淺談通用型工業(yè)鍋爐遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置

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(guān)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(lǐng)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(wù)。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(chǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計溫度為-10℃，設(shè)計使用壽命20年。平臺側(cè)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(shè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

2.1 主船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1.1 主結(jié)構(gòu)開孔優(yōu)化布置。該居住平臺的主結(jié)構(gòu)存在大量通風、管系和電纜開孔。原設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)計在開孔和焊縫交接處容易產(chǎn)生缺陷。而主結(jié)構(gòu)是平臺主要受力結(jié)構(gòu)，應(yīng)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(yīng)力集中現(xiàn)象，一旦焊縫產(chǎn)生缺陷，裂紋就容易擴展，對結(jié)構(gòu)非常不利。因此在設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)重量。

2.2 直升機平臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化

直升機平臺桁架結(jié)構(gòu)中使用到較多的節(jié)點板，母型船中的節(jié)點板設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)的重量。

2.3 樁腿樁靴結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的疲勞性能都是有利的。

2.3.2 Z向鋼的使用。樁靴結(jié)構(gòu)中，3塊內(nèi)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(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)可靠度。

3 結(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)計的部分優(yōu)化措施，通過這些優(yōu)化，平臺結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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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[5] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊：結(jié)構(gòu)分冊

[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(jié)構(gòu)設(shè)計。

（責任編輯：黃銀芳）