深水半潛式起重鋪管船建造過(guò)程的重量控制

陳 品，樊祥濱，王程臨，郭 鵬，劉 鵬

[海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520]

0 引 言

隨著我國(guó)深海油氣開(kāi)發(fā)的不斷推進(jìn)以及國(guó)際化戰(zhàn)略的需要，深水結(jié)構(gòu)物日趨大型化，面對(duì)的作業(yè)海況日益復(fù)雜。深水半潛式起重鋪管船(SSCV)以其對(duì)惡劣海況的適用性以及在深水海底管線鋪設(shè)中的高效性而具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，是海洋工程系列化深水船隊(duì)必不可缺的船型，在海洋工程領(lǐng)域具有重要地位與市場(chǎng)前景。作為目前世界最先進(jìn)的船型之一，SSCV最先進(jìn)的性能是在深海海域的起重以及海底管線鋪設(shè)，而建造該類船舶，重量和重心控制是極其重要的一項(xiàng)內(nèi)容，其好壞直接影響到整個(gè)項(xiàng)目能否成功。重量是海洋工程裝備的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)船舶性能、可變載荷、強(qiáng)度等都有一定影響[1]。重量重心直接影響海工產(chǎn)品的性能優(yōu)劣和設(shè)計(jì)成敗。因此，研究SSCV的重量控制技術(shù)，有著非常重要的意義。

本文介紹了重量控制的意義以及建造期間的重量控制方法，并闡述了船舶超重的解決措施。

1 重量的分類及空船重量

1.1 重量的分類

SSCV的最大重量一般由自重(空船重量)和可變重量(可變載荷)組成。根據(jù)常規(guī)統(tǒng)計(jì)，空船重量包括船體結(jié)構(gòu)、上層建筑、各種永久安裝的甲板機(jī)械、輪機(jī)設(shè)備、管系和電氣設(shè)備、永久安裝在船上的吊機(jī)及鋪管設(shè)備的重量，還包括空船狀態(tài)下機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的各種液體的重量(例如潤(rùn)滑油、液壓油、冷卻水等的重量)。圖1為典型的SSCV船型。SSCV的可變載荷主要包括船舶工作時(shí)所用的燃油、淡水、海管、吊裝載荷等。因此，在平臺(tái)的設(shè)計(jì)最大重量一定時(shí)，空船重量和可變載荷就形成了對(duì)立的關(guān)系。當(dāng)空船重量超出估算值時(shí)，可變載荷就可能達(dá)不到所需的值。

圖1 典型深水半潛式起重鋪管船F(xiàn)ig.1 Typical deepwater SSCV

1.2 空船重量

1.2.1空船重量的定義

空船重量是指船舶裝備齊全但無(wú)裝載時(shí)的重量。

根據(jù)國(guó)際海事組織(IMO)、美國(guó)船級(jí)社(ABS)和中國(guó)船級(jí)社(CCS)的海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)(MODU)規(guī)范[2-4]，空船重量指整個(gè)船舶連同安裝的機(jī)械設(shè)備和舾裝，包括固定壓載、備件以及機(jī)械管系中至正常工作液面的各種液體的重量，但不包括儲(chǔ)存在液艙內(nèi)的油、水、消耗品或者可變載荷、儲(chǔ)存物品、船員和行李重量。船舶中比較模糊的重量是否屬于空船重量，需要與船東達(dá)成一致，并在計(jì)算裝載情況時(shí)不遺漏、不重復(fù)。

1.2.2空船重量的生命周期

SSCV的空船重量，在不同的階段有不同的重量數(shù)據(jù)，具體如下。

(1) 方案設(shè)計(jì)階段的估算重量。

(2) 在基本設(shè)計(jì)階段，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展，對(duì)方案設(shè)計(jì)的估算重量進(jìn)行完善和細(xì)化，得到的設(shè)計(jì)重量由負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的單位完成；事實(shí)上，基本設(shè)計(jì)確定后，重量的大局已定。

(3) 根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，統(tǒng)計(jì)出的詳細(xì)設(shè)計(jì)重量報(bào)告。

(4) 在建造過(guò)程中，加工設(shè)計(jì)對(duì)重量進(jìn)行控制，可以通過(guò)稱重得到建造完成后的分段完工重量，出具各階段重量控制報(bào)告直至建造完成。

(5) 在接近完工狀態(tài)，可以通過(guò)傾斜實(shí)驗(yàn)測(cè)量吃水并加以計(jì)算，所測(cè)得的實(shí)際空船重量(實(shí)際自重)。

上述各階段重量數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 不同階段的重量數(shù)據(jù)
Fig.2 Weight data at different stages

2 重量控制

2.1 重量控制報(bào)告

重量控制報(bào)告是建造場(chǎng)地用來(lái)發(fā)現(xiàn)超重的重要武器，重量報(bào)告應(yīng)該包括以下內(nèi)容。

(1) 重心坐標(biāo)定義。

(2) 各項(xiàng)重量的釋義、涵蓋的內(nèi)容以及重量生成的方式。數(shù)據(jù)來(lái)源可以通過(guò)手工計(jì)算，也可以根據(jù)實(shí)際模型軟件導(dǎo)出。

(3) 分類匯總重量。表1為典型的分專業(yè)匯總重量的表格示例。

表1 分專業(yè)匯總重量表格Table 1 Weight table with each category

(4) 報(bào)告記錄重量的關(guān)鍵變化，記錄各版次之間的重量變化情況。

(5) 記錄重量的變化趨勢(shì)，分類統(tǒng)計(jì)變化趨勢(shì)圖。

(6) 監(jiān)控設(shè)計(jì)余量，以防超重的發(fā)生。

2.2 建造階段的重量控制原則及方法

2.2.1建造階段重控流程

建造階段的重控流程如圖2所示。

圖2 建造階段的重控流程Fig.2 Flow chart of weight control in construction

2.2.2建造階段重控原則

建造過(guò)程中若不仔細(xì)控制重量，往往會(huì)引起重量的大量增加，這是船舶建造中常見(jiàn)的問(wèn)題。可在以下幾個(gè)方面來(lái)嚴(yán)格控制平臺(tái)建造過(guò)程中的重量變化：(1)建造需嚴(yán)格按圖施工；(2)嚴(yán)格控制材料代用；(3)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中若修改了詳細(xì)設(shè)計(jì)，特別是引起重量增加的項(xiàng)目，須嚴(yán)格控制；(4)對(duì)板材厚度偏差要進(jìn)行抽樣統(tǒng)計(jì)，計(jì)算板厚偏差；(5)及時(shí)記錄跟蹤到貨設(shè)備的重量重心，分專業(yè)形成重控報(bào)告。

2.2.3建造階段重控方法

第一，建造項(xiàng)目部要與材料供貨商進(jìn)行良好的準(zhǔn)備工作，要求供貨商提供材料準(zhǔn)確的重量和重心，包括舾裝材料和機(jī)械電氣設(shè)備等，這些詳細(xì)的數(shù)據(jù)能夠保證空船重量的準(zhǔn)確性。

第二，建造過(guò)程中嚴(yán)格控制工藝過(guò)程的規(guī)則，不隨意使用較厚板來(lái)代替原本設(shè)計(jì)中的薄板，不隨意更改設(shè)計(jì)尺寸，不隨意進(jìn)行材料替代，尤其是用大規(guī)格代替小規(guī)格。另外，建造過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制使用臨時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，尤其不能將加強(qiáng)結(jié)構(gòu)留于船體內(nèi)部；應(yīng)嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，避免焊腳太大；對(duì)于業(yè)主或者詳設(shè)要求的加厚板材等行為，一定要綜合考慮并進(jìn)行協(xié)商，避免無(wú)謂加重空船重量。

建造過(guò)程中對(duì)重量的控制是必要的。要嚴(yán)格管理，按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)施工，提高加工質(zhì)量，材料與設(shè)備不能隨意替代。若需替代時(shí)，必須與設(shè)計(jì)部門(mén)聯(lián)系，并得到設(shè)計(jì)部門(mén)的批準(zhǔn)后方可執(zhí)行替代。平臺(tái)建造過(guò)程、建造工藝的重量控制，可從以下方面實(shí)施。

(1) 如在建造階段有重量增加的修改，加工設(shè)計(jì)修改了詳設(shè)，需要報(bào)批。

(2) 每張加工設(shè)計(jì)的圖紙應(yīng)標(biāo)有圖紙內(nèi)所含桿件的重量，并計(jì)入重控報(bào)告，按階段報(bào)業(yè)主。

(3) 建造過(guò)程中嚴(yán)格控制工藝過(guò)程的規(guī)則，不隨意使用較厚板來(lái)代替原本設(shè)計(jì)中的薄板，不隨意更改設(shè)計(jì)尺寸，不隨意進(jìn)行材料替代，尤其是用大規(guī)格代替小規(guī)格。

(4) 如業(yè)主允許，在船體機(jī)艙等位置取消包裹絕緣白鐵皮。

(5) 通過(guò)使用較薄板、使用鋁合金材料、簡(jiǎn)化刷油漆等方式來(lái)對(duì)船名標(biāo)示進(jìn)行減重。

(6) 建造過(guò)程中嚴(yán)格控制使用臨時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，使用后應(yīng)拆除并打磨光滑，尤其不能將加強(qiáng)結(jié)構(gòu)留于船體內(nèi)部，如確實(shí)需要，應(yīng)報(bào)批。

由于船舶設(shè)計(jì)階段計(jì)算所得的重量和重心位置與船舶建造完成之后的實(shí)際重量重心往往存在一定的偏差，所以建造完成后必須進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，以便準(zhǔn)確獲取重量重心位置[5]。因?yàn)橹亓恐匦年P(guān)乎平臺(tái)的安全，所以船東和船級(jí)社都非常重視傾斜試驗(yàn)。為了保證傾斜試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確，船級(jí)社對(duì)試驗(yàn)狀態(tài)有明確的規(guī)定，要求船舶盡可能達(dá)到完工狀態(tài)，從重量的角度，船級(jí)社要求整船的重量完工情況不得低于98%。所以從建造場(chǎng)地的角度，往往把傾斜試驗(yàn)看成完工的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。需要注意的是，雖然傾斜試驗(yàn)是確定空船重量的最終手段，但超重不能在傾斜試驗(yàn)后才發(fā)現(xiàn)。

3 超重的補(bǔ)救措施

針對(duì)超重引起的各種后果，可以采取以下補(bǔ)救措施。

(1) 浮力不足。在原設(shè)計(jì)干舷尚有余量的情況下，提高吃水是解決浮力不足最經(jīng)濟(jì)的辦法，對(duì)于半潛船舶而言，還需要保證拖航吃水不超過(guò)下浮體甲板，拖航吃水至少要低于下浮體甲板0.3m。如吃水不能調(diào)整，則只能通過(guò)增加浮體的辦法增加浮力，如可以在半潛船舶的原下浮體兩側(cè)加固定翼。

(2) 穩(wěn)性不足。半潛船舶加固定翼后，往往使得穩(wěn)性變差，這時(shí)需要增加水線面積改善穩(wěn)性。常見(jiàn)的做法是在立柱的側(cè)面增加浮體。

(3) 浮態(tài)不理想。用過(guò)多的壓載水調(diào)整浮態(tài)會(huì)引起有效載荷的減少。有時(shí)需要考慮重新布置分艙來(lái)改善重心與浮力的平衡。

(4) 強(qiáng)度不夠。超重一般不會(huì)引起總體強(qiáng)度問(wèn)題，可以考慮采用更高強(qiáng)度的材料。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)深水半潛式起重鋪管船，總結(jié)了船舶的重量分類、重量控制的意義以及建造期間的重量控制方法。重量控制對(duì)于深水半潛式起重鋪管船的建造是關(guān)鍵性的技術(shù)，所以應(yīng)該引起足夠的重視。在實(shí)際建造中應(yīng)該建立專門(mén)的重控小組并設(shè)置公司級(jí)別的重控體系，避免在項(xiàng)目后期造成無(wú)法挽回的損失。

[1] 劉海霞.深水半潛式鉆井平臺(tái)的重量控制探述[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2011,26(6)：9.

Liu Hai-xia.Weight control of deepwater semi-submersible drilling unit [J].China Offshore Platform,2011,26(6)：9.

[2] 中國(guó)船級(jí)社.海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)及建造規(guī)范[S].2005.

China Classification Society.Rules for mobile offshore drilling units [S].2005.

[3] American Bureau of Shipping.Rules for building and classing mobile offshore drilling units [S].2006.

[4] International Maritime Organization.Code for the construction and equipment of mobile offshore drilling units [S].2001.

[5] 王凱歌,周晶,尹東亮.大型船舶現(xiàn)場(chǎng)建造期間的重量重心控制[J].裝備制造技術(shù),2016(6)：181.

Wang Kai-ge,Zhou Jing,Yin Dong-liang.Control of weight and center of gravity during building large shipping vessels [J].Equipment Manufacturing Technology,2016(6)：181.