李劍，陶興，張衛(wèi)新，邵云亮，張明

（江蘇亞星錨鏈股份有限公司，江蘇 靖江 214533）

FPSO最主要的風險因子就是系泊系統(tǒng)故障，而導致其出現(xiàn)運行故障的主要因素就是構件疲勞。由于FPSO所處的海上風浪變化無常，環(huán)境較為復雜，儲存在其中的原油載荷也會隨之進行周期性的持續(xù)變化，以及船身因為外輸油船的連接所形成的張力，所以導致FPSO系泊系統(tǒng)出現(xiàn)非常復雜的受力情況，以至于很難對其展開疲勞評估。之前大部分的研究都是以對系泊系統(tǒng)水動力響應的數(shù)值為基礎而進行的模擬計算。中海油為了可以實時監(jiān)控系泊系統(tǒng)運行狀態(tài)，為海上油田作業(yè)提供進一步安全保障，已經在多條在役FPSO上陸續(xù)安裝了許多在線監(jiān)控設備，以便于實時監(jiān)測單點系泊系統(tǒng)的關鍵部位。風浪流等海洋環(huán)境條件、FPSO六自由度運動以及系泊系統(tǒng)重要結構受力等均是系泊系統(tǒng)實時監(jiān)測的主要內容。

1 海洋工程

如果要投身于海洋工程項目管理，一定要對海域以及周圍環(huán)境了如指掌，充分了解風、浪、流的變化規(guī)律，對施工“窗口期”進行準確判斷，從而制定更加科學的施工方案。當項目進行招標時，建設團隊應該仔細勘察項目所在環(huán)境，并出具報告，為投標報價和施工組織提供依據(jù)，這同時也是項目經營管理規(guī)劃的主要依據(jù)。對于常規(guī)的工程項目而言，其環(huán)境往往大體一致，最大的差異體現(xiàn)在“四通一平”的實際施工效果上，也就是通水、通電、通路、通訊、場地平整的實際效果，有許多的實踐經驗可以作為參考。然而，在我國沿海地區(qū)，由于氣候條件以及海洋環(huán)境的復雜多變，導致項目的技術方案、裝備選型、工期計劃、安全管理等充滿了不確定性，而大部分施工調查也都只能依賴查找翻閱歷史資料，比如過去幾年臺風登陸時間以及大風天氣分布等統(tǒng)計值，因此，這部分的內容只能作為參考。當工程開工后，施工團隊還應該持續(xù)觀測施工區(qū)的水文、地質、氣象特征，經過現(xiàn)場直觀體驗后再與設計資料進行仔細對比，進一步了解環(huán)境變化規(guī)律，及時調整施工方案。

2 成分及工藝設計

（1）性能要求。通常情況下，大部分大型艦船、石油平臺等錨鏈及系泊系統(tǒng)都會選擇使用系泊鏈鋼。由于在使用時會受到海水鹽鹵的不斷侵蝕，因此在選擇原材料時既要選擇耐低溫性更高的材料，也要能夠承受成品鏈條嚴格的破斷、拉力以及低溫沖擊韌性檢測等條件。所以，這就對鋼的成分、純度及均勻性做出了更高的要求。

（2）工藝設計。要持續(xù)優(yōu)化LF精煉、送絲、軟吹等技術工藝，以鍛造純度更高的鋼材。選擇結晶器電磁攪拌進行連鑄，以防止連鑄坯矯直裂紋，矯直時避免在連鑄坯脆性溫度范圍內進行，嚴格控制鋼材的過熱度，保障恒拉速拉鋼。此外，為細化材料的晶體結構，應該對乳制過程中的溫度進行嚴格控制，并且控制終軋溫度。

（3）化學成分設計。含碳量控制在0.22%～0.31%。依據(jù)使用系泊鏈的條件，為進一步增強鏈條的抗腐蝕能力，應該加入適量的Cr元素于化學成分中，保持不超過0.015%的P值，確保材料具備更強的低溫沖擊韌性。依據(jù)0.15%～0.35%控制其他化學成分，Mn按1.40%～1.90%控制。當Cr和Mn兩種元素共同存在于調制鋼中，也就提升了高溫回火脆性的敏感程度，而可以加入少量Mo以遏制高溫回火脆性，從而使其具備更穩(wěn)定的材料性能，即使回火溫度較高時，依舊可以保持高硬度以及高韌性。

3 系泊鏈的疲勞研究

使用系泊鏈時的一項重要指標就是疲勞性能。當海上設備在運行時受到諸如風、浪和水流等環(huán)境載荷的制約，這些是環(huán)境載荷的主要組成部分，并受制于靜態(tài)載荷。設計系泊系統(tǒng)的關鍵基礎就在于系泊鏈疲勞參數(shù)，應該制定一套設計準則，充分確保安全，同時考慮到材料特性、海洋環(huán)境和應力分布等各個方面。目前，國際上系泊鏈設計主要基于兩個標準，即apirp2sk和DNVglos-e301浮動錨定設計指南。捕捉鏈中的t-n和s-n曲線單獨提供，并廣泛用于各種系泊系統(tǒng)的設計。此外，由平面外彎曲(opb)引起的疲勞是業(yè)界關注的主要問題之一。

4 質量控制的關鍵點及對策

4.1 匹配船機裝備

海洋中蘊含著龐大的能量，海洋的破壞力也同樣驚人。因此，在海洋工程建設中，對施工裝備的要求也非常嚴格，這些裝備要具備更高的自動化程度、更大的結構尺寸以及更強的施工效率等條件。此外，項目的建設模式要盡量保證整體化施工，通常選擇標準化、裝配化與工廠化的施工模式。施工團隊經過全面了解周邊環(huán)境與海況，應該使用浮吊船、運輸船、拖輪、錨艇或交通船等與實際相符的船機械資源。這些裝備既要與施工海域相適用，還要與其相匹配。以浮吊船為例，不僅要注重吊高、吊重等數(shù)據(jù)，也要注重船體長度，通常不低于施工海域1.5倍的波長；運輸船定位要選擇四錨，依據(jù)水深狀況確認錨繩長度與錨發(fā)熱重量；拖輪、錨艇的拖力及功率要符合進場時采用的無動力船；浮吊船一定要與運輸船的選型相適配。

4.2 考慮季節(jié)性作用的時變可靠性

海洋環(huán)境負荷的季節(jié)性較強，在計算疲勞可靠性時，其荷載的裝載順序與損害累積速度一定程度上會影響隨時間變化的可靠性計算結果。如若想獲取指標值更好的疲勞可變可靠性，一定考慮將季節(jié)性變化。（1）將負荷期間劃分為4個季節(jié)，針對季度負荷進行分開計算，然后獲取其負荷分布以及平均疲勞損傷。（2）依據(jù)時間與負荷的不同分別計算累積損害估計公式，將季節(jié)變化的影響計算進去。（3）各時期的可靠性變化。

4.3 加強相關管理，引進國外先進技術

隨著我國海洋工程陸地項目的持續(xù)發(fā)展，組塊陸地建造技術也取得了長足的進步。為不影響施工質量，應該重視施工裝備的應用與更新，施工人員首先可以著手引進先進的工程設備，然后在引進優(yōu)秀技術之余，使其操作更加簡便。其施工細則要立足項目設計優(yōu)化、深化設計細則，運用幾何思維建模軟件技術，避免在施工現(xiàn)場發(fā)生施工內容更改、缺乏科學預估工程量以及存在施工控制風險等情況。一體化建造技術在當下實際施工技術的運用中，其使用價值是不可預測的。

4.4 變更強化措施

海洋工程EPC項目合同中的工作界面復雜，非常容易產生責任方與配合方職能不明的情況，因此，應該在施工中設置分工矩陣，使各方責任更加分明。分工矩陣也就是RACI（責任分配矩陣），制定了矩陣內各相關方在此項工作中所對應的責任，R（Responsible），負責執(zhí)行任務；A（Accountable），負責批準與評價任務；C（Consulted），負責提供支持與咨詢服務；I（Informed），負責應及時被通知的信息接收者。為了方便說明，提出變更的一方簡稱為甲方，即海洋工程開發(fā)方，變更施工的一方簡稱為乙方，也就是海洋工程EPC項目總包方。在簽訂或啟動的時侯，項目分工界面表由甲、乙兩方共同創(chuàng)建，也就是分工矩陣，制定了兩方所承擔的責任，分工矩陣相較長篇文字的優(yōu)點是可以更簡潔、明確地體現(xiàn)雙方責任，當甲乙雙方展開變更談判時，方便甲乙雙方更迅速地評估變更成立的條件，從而有效提升變更談判效率。

4.5 腐蝕機理

一般情況下，均勻腐蝕、坑內腐蝕、細菌腐蝕等都屬于錨鏈腐蝕。其原因與許多因素有關，例如，海水溫度、深度、細菌、材料純度以及氧氣含量等。國內外許多團隊經過深入研究物理鏈環(huán)在平臺上的腐蝕特性，然后通過在實驗室中展開模擬以研究形成機理，繼而獲取環(huán)境、材料組成及技術等因素對腐蝕性能產生的影響。若干石油公司和行業(yè)分包商組織的scorchjip項目分析了實際水中錨鏈的腐蝕情況，并初步分析了造成這種腐蝕的原則和應對措施。研究的重點是某些平臺（西非生產平臺）的鏈腐蝕問題，發(fā)現(xiàn)坑深受到嚴重侵蝕，當?shù)刂睆綋p失35%，而破斷載荷也下降到公稱載荷的80%～90%；在這一地區(qū)，有較大的可能是因為微生物對鏈條產生了坑蝕，這與高溫氣候以及海水中豐富的氮含量有關。JIP項目LMCC則主要對影響系泊鏈局部腐蝕的熱處理狀態(tài)、拉力狀態(tài)等因素進行了研究，研究表明，鏈環(huán)表面生成的局部腐蝕并不因細菌的產生與消失而有所變化，此類局部腐蝕會隨著鋼材中的MnS等夾雜物的變化而變化，此外，鋼的局部腐蝕抗性也會受到拉力試驗時發(fā)生的永久變形而影響。研究了達到最佳防腐性能的熱處理方法，研究了不同的攪拌和回火溫度對r4s鏈防腐性能的影響，以及織物、成分和腐蝕特性等幾個因素對鏈腐蝕行為的影響。

4.6 結構總裝階段

當進行到結構總裝工作階段時，意味著陸地結構已基本完工。所有任務中所涉內容最全、占地面積最大的部分都屬于此項工作的工作內容，各個施工工序互相作用，收尾工作除結構專業(yè)一定要完成外，剩余的專業(yè)也都應該加入進來，從而確保施工時的各種內容不受干擾，同時也使各專業(yè)的工作互相牽制。對于陸地建設部分的工程管理部分而言，陸地建造首先要建設完主體工程，然后再陸續(xù)進行墻皮、管線支架、連接管線、電纜支架和設備底座的安裝。但是，在進行施工時，施工人員不能自行完成專業(yè)完整的鋪設及收尾工作，以免對之后的保溫棉、舾裝板等安裝工作造成影響。在進行部分施工工程項目時，應該著重關注設計與加工細則，充分考慮其中的結構、管線與電纜構建等關鍵節(jié)點的安裝。在進行實際安裝時，很容易產生碰撞事件，如若對其不管不顧，很容易導致項目發(fā)生變更或返工等情況。為此，進一步健全施工規(guī)范則尤為重要，以免影響施工進度，假如發(fā)生臨時情況，也可以依據(jù)之前做好的施工風險預警和調節(jié)計劃執(zhí)行，以最大限度地減少維護時間并確保維護效果。

4.7 考慮腐蝕作用的時變可靠性

盡管腐蝕不能對材質性能造成很大的影響，卻能對結構比例造成很大的影響。熱軋鋼的實驗研究表明，相較于低于5%的截面損失率以及均勻腐蝕的低腐蝕鋼，其sn曲線依舊具備顯著的撓度點，拉伸與法規(guī)要求相符，可將材料的抗拉強度與屈服強度等同于母材，計算承受負荷時，就應該將截面的折減計算進去。所以，錨鏈截面面積的縮小引起的強度縮減就是均勻腐蝕的影響簡化。

材料的抗拉強度和屈服強度可以認為是相同的?；南嗤谟嬎爿S承載荷時，應考慮橫截面的減小。因此，將均勻腐蝕的影響簡化為由于錨鏈橫截面積的減小而導致的強度降低。

5 結語

作為系泊系統(tǒng)中關鍵組成部分，系泊鏈擁有著優(yōu)異的綜合性能與獨一無二的特性，此外，系泊鏈的可靠性對平臺服役的安全性發(fā)揮著重要的作用。所以，國內外油氣公司、承包商以及研究機構等都熱衷于展開項目建設，著眼于材料、疲勞、腐蝕、環(huán)境等各個角度全面看待結合關系。此外，由于鏈性能研究的日益普及，新的材料、工藝及制造設備也隨著技術工程師和工程師越來越多地采用一些基本學科和機制而出現(xiàn)，從而進一步提升了設計產品的可靠性與科學性。不僅如此，過于繁雜的平臺服務環(huán)境與越來越嚴苛的設計標準要求對資源綁定提出了更高的要求，以推進這一領域的研究，促進整個綁定行業(yè)的發(fā)展。