稱重水袋在半潛式平臺(tái)吊機(jī)調(diào)試中的技術(shù)應(yīng)用

畢華奇 徐亞玲 王君如 薛吉宏 周迎春

摘要：為降低深水半潛式平臺(tái)海上高空吊機(jī)調(diào)試報(bào)驗(yàn)期間配重物意外墜落的風(fēng)險(xiǎn)，提升調(diào)試報(bào)驗(yàn)工作效率，對(duì)平臺(tái)2臺(tái)吊機(jī)的調(diào)試負(fù)載試驗(yàn)技術(shù)方案進(jìn)行改進(jìn)，采用稱重水袋和電子拉力計(jì)組合使用代替?zhèn)鹘y(tǒng)固體配重砝碼進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)。為稱重水袋加載做了離心泵選型計(jì)算并設(shè)計(jì)了從地面到平臺(tái)頂層甲板的臨時(shí)用水管線;將稱重水袋與拉力計(jì)連接掛鉤開(kāi)始加水，通過(guò)讀取拉力計(jì)的示數(shù)控制稱重水袋的進(jìn)水量，以此來(lái)控制吊機(jī)的試驗(yàn)負(fù)載重量;最后，按調(diào)試程序測(cè)試吊機(jī)各項(xiàng)功能，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用的技術(shù)方案有效降低了試驗(yàn)操作難度，使得單臺(tái)吊機(jī)負(fù)載試驗(yàn)時(shí)間縮減近2h，并且極大降低了試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，有效節(jié)約物料成本，提高了設(shè)備的重復(fù)利用率，在海上半潛式生產(chǎn)平臺(tái)、FPSO等海洋工程裝備吊機(jī)調(diào)試試驗(yàn)中具有較高的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：稱重水袋;吊機(jī)調(diào)試;負(fù)載試驗(yàn);半潛式平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TE42

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-9492（ 2022） 02-0151-04

0 引言

吊機(jī)是海洋半潛式平臺(tái)的重要設(shè)備，陵水17-2氣田的深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)（SEMI） [1-2]配備有2臺(tái)起重能力為30t的吊機(jī)，在吊機(jī)調(diào)試負(fù)載試驗(yàn)時(shí)需要將35 t的配重運(yùn)至平臺(tái)的頂層甲板。為了降低調(diào)試作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和操作難度，提高作業(yè)效率，對(duì)吊機(jī)負(fù)載的技術(shù)方案進(jìn)行改進(jìn)與研究。與以往吊機(jī)陸地調(diào)試工況不同，上部模塊與船體大合攏結(jié)束后，該半潛式平臺(tái)成為一個(gè)大型浮體靠泊在碼頭邊，頂層甲板離水面的高度達(dá)到61m（吃水深度9 m），吊機(jī)調(diào)試工況變成水上半潛式平臺(tái)高空吊重作業(yè)，負(fù)載調(diào)試期間配重物意外墜落對(duì)人員生命和平臺(tái)結(jié)構(gòu)造成的危害性巨大[3]，吊機(jī)調(diào)試不再適合以固體塊狀為配重砝碼進(jìn)行調(diào)試報(bào)驗(yàn)工作，因此需要尋找一種安全高效的水上半潛式平臺(tái)吊機(jī)負(fù)載調(diào)試技術(shù)路線?；谏鲜鲈?，本文介紹了稱重水袋在半潛式平臺(tái)吊機(jī)調(diào)試中的技術(shù)應(yīng)用，該技術(shù)方案的特點(diǎn)是稱重水袋本體重量輕、體積小，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，稱重水袋中水的重量作為負(fù)載重量，水袋重復(fù)利用率高且負(fù)載易靈活調(diào)整。并且在負(fù)載試驗(yàn)中，意外墜落對(duì)人員和設(shè)備的損害風(fēng)險(xiǎn)低。能夠有效解決傳統(tǒng)固體砝碼在吊機(jī)調(diào)試中存在的吊重作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、運(yùn)輸儲(chǔ)存困難等問(wèn)題，為今后海上半潛式平臺(tái)高空吊機(jī)調(diào)試作業(yè)提供了更加安全高效的解決方案。

1 吊機(jī)負(fù)載調(diào)試和稱重水袋簡(jiǎn)介

該平臺(tái)配備2臺(tái)基座式吊機(jī)，分別位于平臺(tái)的南北兩側(cè)。北側(cè)為電動(dòng)機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)吊機(jī)，南側(cè)為柴油機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)吊機(jī)。吊機(jī)的主鉤的最大起重質(zhì)量為30 t，副鉤的最大起升質(zhì)量為5t。具體參數(shù)如表1所示。

根據(jù)《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》和《海上浮式裝置人級(jí)規(guī)范》，吊機(jī)負(fù)載試驗(yàn)測(cè)試主要包括以下內(nèi)容。

（1）對(duì)吊機(jī)主鉤和副鉤加載。分別在50%、100%安全工作負(fù)荷下，對(duì)吊機(jī)進(jìn)行緩慢起升、回轉(zhuǎn)和變幅實(shí)驗(yàn)，根據(jù)負(fù)載曲線驗(yàn)證工作半徑范圍，測(cè)試吊機(jī)性能。

（2）過(guò)載試驗(yàn)。吊機(jī)主鉤掛35 t（30t +5 t）配重，副鉤掛6.25 t（5 tx1.25）配重，在負(fù)載安全工作半徑內(nèi)，緩慢起吊配重離地20 cm，靜止保持5 min;檢查配重是否下滑，卸去負(fù)荷，檢查吊機(jī)結(jié)構(gòu)有無(wú)損壞，液壓油系統(tǒng)有無(wú)滲漏現(xiàn)象。

（3）制動(dòng)和應(yīng)急關(guān)斷測(cè)試。當(dāng)?shù)蹉^在最大移動(dòng)速度時(shí)，讓控制手柄迅速回到杠桿中心，制動(dòng)單元能夠迅速安全正確地停止;在吊機(jī)100%負(fù)載試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)行應(yīng)急關(guān)斷功能試驗(yàn)。

（4）手動(dòng)釋放試驗(yàn)。在吊機(jī)正常的運(yùn)行中，停止柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行手動(dòng)釋放功能試驗(yàn)。

稱重水袋的工作原理是將水注入水袋中，以水的重力作為負(fù)載，負(fù)載量的大小通過(guò)加注水的量靈活控制，試驗(yàn)用負(fù)載的稱重水袋主要結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖1和表2所示。

2 預(yù)調(diào)試

2.1 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域識(shí)別與隔離

半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)落物風(fēng)險(xiǎn)主要源自吊機(jī)負(fù)載試驗(yàn)配重物的意外墜落，風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)區(qū)域主要為船體回形廊結(jié)構(gòu)和主甲板區(qū)域[4-5]。本次吊機(jī)調(diào)試報(bào)驗(yàn)作業(yè)主要包含如下有墜落風(fēng)險(xiǎn)工況：一是吊機(jī)掛載進(jìn)行回轉(zhuǎn)、變幅、起鉤和放鉤功能測(cè)試;二是負(fù)載試驗(yàn)結(jié)束后將水袋轉(zhuǎn)到舷邊位置懸停釋放載荷。圖2所示紅色覆蓋區(qū)域?yàn)楸敬蔚鯔C(jī)調(diào)試作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，試驗(yàn)開(kāi)始前需提前做好隔離。

2.2 離心泵的選型計(jì)算

稱重水袋注水需要用離心泵將水輸送至70 m高的水袋中，頂層甲板的水袋入水口設(shè)為2-2截面，泵所在水平面設(shè)為1-1截面，上方壓強(qiáng)為101.3 kPa，水的密度1 000 kg/m3，水的黏度μ=0.894 gX10-3 Pa.s。水袋的入水口處為101.3 kPa，水袋入水口高于罐內(nèi)液面70 m，輸送管的直徑d=8 cm，水管的進(jìn)水量Q=10 m3/h，水管長(zhǎng)l=112 m，液體流經(jīng)所有管路的能量損失為∑職，外界做功表示為Wc，重力加速度g=10 m/s2。使用如下伯努利方程計(jì)算將水泵入頂層甲板水袋中所需外界功，方程式如下[6]：離心泵的效率估算為30%[7-8]，離心泵的功率應(yīng)達(dá)到14 715.46 W。

2.3 加水管路布置和水袋使用方法

試驗(yàn)所需要的水源來(lái)自碼頭岸邊的消防水，通過(guò)離心泵加壓后經(jīng)過(guò)3寸的臨時(shí)橡膠軟管，將水提升至平臺(tái)頂層主甲板。

兩臺(tái)吊機(jī)分別位于位于平臺(tái)的南北側(cè)，根據(jù)報(bào)驗(yàn)當(dāng)天的頂層甲板施工物料存放情況，選擇在乎臺(tái)主柴油發(fā)電機(jī)預(yù)留區(qū)域?yàn)樗募铀僮鲄^(qū)域，具體加水臨時(shí)管線布置和操作區(qū)域如圖3所示。

在負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，水袋上端需要連接拉力計(jì)，水袋與拉力計(jì)之間通過(guò)高強(qiáng)度弓形卸扣連接，最后通過(guò)吊重帶與吊機(jī)鉤頭連接，連接方式如圖4所示。在加載負(fù)荷時(shí)，水袋的負(fù)載水量通過(guò)無(wú)線顯示器的讀數(shù)來(lái)精確控制，圖5所示為拉力計(jì)和無(wú)線顯示器實(shí)物。水袋掛好后，連接好注水管路，將水袋吊運(yùn)至試驗(yàn)區(qū)域。

3 負(fù)載試驗(yàn)程序

吊機(jī)調(diào)試須以相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)[9-12]，并嚴(yán)格執(zhí)行。

3.1 試驗(yàn)前檢查項(xiàng)目

（1）檢查作業(yè)環(huán)境。正常工作風(fēng)速18 m/s，起重機(jī)工作允許的海況：海面狀況5-6/SWH2.5 m-4.0 m，起重機(jī)允許傾角：2。。

（2）檢查吊機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械完工狀態(tài)，主結(jié)構(gòu)焊縫探傷報(bào)告、吊機(jī)出廠合格證書(shū)等。

（3）檢查水袋出廠合格證、拉力計(jì)標(biāo)定證書(shū)、水袋外觀。

3.2 絕緣測(cè)試

（1）測(cè)量電機(jī)馬達(dá)冷態(tài)、熱態(tài)（試驗(yàn)結(jié)束后）絕緣。

（2）測(cè)量并記錄空調(diào)電機(jī)的冷態(tài)、熱態(tài)（試驗(yàn)結(jié)束后）絕緣電阻。

3.3 功能測(cè)試

（1）操作功能測(cè)試：測(cè)試儀表、指示燈、開(kāi)關(guān)按鈕、操作手柄等功能。

（2）報(bào)警功能測(cè)試：測(cè)試過(guò)載報(bào)警、柴油機(jī)報(bào)警、液壓油系統(tǒng)報(bào)警、限位報(bào)警等功能。

（3）關(guān)斷功能測(cè)試：測(cè)試柴油機(jī)關(guān)斷、電機(jī)關(guān)斷、液壓油系統(tǒng)關(guān)斷、限位關(guān)斷、超載關(guān)斷、緊急關(guān)斷等功能。

3.4 動(dòng)力及液壓系統(tǒng)油系統(tǒng)試驗(yàn)

（1）檢查確認(rèn)柴油機(jī)和電機(jī)符合啟動(dòng)條件。

（2）單獨(dú)啟動(dòng)柴油機(jī)、電機(jī)，確認(rèn)轉(zhuǎn)向正確，運(yùn)行正常。并記錄下列數(shù)據(jù)：柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速，柴油機(jī)排煙溫度，液壓油壓力，液壓油溫度，振動(dòng)頻率，噪聲值等。

（3）啟動(dòng)6次，確認(rèn)啟動(dòng)性能滿足要求。

（4）檢查確認(rèn)液壓油系統(tǒng)符合啟動(dòng)條件，啟動(dòng)柴油機(jī)帶動(dòng)液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)10 min，檢查確認(rèn)柴油機(jī)、液壓系統(tǒng)工作正常無(wú)滲漏，記錄液壓油系統(tǒng)壓力。

3.5 負(fù)載測(cè)試

對(duì)吊機(jī)主鉤和副鉤加載，分別在50%、100%安全工作負(fù)荷下，對(duì)吊機(jī)進(jìn)行緩慢起升、回轉(zhuǎn)和變幅實(shí)驗(yàn)，根據(jù)負(fù)載曲線驗(yàn)證工作半徑范圍，測(cè)試吊機(jī)性能。

（1）測(cè)試吊臂的變幅性能：測(cè)試并記錄變幅剎車、變幅限位及報(bào)警、吊臂運(yùn)行的最大/小仰角、角度指示儀、吊臂變幅限位、液壓操作控制系統(tǒng)等功能，記錄液壓油系統(tǒng)壓力并檢查液壓油有無(wú)泄漏。

（2）測(cè)試吊臂的回轉(zhuǎn)性能：測(cè)試并記錄回轉(zhuǎn)剎車、最大運(yùn)行角度及工作半徑、液壓操作控制系統(tǒng)等功能，記錄液壓油系統(tǒng)壓力并檢查液壓油有無(wú)泄漏。

（3）測(cè)試起吊絞車性能：檢查主絞車運(yùn)行情況是否正常，測(cè)試并記錄主絞車的手動(dòng)剎車和主吊鉤限位裝置功能，檢查鋼絲繩的長(zhǎng)度是否足夠，測(cè)試并記錄主吊鉤的最大上升、下降速度和主吊鉤的緊急制動(dòng)功能，記錄液壓油系統(tǒng)壓力并檢查有無(wú)泄漏。

（4）動(dòng)作組合試驗(yàn)：變幅加回轉(zhuǎn)二聯(lián)動(dòng)，起升加回轉(zhuǎn)二聯(lián)動(dòng)，起升加變幅二聯(lián)動(dòng)。

主鉤負(fù)載測(cè)試記錄如表3-4所示。主鉤提升能力測(cè)試如圖6所示。

3.6 負(fù)載轉(zhuǎn)移方法

吊機(jī)負(fù)載測(cè)試包括主鉤和副鉤的起吊能力測(cè)試，本試驗(yàn)中副鉤的負(fù)載測(cè)試重量是5t，主鉤的負(fù)載測(cè)試重量是30 t，通常測(cè)試完副鉤后，需要將水袋中的水釋放空，然后再將水袋掛在主鉤重新加水進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)。本文提出一種帶載換鉤的方法，能夠有效提升負(fù)載試驗(yàn)的工作效率，如圖7所示。具體的實(shí)施方法為結(jié)束副鉤St負(fù)載試驗(yàn)以后將水袋半懸在空中，用另一根吊帶將副鉤上的水袋與主鉤連接起來(lái)，然后緩慢提升主鉤直至力全部轉(zhuǎn)移到主鉤，再將副鉤的吊帶移去，這樣就可以直接在原有5t的水袋中繼續(xù)加水，省去了釋放5t負(fù)載和重新加5t負(fù)載的過(guò)程。經(jīng)試驗(yàn)記錄，帶載換鉤使得單臺(tái)吊機(jī)調(diào)試時(shí)間縮短2h，有效提高了調(diào)試作業(yè)效率。

3.7 過(guò)載測(cè)試

吊機(jī)主鉤掛35 t（30 t+5 t）配重，在負(fù)載安全工作半徑內(nèi)，緩慢起吊配重離地20 cm，靜止保持5 min;檢查配重是否下滑，卸去負(fù)荷，檢查吊機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)損壞，液壓油系統(tǒng)無(wú)滲漏現(xiàn)象。

副鉤掛6.25 t（5 tx1.25）配重，在負(fù)載安全工作半徑內(nèi)，緩慢起吊配重離地20 cm，靜止保持5 min;檢查配重是否下滑，卸去負(fù)荷，檢查吊機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)損壞，液壓油系統(tǒng)無(wú)滲漏現(xiàn)象。

3.8 制動(dòng)測(cè)試

當(dāng)?shù)蹉^在最大移動(dòng)速度時(shí)，讓控制手柄迅速回到杠桿中心，制動(dòng)單元能夠迅速安全正確地停止。

3.9 應(yīng)急關(guān)斷測(cè)試

在吊機(jī)100%負(fù)載試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)行應(yīng)急關(guān)斷功能試驗(yàn)。

3.10手動(dòng)釋放試驗(yàn)

在吊機(jī)正常的運(yùn)行中，停止柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行手動(dòng)釋放功能試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

稱重水袋負(fù)載技術(shù)在深水半潛式平臺(tái)吊機(jī)調(diào)試中的成功應(yīng)用，使得調(diào)試作業(yè)的安全性和作業(yè)效率大大提升。負(fù)載試驗(yàn)制定了引繩法帶載換鉤的方案，小鉤5t負(fù)載試驗(yàn)結(jié)束以后，無(wú)需將水袋的載荷卸掉，采用引繩法將負(fù)載緩慢過(guò)渡到主鉤，單臺(tái)吊機(jī)調(diào)試時(shí)間節(jié)省近2h，降低了試驗(yàn)成本。稱重水袋本體重量輕，體積小，負(fù)載量可通過(guò)加水量靈活調(diào)整，重復(fù)利用率高。綜上所述，稱重水袋負(fù)載技術(shù)在深水半潛式平臺(tái)吊機(jī)調(diào)試中展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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