半潛式生產(chǎn)儲油平臺船體通道設計研究與應用

孫鵬，楊亮，張文博，王越，杜娟

（海洋石油工程股份有限公司，天津市300451）

引言

深水半潛生產(chǎn)儲油平臺規(guī)模龐大，船體部分由四個立柱和四個環(huán)向浮箱組成，最大排水量超過10萬噸。是可實現(xiàn)萬噸級儲油功能的生產(chǎn)平臺，船體內(nèi)部設備、管線縱橫交錯，平臺三十年不進塢。通道設計是船體設計中重要組成部分，是實現(xiàn)船體在位檢驗的重要環(huán)節(jié)，對船體內(nèi)不同功能要求的通道進行統(tǒng)籌考慮，開展合理化的設計，不僅可以減少通道重量，還能有效提高通道的使用效率，滿足操維及設備、結構檢修的需求。

國內(nèi)對自升式平臺[1]、半潛式生產(chǎn)平臺等通道研究較多，但未對半潛式生產(chǎn)儲油平臺開展過通道研究。本文通過對半潛式生產(chǎn)儲油平臺的通道功能、設計要求等進行描述，結合半潛平臺艙室布置復雜、設備管線眾多、操維要求高、操作空間緊湊等特點，充分考慮人體工學要求[2]，開展不同類型通道的優(yōu)化設計研究，其成果進行工程應用，取得了良好的效果，可為類似項目的實施提供參考和依據(jù)。

1 概述

船體內(nèi)的艙室包括壓載艙、凝析油存儲艙、SLOP艙、化學藥劑艙、通道艙、機械處所等不同類型的艙室，通道設計要保證設備的操維可實施、在位結構年檢及特檢的要求、人員日常行走、人員應急逃生等功能，因此通道可歸納為包括進出艙通道、結構檢驗通道、設備維修通道、逃生通道等不同類型。

2 船體通道設計依據(jù)及考慮

2.1 船級社對通道的建議和要求

半潛式生產(chǎn)儲油平臺船體入CCS與ABS雙船級，通道設計需要參照船級社的設計指南開展，并且滿足入級規(guī)范的安全要求[3][4][5]，對于不同類型的通道，船級社建議及要求如下：

1） 直梯通道

直梯通道全長未超過9m可只設一段直梯，超過9m時應采用交錯布置，每一層直梯高度不大于6m。通道凈空高度應不大于2130mm；直梯水平傾斜角應控制在80°到90°之內(nèi)，直梯偏轉角應不大于2°；梯架可采用扁鋼、角鋼、槽鋼等形式，梯架間距控制在400mm至450mm之間。踏棍一般采用方鋼和圓鋼（如用方鋼，應以尖角邊朝上）；踏棍間距應設置在275mm-300mm之間。直梯高度大于4.5m時應設置護籠，護籠距離平臺或甲板高度應控制在2.2m-2.5m之間。直梯護籠在平臺位置設置安全門，安全門開啟路徑應無障礙物觸碰。安全門應足夠堅固，在垂直和水平方向上都能承受90公斤人的全部重量。不應使用鉸鏈代替安全門。

直梯通道每隔6m設置一層檢修平臺，可采用槽鋼、角鋼、型鋼等型材作為平臺支撐，格柵覆蓋。

通道平臺格柵強度應滿足以下設計規(guī)范要求：

A. 一般走道設計載荷為4510 N/m2；

B. 工作平臺設計載荷為9020 N/m2；

C. 卸貨區(qū)平臺設計載荷為13000 N/m2。

為保證檢驗人員安全，在通道相應位置設置方便人員懸掛安全帶的掛鉤及扶手。

2） 斜梯通道

斜梯角度應設置在38°至45°之間；對于不常使用的斜梯，斜梯寬度一般為800mm；對于經(jīng)常使用的斜梯，斜梯寬度一般為1200mm。踏步的垂向高度不大于250mm，深度不小于173mm，踏步應考慮設置防滑措施。斜梯垂向每隔3.5m應設有一個中轉平臺；若梯道改變方向，沿擔架撤離人員路徑的中間平臺長度應不小于1.525 m，以保證擔架掉頭。斜梯通道凈空高度應不小于2.13m，并應設置防塵板。

3） 欄桿

直梯、斜梯中間平臺以及船體檢修通道、進出艙通道、設備維修通道敞口一層等區(qū)域都應設置防護欄桿，欄桿高度不應小于1m,欄桿立柱間距不大于1.5m，欄桿轉彎半徑不小于3D（D為欄桿直徑）。欄桿踢腳板的高度一般不下于100mm。

2.2 不同類型通道設計考慮

半潛式生產(chǎn)儲油平臺船體通道設計過程中主要考慮平臺的功能需求，可以包括以下幾個方面：

1） 合理布置，解決空間干涉

船體內(nèi)部電纜、管線縱橫交錯，通道布置時需注意盡量避開，通道出入艙及行走范圍內(nèi)應無障礙物或使人絆跌的危險物。

2） 滿足設計壽命的檢驗通道需求

半潛平臺三十年不進塢，在通道設計時應考慮在位工況下，應滿足人員進入艙內(nèi)，能夠?qū)Π霛撈脚_所有結構進行目視檢驗及NDT，便于對關鍵設備和結構進行維修。

3） 合理布置滿足重量控制

深水半潛平臺為浮式平臺，相比固定平臺，船體總體性能受重量影響較大，極大影響船體在位工況、極端工況下的船體穩(wěn)定性，因此應盡量優(yōu)化通道布置，對不同功能要求的通道進行一體化統(tǒng)籌考慮，嚴格控制船體通道結構重量。

4） 通道結構防腐要求

深水半潛平臺考慮到三十年不進塢的要求，所有通道中直梯、斜梯、欄桿等結構需要在安裝前進行熱浸鋅處理，再涂刷防腐油漆。對于立柱外側應急逃生通道需要在位定期檢查、維保，避免波浪拍擊造成的油漆脫落產(chǎn)生的結構腐蝕。

2.3 不同類型通道設計考慮結構強度分析

通道及平臺材質(zhì)采用AH36等級材料，對于通道平臺局部結構建立有限元模型，采用三維有限元軟件進行結構強度校核，平臺支撐強度應滿足以下設計要求：

A. 一般走道設計載荷為4510 N/m2；

B. 工作平臺設計載荷為9020 N/m2；

C. 卸貨區(qū)平臺設計載荷為13000 N/m2。

圖1 操維平臺結構強度及穩(wěn)定性計算示例

對于立柱外側通道及平臺，由于受到破浪拍擊的影響，需要按照ABS FPI規(guī)范Section 5B-A1-1/3.3，考慮267KPa的拍擊載荷。

圖2 立柱外側直梯及平臺結構強度計算示例

3 通道設計方案與要點

船體通道主要包括艙室內(nèi)部通道及立柱外側通道，其設計方案與要點如下：

1） 液艙通道

液艙包括污油艙、凝析油艙、乙二醇艙、淡水艙、柴油艙、壓載艙。

液艙內(nèi)通道使用頻率較低，一般5年周期進行一次船體結構檢驗，艙內(nèi)管線設備較多，一般采用直梯形式。儲存油氣的艙室（如污油艙、凝析油艙、乙二醇艙、柴油艙等），為防止船體在運動中，螺栓摩擦引起火花，進而發(fā)生爆炸，梯子的連接形式應采用焊接。

在液艙內(nèi)安全門選型應考慮相應防腐措施，一般采用非鐵質(zhì)安全門，以防止安全門銹蝕無法打開。

為滿足浮箱內(nèi)壓載艙在位檢驗要求，在壓載艙大梁上應設置簡易踏步，可采用方鋼，踏步間距不大于300mm。

圖3 液艙通道設計

2） 干艙通道

干艙包括空艙、豎井等。在干艙內(nèi)通道連接形式可采用焊接和螺栓連接兩種形式。

空艙通道使用頻率較低，空間較為狹小，內(nèi)部管線較多，采用直梯形式。IACS規(guī)范中規(guī)定長度為35m及以上的分艙，應至少設置2個出入艙口和2個梯子，并根據(jù)實際情況盡可能遠離。每個空艙中至少設置2條通道，并且為保證受傷人員可以從艙底直接吊出艙室，至少1條通道是直通型。為保證人員上下安全，空艙中每層人孔均設置活動型格柵蓋，防止人員墜落。

豎井內(nèi)通道使用頻率較高，采用斜梯形式。斜梯在電梯停留位置應設置中轉平臺，并應考慮防滑措施。

圖4 干艙通道設計及建造完成情況

3） 立柱外側逃生通道

立柱外側設置應急逃生通道，考慮到使用頻率較低，立柱外側立管、陽極等設備設施較多，空間有限，采用直梯通道形式。每隔6m設置一層中轉平臺時，應考慮避讓相關專業(yè)設備設施，凈空高度大于2.13m。水線面以下設置可拆卸直梯，用于碼頭調(diào)試及傾斜試驗時使用，調(diào)試完成后拆除。為防止非作業(yè)人員進入平臺，在直梯頂部設置活動式格柵蓋，并設置防盜式插銷。

考慮平臺30年不進塢，且直梯通道位于立柱外側，應考慮相應腐蝕余量，處于水線面附近的平臺直梯應考慮波浪的拍擊，臺風工況的風載荷，進行結構強度校核。

圖5 立柱外側逃生通道設計及建造完成情況

4 船體通道建造實施

船體通道結構的建造通過制定詳細的施工方案并執(zhí)行完成。在完成平臺、欄桿、把手、小支撐等的預制后，按照施工不同階段的實際情況，開展并完成通道舾裝件的集成工作。

1）分段預舾裝

根據(jù)分段舾裝布置圖及其他舾裝布置圖進行施工，并保證分段舾裝施工的完整性；

凡是需要焊接，安裝位置容易固定，體積不大，不影響分段制造、翻身、運輸及后續(xù)合攏，不影響其他后續(xù)設備安裝的設備和舾裝件盡可能在此階段安裝。如直梯、平臺、踏步、扶手，風暴扶手、通道平臺等。

2）船臺搭載區(qū)舾裝

根據(jù)分段舾裝布置圖、區(qū)域舾裝布置圖及其他舾裝布置圖進行施工，并保證船臺舾裝施工的完整性；

凡是跨分段，分段階段不易安裝的，影響分段制造翻身等在分段階段不能安裝的鐵舾裝件，劃分到此階段安裝；如分段合攏口的直梯、斜梯、花鋼板、格柵、欄桿、扶手、支架、通道平臺等。

3）碼頭舾裝階段

有些受試驗影響、涂裝影響、易損物件或工序影響的鐵舾件或鐵舾裝設備，或前幾道工序由于受到其他因素影響未完成安裝的鐵舾件及鐵舾裝設備，需下水后在此階段安裝。如格柵（部分）、設備類鐵舾件及其附件，機艙區(qū)域部分鐵舾裝件等。

5 結語

本文通過介紹船級社對于通道設計的相關要求，開展了我國首個深水半潛式儲油生產(chǎn)平臺通道設計并成功實施，根據(jù)半潛平臺通道特點及實施過程中的問題進行總結并提出了一些建議，通道設計方案在深水半潛平臺項目中成功實施，為后續(xù)平臺投產(chǎn)后在位檢驗及維保提供了重要保障，也為今后類似深水半潛平臺通道設計提供了有效參考。