的時(shí)間中，世界上有五十多個(gè)國家和地區(qū)共計(jì)建設(shè)約7 000座海洋平臺(tái)[1]，越來越多的海洋平臺(tái)達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，為保證海洋石油生產(chǎn)安全、保護(hù)海洋環(huán)境，需要對(duì)達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的平臺(tái)進(jìn)行拆解。海洋平臺(tái)的拆除模塊質(zhì)量往往較大，在吊運(yùn)過程中對(duì)拆解平臺(tái)的穩(wěn)性影響較大，為保持平臺(tái)作業(yè)的安全性，尤其在脫鉤狀態(tài)下，目標(biāo)平臺(tái)必須具備快速調(diào)載的能力，以保證平臺(tái)的穩(wěn)性平衡。

起重作業(yè)過程中的配載方案需要同時(shí)考慮起重作業(yè)流程和壓載系統(tǒng)配置，以保證目標(biāo)平臺(tái)核心功能的順利實(shí)現(xiàn)。主要根據(jù)起重作業(yè)的要求和目標(biāo)平臺(tái)的船型特點(diǎn)，確定主要艙室和調(diào)載系統(tǒng)的布置，針對(duì)典型起重拆解作業(yè)工況，給出合理配載方案，并進(jìn)行平臺(tái)穩(wěn)性校核。

1 半潛式起重拆解平臺(tái)

半潛式起重拆解平臺(tái)作為海上導(dǎo)管架平臺(tái)退役拆解的主要作業(yè)平臺(tái)，集起重、居住、運(yùn)輸?shù)裙δ苡谝惑w，并可通過搭載第三方設(shè)備實(shí)現(xiàn)水下清淤、遙控?zé)o人潛水器檢測等輔助功能。拆解平臺(tái)采用半潛式船型，左右舷下浮體和立柱采用非對(duì)稱和無橫撐設(shè)計(jì)(見圖1)，配置DP3級(jí)動(dòng)力定位系統(tǒng)，起重功能通過2臺(tái)2 200 t起重機(jī)實(shí)現(xiàn)，并配置快速壓載系統(tǒng)和安全監(jiān)測系統(tǒng)。

圖1 半潛式起重拆解平臺(tái)模型

半潛式起重拆解平臺(tái)的具體參數(shù)如下：

主浮筒(Main Pontoon, MP)：長137.8 m、寬19.5 m、高12.0 m；

小浮筒(Outrigger Pontoon, OP)：長122.0 m、寬13.5 m、高12.0 m；

主浮筒立柱：長22.5 m、寬19.5 m、高18.0 m；

小浮筒立柱：長16.5 m、寬13.5 m、高18.0 m；

主甲板：長81.0 m、寬81.0 m、高42.8 m；

吃水：居住吃水20.0 m，最大工作吃水26.4 m，風(fēng)暴自存吃水17.0 m，航行吃水11.3 m。

2 橫縱傾調(diào)平方法

半潛式起重拆解平臺(tái)主要進(jìn)行起重機(jī)吊載作業(yè)，在作業(yè)過程中容易使平臺(tái)發(fā)生較大的傾斜，因此需進(jìn)行橫縱傾調(diào)平，常用的橫縱傾調(diào)平方法主要是在吊物另一側(cè)加平衡浮箱或者調(diào)節(jié)壓載水量。

2.1 壓載系統(tǒng)目的

在吊載作業(yè)過程中，采用調(diào)節(jié)壓載水的方法使平臺(tái)保持平衡。平臺(tái)設(shè)置壓載系統(tǒng)的主要目的[2]如下：

(1) 適應(yīng)各種裝載工況，保持適當(dāng)?shù)呐潘?、吃水、橫縱傾，保持一定的航行性能；

(2) 保持適當(dāng)?shù)某醴€(wěn)心高，獲得適當(dāng)?shù)膹?fù)原力臂；

(3) 減小過大的彎矩和剪切力。

2.2 壓載系統(tǒng)布置

平臺(tái)的壓載系統(tǒng)主要由普通壓載艙(Common Ballast Tank, CBT)、快速壓載艙(Quick Ballast Tank, QBT)和立柱壓載艙(Column Side Ballast Tank, CSBT)等3部分組成，壓載艙(Ballast Tank, BT)均配備單獨(dú)的進(jìn)水管和排水管。

CBT布置在MP和OP中，在MP中配備4臺(tái)壓載泵，在OP中配備2臺(tái)壓載泵，通過壓載泵對(duì)CBT進(jìn)行進(jìn)水和排水工作。圖2為浮筒CBT布置圖。

圖2 CBT布置

QBT位于MP和OP內(nèi)部，主要通過重力快速注水，調(diào)節(jié)平臺(tái)的平衡。在排水時(shí)只能通過與CBT相連的壓載泵進(jìn)行排水，這是因?yàn)橥獠克畨禾?，無法使用空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行排水。圖3為浮筒QBT布置圖。

圖3 QBT布置

CSBT位于4個(gè)立柱內(nèi)，可采用重力快速進(jìn)水，當(dāng)進(jìn)水高于海平面時(shí)，不可再利用重力進(jìn)水，此時(shí)需用壓載泵進(jìn)行注水。排水時(shí)通過壓載泵或空氣壓縮機(jī)進(jìn)行排載，當(dāng)艙內(nèi)水面與海平面相差26.0 m以上時(shí)，不再使用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行排水(空氣壓縮機(jī)最大工作氣壓為2.6 bar，1 bar=0.1 MPa)。當(dāng)起重機(jī)進(jìn)行吊載作業(yè)時(shí)，采用CSBT進(jìn)行平臺(tái)調(diào)平能夠?qū)崿F(xiàn)快速調(diào)載。圖4為CSBT布置圖。

圖4 CSBT布置

3 平臺(tái)吊載

平臺(tái)在起吊與回轉(zhuǎn)作業(yè)過程中會(huì)發(fā)生橫傾和縱傾，嚴(yán)重降低平臺(tái)在作業(yè)時(shí)的穩(wěn)性，需要通過快速調(diào)載的方法使得平臺(tái)達(dá)到平衡狀態(tài)，保持足夠的穩(wěn)性。

3.1 艏部起重機(jī)作業(yè)

基于半潛式起重拆解平臺(tái)的主尺度，運(yùn)用GHS軟件進(jìn)行建模，根據(jù)艙容圖在軟件里進(jìn)行分艙建模，并將平臺(tái)的空船重量和重心輸入軟件。按照規(guī)范要求，在平臺(tái)起重機(jī)進(jìn)行吊載作業(yè)之前，調(diào)節(jié)BT將平臺(tái)進(jìn)行吊載前調(diào)平，并使吃水保持在22.0 m，隨后進(jìn)行艏部起重機(jī)吊載工況的穩(wěn)性研究。

平臺(tái)在右舷配備2臺(tái)起重機(jī)，在本小節(jié)中起重機(jī)位于平臺(tái)的右舷靠近艏部位置，為了讓平臺(tái)在吊載作業(yè)時(shí)出現(xiàn)較大橫傾，將起重機(jī)吊臂向右舷側(cè)旋轉(zhuǎn)至與右舷垂直處，吊臂與水平面的夾角為75°，運(yùn)用GHS軟件進(jìn)行2 200 t吊載作業(yè)的模擬分析。

當(dāng)起重機(jī)進(jìn)行2 200 t吊載時(shí)，若一次性將吊物直接吊起，平臺(tái)會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的傾斜，此時(shí)平臺(tái)向艏部傾斜4.4°，向右舷傾斜12.3°，吃水變?yōu)?6.3 m，嚴(yán)重影響平臺(tái)安全性能，因此在起吊過程中不能一次性將吊物直接吊起，而需在吊物吊載過程中不斷調(diào)節(jié)壓載艙，使平臺(tái)保持相應(yīng)平衡。

在吊載過程中，根據(jù)BT布置及艙室進(jìn)、排水方式，通過CSBT進(jìn)行壓載調(diào)平。由于平臺(tái)發(fā)生右傾和艏傾，因此首先選擇左舷艉部CSBT OP2進(jìn)行注水，當(dāng)艙室注滿水后，平臺(tái)仍舊出現(xiàn)艏傾1.9°，右傾6.3°；再對(duì)左舷艏部CSBT OP1進(jìn)行注水，當(dāng)艙室注滿水后，平臺(tái)發(fā)生左傾，同時(shí)艏傾更加嚴(yán)重；當(dāng)調(diào)節(jié)右舷艉部CSBT MP2時(shí)，平臺(tái)達(dá)到縱向平衡，但又發(fā)生嚴(yán)重右傾。因此在吊載過程中，需同時(shí)調(diào)節(jié)4個(gè)CSBT進(jìn)行平臺(tái)調(diào)平。

表1為CSBT在吊載前后平衡時(shí)壓載水量的變化。由表1可知：左舷艏部CSBT OP1壓載水增加236.5 t，左舷艉部CSBT OP2壓載水增加934.5 t，右舷艏部CSBT MP1壓載水減少1 905.2 t，右舷艉部CSBT MP2壓載水減少607.0 t。通過壓載水的變化可看出：對(duì)左舷艉部CSBT OP2進(jìn)行注水，對(duì)右舷艏部CSBT MP1進(jìn)行排水，能更快地將平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平。

表1 艏部起重機(jī)吊載2 200 t前后壓載水量變化 t

圖5為平臺(tái)起重機(jī)吊載2 200 t調(diào)平后的復(fù)原力臂與初穩(wěn)心高曲線。當(dāng)橫傾角小于10°時(shí)，復(fù)原力臂較??；當(dāng)橫傾角達(dá)32.5°時(shí)，復(fù)原力臂達(dá)到最大值，約16.0 m。在本工況中平臺(tái)的初穩(wěn)心高約4.9 m，平臺(tái)具有良好的抵抗傾斜力矩的能力。

圖5 艏部起重機(jī)吊載2 200 t時(shí)穩(wěn)性曲線

3.2 艉部起重機(jī)作業(yè)

在本小節(jié)中，起重機(jī)位于平臺(tái)的艉部右舷側(cè)，運(yùn)用GHS軟件對(duì)起重機(jī)2 200 t吊載作業(yè)進(jìn)行模擬分析，此時(shí)起重機(jī)吊臂旋轉(zhuǎn)至右舷外側(cè)并與右舷垂直，吊臂仰角為75°，通過壓載水將吊載前的平臺(tái)調(diào)平，此時(shí)平臺(tái)吃水保持在22.0 m。當(dāng)2 200 t吊物全部被平臺(tái)艉部的起重機(jī)吊起時(shí)，由于重量及重心有較大變化，因此平臺(tái)發(fā)生較為嚴(yán)重的傾斜，此時(shí)平臺(tái)向艉部傾斜5.0°，向右舷傾斜12.5°，吃水變?yōu)?6.0 m，嚴(yán)重影響平臺(tái)的穩(wěn)性，因此需分階段進(jìn)行吊載，同時(shí)不斷調(diào)節(jié)壓載水，使平臺(tái)處于持續(xù)平衡狀態(tài)。

根據(jù)艏部起重機(jī)作業(yè)時(shí)壓載水的壓載方案，對(duì)艉部起重機(jī)作業(yè)也采用CSBT進(jìn)行調(diào)載，通過GHS軟件對(duì)4個(gè)CSBT進(jìn)行調(diào)平后的壓載水量變化如表2所示。艏部左舷CSBT OP1壓載水增加848.2 t，艉部左舷CSBT OP2壓載水增加351.8 t，艏部右舷CSBT MP1壓載水減少460.7 t，艉部右舷CSBT MP2壓載水減少1 988.8 t。通過壓載水的調(diào)節(jié)可以看出：當(dāng)平臺(tái)向艉部右舷傾斜時(shí)，對(duì)艉部右舷的壓載艙進(jìn)行排水，并同時(shí)對(duì)艏部左舷的壓載艙進(jìn)行注水，能夠更快地將平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平。

表2 艉部起重機(jī)吊載2 200 t前后壓載水量變化 t

通過壓載艙進(jìn)行調(diào)平后，得出平臺(tái)的復(fù)原力臂和初穩(wěn)心高(見圖6)。在橫傾角為32°時(shí)，復(fù)原力臂達(dá)到最大值16.0 m，初穩(wěn)心高為4.5 m。與艏部起重機(jī)在相同吊重作業(yè)時(shí)相比，初穩(wěn)心高減小0.3 m，而復(fù)原力臂并未出現(xiàn)較為明顯的變化，因此在艉部起重機(jī)進(jìn)行吊載作業(yè)時(shí)平臺(tái)同樣具有良好的抵抗傾斜力矩的能力。

圖6 艉部起重機(jī)吊載2 200 t時(shí)穩(wěn)性曲線

3.3 雙起重機(jī)聯(lián)合作業(yè)

在吊載超過2 200 t時(shí)，雙起重機(jī)進(jìn)行4 200 t聯(lián)合作業(yè)。在吊載前，將起重機(jī)吊臂向右舷側(cè)旋轉(zhuǎn)至與右舷垂直處，吊臂仰角為75°，運(yùn)用GHS軟件通過壓載水將平臺(tái)調(diào)平，此時(shí)平臺(tái)吃水約22.0 m。

在艏部與艉部2臺(tái)起重機(jī)進(jìn)行聯(lián)吊的過程中，由計(jì)算可知平臺(tái)縱向傾斜較小，只向艉部傾斜約0.4°，可通過向艏部CSBT加注壓載水進(jìn)行調(diào)節(jié)。在聯(lián)吊過程中，平臺(tái)向右舷傾斜嚴(yán)重，右傾角約18.4°，在聯(lián)吊過程中，需同時(shí)調(diào)節(jié)CSBT的壓載水量使平臺(tái)在作業(yè)過程中保持平衡。

在整個(gè)吊載過程中，仍舊對(duì)CSBT中的壓載水進(jìn)行調(diào)節(jié)。表3為起重機(jī)聯(lián)吊4 200 t前后壓載水量的變化。由表3可知：在整個(gè)吊載過程中，左舷艏部CSBT OP1與左舷艉部CSBT OP2中的壓載水均有所增加，將平臺(tái)向左舷壓載，降低平臺(tái)右傾角，2個(gè)艙室壓載水增加2 678.7 t；右舷艏部CSBT MP1與右舷艉部CSBT MP2中的壓載水減少，排出壓載水4 243.2 t。通過對(duì)4個(gè)CSBT的調(diào)載，平臺(tái)趨于平衡，保持良好的穩(wěn)性。

表3 雙起重機(jī)聯(lián)吊4 200 t前后壓載水量變化 t

在聯(lián)吊過程中，平臺(tái)復(fù)原力臂及初穩(wěn)心高如圖7所示。在吃水為22.0 m的工況下，雙起重機(jī)吊載調(diào)平后，平臺(tái)復(fù)原力臂為13.8 m，與單起重機(jī)作業(yè)時(shí)相比變化明顯。平臺(tái)初穩(wěn)心高為1.4 m，與單起重機(jī)作業(yè)時(shí)的初穩(wěn)心高相比減少3.2～3.5 m。

圖7 聯(lián)吊4 200 t在吃水22.0 m時(shí)穩(wěn)性曲線

雙起重機(jī)聯(lián)合作業(yè)時(shí)的穩(wěn)性較單起重機(jī)作業(yè)時(shí)變差，而且由于初穩(wěn)心高降低，平臺(tái)的復(fù)原力臂也有所降低，因此在4 200 t吊載工況下，平臺(tái)抵抗傾斜力矩的能力較單起重機(jī)作業(yè)時(shí)變差。

在本工況中，由于吊物重4 200 t，且吊物垂向重心高度較高，因此初穩(wěn)心高降低，使得平臺(tái)穩(wěn)性降低。為提高平臺(tái)的穩(wěn)性，向平臺(tái)浮筒內(nèi)的壓載艙加注壓載水，降低平臺(tái)在聯(lián)吊時(shí)的垂向重心高度以增大平臺(tái)初穩(wěn)心高，此時(shí)平臺(tái)吃水增大至24.0 m。平臺(tái)在吃水為24.0 m時(shí)吊載4 200 t 的復(fù)原力臂及初穩(wěn)心高如圖8所示。當(dāng)降低平臺(tái)垂向重心后，平臺(tái)初穩(wěn)心高增大至3.7 m，復(fù)原力臂增大至14.8 m。因此，在聯(lián)吊時(shí)降低平臺(tái)重心垂向位置能夠增大平臺(tái)復(fù)原力臂和初穩(wěn)心高，讓平臺(tái)有更好的抵抗傾斜力矩的能力。

圖8 聯(lián)吊4 200 t在吃水24.0 m時(shí)穩(wěn)性曲線

4 結(jié) 論

對(duì)半潛式起重拆解平臺(tái)起重機(jī)吊載作業(yè)過程進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論：

(1) 當(dāng)?shù)跷镙^重時(shí)需分階段進(jìn)行吊載，防止平臺(tái)在吊載過程中發(fā)生嚴(yán)重的傾斜。

(2) 在平臺(tái)艙室布置中，CSBT通過重力進(jìn)水方式和空氣壓縮方式實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)水與排水，因此在吊載作業(yè)中，同時(shí)采用4個(gè)CSBT進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠降低平臺(tái)調(diào)平時(shí)的操作難度、提高吊載作業(yè)的工作效率、保證平臺(tái)的穩(wěn)性平衡。

(3) 在3種吊載過程中，平臺(tái)均具有一定的抵抗傾斜力矩的能力，但是當(dāng)?shù)踺d為4 200 t時(shí)，平臺(tái)的初穩(wěn)心高較低，抵抗傾斜力矩的能力變差，因此當(dāng)?shù)跷镙^重時(shí)，盡可能降低平臺(tái)的垂向重心可有效增大平臺(tái)的初穩(wěn)心高，保證平臺(tái)的穩(wěn)性平衡。