“渤海自立號(hào)”平臺(tái)B生活樓改造可行性分析

張 亮

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津300452)

海洋平臺(tái)

“渤海自立號(hào)”平臺(tái)B生活樓改造可行性分析

張 亮

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津300452)

通過(guò)對(duì)“渤海自立號(hào)”平臺(tái)B生活樓改造及錨機(jī)、棧橋移位的可行性進(jìn)行分析,評(píng)估“渤海自立號(hào)”平臺(tái)的現(xiàn)狀、預(yù)估改造工作量及改造后平臺(tái)的穩(wěn)性計(jì)算，得出改造最佳方案的可行性結(jié)論，即安裝“海洋石油281”平臺(tái)的3層生活樓。

自升式平臺(tái)；生活支持；B生活樓改造；穩(wěn)性分析

“渤海自立號(hào)”平臺(tái)為沉墊自升式移動(dòng)平臺(tái)，B生活樓底座由螺栓固定，由于長(zhǎng)時(shí)間的頻繁拖航、就位和升降作業(yè)，使船體尾部局部受力過(guò)大，造成底座螺栓大量斷裂，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)的分析，造成螺栓斷裂的原因是船體在作業(yè)過(guò)程中局部變形，針對(duì)這一現(xiàn)象，2010年“渤海自立號(hào)”特檢期間更換了高強(qiáng)度螺栓，并進(jìn)行焊接處理，暫時(shí)緩解了這一現(xiàn)象。

“海洋石油281”平臺(tái)生活模塊為可裝卸式模塊，由25個(gè)集裝箱組成，最大可滿足200人的使用要求。該平臺(tái)于2009年建造完成并投入使用，但2010年10月由于該平臺(tái)從生活工程支持狀態(tài)轉(zhuǎn)化為鉆井支持狀態(tài)，其生活模塊拆下后一直擺放在鉆采公司場(chǎng)地，對(duì)其優(yōu)質(zhì)資源造成了一定程度的浪費(fèi)。

“渤海自立號(hào)”人行棧橋在右舷，海上作業(yè)時(shí)只能右舷靠平臺(tái)，左舷接船上下貨物。而左舷吊機(jī)噸位比較小，作業(yè)半徑比較短，拖輪經(jīng)常鉆到船體下方才能裝卸貨物，存在撞樁腿、潛水泵管的風(fēng)險(xiǎn)。如果將人行棧橋和錨機(jī)互換位置，采取左舷搭接平臺(tái)，右舷吊機(jī)作為主力吊車(chē)，這樣不僅可以滿足作業(yè)需要，還大大減少了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

“海洋石油281”平臺(tái)人行棧橋[1]為可伸縮式，搭接范圍為10～18 m，而“渤海自立號(hào)”人行棧橋?yàn)橐簤赫郫B式，搭接范圍(18±1)m。如果將“海洋石油281”人行棧橋安裝在“渤海自立號(hào)“左舷，不僅平臺(tái)就位范圍比較廣，而且作業(yè)比較靈活。還大大提高了平臺(tái)支持狀態(tài)的靈活性，使“渤海自立號(hào)”能夠更好地滿足不同條件下的服務(wù)要求。

1 改造方案可行性分析

1.1 B生活樓改造技術(shù)方案

1.1.1 “渤海自立號(hào)”平臺(tái)B生活樓技術(shù)參數(shù)[2]

B生活樓坐落在尾部原井口槽處，質(zhì)量為420 t，通過(guò)螺栓及工字鋼與主船體連接。生活樓長(zhǎng)為14.5 m、寬為13.7 m、高為12.6 m，見(jiàn)圖1俯視圖與圖2側(cè)視圖。

圖1 B生活樓俯視圖

圖2 B生活樓側(cè)視圖

1.1.2 “海洋石油281”生活模塊技術(shù)參數(shù)[3]

“海洋石油281”移動(dòng)生活樓可供200 人居住。生活樓采用小型化集裝箱拼裝形式，固定在懸臂梁上的鉆桿堆場(chǎng)上。整個(gè)生活模塊拆卸和吊裝簡(jiǎn)易方便。整個(gè)模塊共有25只獨(dú)立的集裝箱型單元組成，分成5層，每層5只獨(dú)立的集裝箱單元，中間通道作為生活通道。獨(dú)立的集裝箱型單元尺度為：長(zhǎng)×寬×高=12 192 mm×3 000 mm×2 800 mm。

25只集裝箱組成整體后的尺寸：長(zhǎng)×寬×高=15 100 mm×12 192 mm×14 100 mm。每只集裝箱最大質(zhì)量為13 t，25只集裝箱整體質(zhì)量約為250 t。

1.1.3 “渤海自立號(hào)”B生活樓更換為“海洋石油281”平臺(tái)生活模塊技術(shù)方案

改造原平臺(tái)船尾凹槽，制作生活模塊底座，拆除“渤海自立號(hào)”B生活樓及附屬設(shè)施、生活模塊前面通風(fēng)筒、管線等移位。在船尾槽口處進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，制作生活模塊底座，底座兼有管架場(chǎng)功能，設(shè)計(jì)載荷30 kN/m2。將生活模塊拆除后，可作為甲板使用，上面可放4 000 kN可變載荷，并滿足平臺(tái)升降系統(tǒng)強(qiáng)度規(guī)范及使用要求。

尾部甲板由9根14 m工字鋼作為主梁，與“渤海自立號(hào)”原船肋骨相接。下部用工字鋼作為斜支撐，分布在槽口兩側(cè)，與原平臺(tái)肋位相接，制作完加強(qiáng)結(jié)構(gòu)后，依照規(guī)范[4]對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損探傷。尾部甲板加強(qiáng)結(jié)構(gòu)及底座質(zhì)量約為70 t。

安裝“渤海石油281”平臺(tái)生活樓模塊(見(jiàn)圖3、圖4)，共計(jì)5層，25只集裝箱，質(zhì)量共250 t；連接管線及電纜，在主甲板選擇適當(dāng)位置安裝外輸分電箱。重新布置艙室風(fēng)道，回裝各艙室的進(jìn)排風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒風(fēng)帽，對(duì)焊縫進(jìn)行探傷。

圖3 生活模塊更換后平臺(tái)布置圖

圖4 生活模塊安裝后視圖

1.2 人行棧橋、錨機(jī)移位技術(shù)方案

為了滿足“渤海自立號(hào)”平臺(tái)左舷搭接平臺(tái)，使用右舷吊機(jī)接船裝卸貨物，將人行棧橋移到左舷船尾，錨機(jī)安裝在右舷，拆除電纜棧橋。

1)拆除“渤海自立號(hào)”平臺(tái)液壓人行棧橋，將棧橋橋體與基座拆解分離后進(jìn)行吊裝，橋體質(zhì)量3.8 t，基座質(zhì)量6.2 t；拆除棧橋踏板及底座，將底座切割位置打磨平整。

2)拆除電纜棧橋整體(包括基座及油柜)。

3)將錨纜前端距澆筑索節(jié)2 m處切斷，將錨及澆筑索節(jié)移走，更換錨纜；拆除錨機(jī)及其控制系統(tǒng)，將錨機(jī)底座切割掉，甲板打磨平整；無(wú)損拆除錨架。

4)在“渤海自立號(hào)”壓載11P艙室內(nèi)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，制作人行棧橋基座支撐,使用工字鋼及20 mm厚鋼板進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，制作完成后，按照CCS要求對(duì)焊縫進(jìn)行探傷。

5)左右舷船尾各加裝1個(gè)導(dǎo)纜孔[5]，型號(hào)為AC310，并制作相應(yīng)的導(dǎo)纜孔底座，在底座下部艙室內(nèi)即11P、11S進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，對(duì)加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)及導(dǎo)纜孔底座與甲板焊接處的焊縫進(jìn)行100%MT 和100%UT探傷。

6)將液壓人行棧橋及附屬設(shè)施安裝在平臺(tái)左舷，控制系統(tǒng)移位，對(duì)所有與船體相聯(lián)的焊縫進(jìn)行探傷；連接相關(guān)電纜、管線。

7)在右舷船尾相應(yīng)位置焊接安裝錨機(jī)底座[6]，錨機(jī)底座使用工字鋼及鋼板，采用加強(qiáng)肋板方式制作，與原錨機(jī)底座形式相同，對(duì)底座進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)估并對(duì)焊縫進(jìn)行探傷。

8)安裝原平臺(tái)錨機(jī)，更換固定螺栓；控制臺(tái)安裝在3#樁室內(nèi)，控制電纜和動(dòng)力電纜重新鋪設(shè)。

9)錨架安裝在相應(yīng)位置，在11S艙室內(nèi)使用工字鋼及20 mm鋼板進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，并對(duì)焊縫進(jìn)行探傷。

10)安裝錨，試驗(yàn)收放錨機(jī)，調(diào)整錨在錨架合適的位置上。

1.3 改造后“渤海自立號(hào)”平臺(tái)穩(wěn)性分析

1.3.1 船尾安裝“海洋石油281”生活模塊

依據(jù)船舶穩(wěn)性計(jì)算書(shū)對(duì)“自立號(hào)”穩(wěn)性進(jìn)行計(jì)算如下[7]。

質(zhì)心縱坐標(biāo)LCG=22.687 6 m；

浮心縱坐標(biāo)LCB=22.545 6 m；

縱傾力臂LCG-LCB=0.142 0 m;

縱傾力矩△(LCG-LCB)=9 650.116 kN·m(其中，△為排水量)；

每厘米縱傾力矩MTC=471.313 kN·m；

縱傾值Lt=-△(LCG-LCB)/(100×MTC)=-0.204 7 m；

艉吃水增量△La=-(L/2-LCF)×Lt/L=0.12 m(其中L為平臺(tái)縱長(zhǎng)，LCF為漂心距中值，LT為平均吃水);

艏吃水增量△Lf=(L/2+LCF)×Lt/L=

-0.09 m;

艉吃水La=LT+△La=1.71 m;

艏吃水Lf=LT+△Lf=1.51 m;

質(zhì)心垂向坐標(biāo)KG=4.03 m;

初穩(wěn)心高GM0=KM-KG=13.670 3 m;

自由液面修正值δh1=0;

修正后的初穩(wěn)心高GM1=GM0-δh1=13.670 3 m;

可變載荷W=5 400 kN;

剩余可變載荷△W=3 370 kN。

1.3.2 船尾不安裝“海洋石油281”生活模塊，只作為載貨甲板使用[7]

質(zhì)心縱坐標(biāo)LCG=22.8 m;

浮心縱坐標(biāo)LCB=22.545 7 m;

縱傾力臂LCG-LCB=0.254 3 m;

縱傾力矩△(LCG-LCB)=17 257.269 kN·m;

每厘米縱傾力矩MTC=471.268 kN·m;

縱傾值Lt=-△(LCG-LCB)/(100×MTC)=-0.366 2 m; 艉吃水增量△La=-(L/2-LCF)×Lt/L=0.21 m;

艏吃水增量△Lf=(L/2+LC)×Lt/L=-0.16 m;

艉吃水La=L+△La=1.79 m;

艏吃水Lf=L+△Lf=1.43 m;

質(zhì)心垂向坐標(biāo)KG=3.7 m;

初穩(wěn)心高GM0=KM-KG=14.016 9 m;

自由液面修正值δh1=0;

修正后的初穩(wěn)心高GM1=GM0-δh1=14.016 9 m;

可變載荷W=5 280 kN;

剩余可變載荷△W=6 490 kN。

以上2種作業(yè)狀態(tài)(工況1質(zhì)心高度為4.03 m，工況2質(zhì)心高度為3.7 m)，經(jīng)計(jì)算極限質(zhì)心高度曲線(見(jiàn)圖5極限質(zhì)心高度曲線)，在風(fēng)速36 m/s(完整穩(wěn)性)、51.5 m/s(完整穩(wěn)性)、25.8 m/s(破艙穩(wěn)性)3種工況下都滿足“渤海自立號(hào)”的穩(wěn)性要求[8]。

圖5 極限質(zhì)心高度曲線

1.4 人行棧橋、錨機(jī)移位及生活模塊改造前后對(duì)比(見(jiàn)表1)

表1 改造前后對(duì)比

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施本次改造解決了長(zhǎng)期以來(lái)結(jié)構(gòu)變形的安全隱患，增加了平臺(tái)可變載荷，減輕整船質(zhì)量，提高了就位靈活性。改造時(shí)間安排在平臺(tái)特檢回碼頭期間進(jìn)行，減少對(duì)作業(yè)影響，改造施工工期約2個(gè)月。

安裝3層生活方案為最佳方案(見(jiàn)圖6改造后平臺(tái)布置圖及表2改造方式對(duì)比)，在完成凹槽底座的制作和生活模塊的試安裝工作，既可以滿足未來(lái)項(xiàng)目人員住宿需求，又可以方便拆卸，進(jìn)行工程支持改造等，且靈活定位平臺(tái)功能。

圖6 改造后平臺(tái)布置圖

項(xiàng)目改造前安裝0層安裝3層安裝5層平臺(tái)住宿總?cè)藬?shù)/人350150254350可變載荷/kN9960134601196010960平臺(tái)總質(zhì)量/t6698．96348．96498．96598．9

[1] 劉戈，宋克新，張海.海洋平臺(tái)棧橋動(dòng)力分析[J].海洋技術(shù)，2009,6(2)：84-87.

[2] 中國(guó)船級(jí)社.“渤海自立號(hào)”操船手冊(cè)[R].北京：中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司，2011.

[3] 中國(guó)船級(jí)社.海洋石油281操船手冊(cè)[R].北京：中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司，2009.

[4] 中國(guó)船級(jí)社.海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2012.

[5] CB/T 34—2007，船用導(dǎo)纜孔[S].

[6] 胡甫才，周勇，向陽(yáng)，等.錨機(jī)基座有限元分析與試驗(yàn)研究[J].船海工程，2007，36(2):53-56.

[7] 趙成璧，鄒早建.船舶穩(wěn)性計(jì)算程序ESTAB[J].武漢造船，2001(2)：12-14.

[8] 王志榮，錢(qián)培英.破艙穩(wěn)性極限重心高度曲線計(jì)算方法介紹[J].中國(guó)航海，1990，36(1)：36-37.

The feasibility of the transformation living quarter of BOHAIZILI platform B and the transfer of windlass and trestle bridge are analyzed.The results of the status quo analysis of the BOHAIZILI platform,estimation of renovation work and stability calculation of platform after retrofit indicate that the best way of transformation is feasible,three floors of HAIYANGSHIYOU281 platform are installed.

jack-up platform;accommodation supporting;renovation of B living quarter;stability analysis

張亮(1986-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，大學(xué)本科，主要從事海洋石油移動(dòng)平臺(tái)管理工作。

U656.6；P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.01.015

2015-10-21