自升式钻井平台重量控制方案 张明，程志涛，幸耀庭 （大连中ｉ勐台务工程有限公司，辽宁大连１１６１１３） 摘要：文章通过对某自升式钻井平台在建造过程中所采取的各种重量控制方案的阐述，根据 ＡＢＳ ＭＯＤＵ规范对海工产品的要求，总结了一套贯穿设计和建造阶段的重量控制方案。此方案适 用于大部分海工项目的重量控制要求。 关键词：重量控制；有限元计算；空船重量；减重 中图分类号：Ｕ６９２．１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１４１４１／ｊ．３１—１９８１．２０１７．０４．００８ Ｗｅｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｅｌｆ－ｅｌｅｖａｔｉｎｇ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｕｎｉｔ ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｚｈｉｔａｏ，ＸＩＮＧ Ｙａｏｔｉｎｇ （ＣＯＳＣＯ（Ｄａｌｉａｎ）Ｓｈｉｐｙａｒｄ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｄａｌｉａｎ １ １６１ １３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｌｌ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｌｆ－ｅｌｅｖａｔｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｕｎｉｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＡＢＳＭＯＤＵｒｕｌｅ ｏｎ ｏｆｓｈｏｒｅｐｒｏｄｕｃｔｓ，ａ ｓｅｔｏｆ ｗｅｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｄｅｓｉｇｎ ａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｓｓｕｉｉｔａｂｌｅ 厂０，．ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍｏｓｔｏｓｈｏｒｆｅｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｅｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏ＃ＦＥＡ ａｎａｌｙｓｉｓ，＂ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，＂ｒｅｄｕｃｅｗｅｉｇｈｔ ０ 引言全球经济发展对能源要求不断增大，海洋石油资源因其巨大的储备量成为今后产 发展的主要方向，从而使以钻井平台为代表的海洋工程船舶的建造，成为备受关注的目标。 海洋工程船舶的建造，除要满足大部分常规船 舶的要求外，还受到更多海洋工程和工作海域等规范的约束。在其设计和建造过程中，既要考虑到满 足规范和功能的要求，又要考虑设计的合理 口经 济洼。其中重 口重ｆ 的变化，将会影响船舶装载能力和稳 等主要参数，而成为船东和船厂要求控 制的主要指标。 重蒌控制包含重量和重 的控制两个方面。在 设计阶段通过估算得 卜个大概的空船重量和重Ｊ 位置，在建造过程中采取种种控制手段和方案，使 最终建造完工状态船舶的重量重Ｊｌ： 丘之前估算值 的— 程。 １．２重量控制的意义 重量的变化会影响船舶的装载和压载能力。当 实际空船重量超过设计重量时，船舶的装货量会减 少，严重时可含 含ＪＩ白沉没。反之空船重量 ！ 设计重量，船舶的压载能力受限，使某些半潜船在 满压载水状态仍不能达到下潜深度，直接影响功能 使用。重 的变化会影响船舶的稳洼，重』 或 ｉ寸ｆ氐都会给航行中的船舶带来危险。船舶重量作为 １重●－｛空制的概念１．１概念主要指标往往被船东明确写入建造合同，超出设计 重量往往会导致巨额罚款甚至有弃船的风险。 作者简介：张明（１９８４一），男，工程师，研究方向：船舶海工结构详细设计。 ４０ 船舶标准化工程师２０ １ ７／４ 造船技术研究 ＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ ｌ－３本文主要研究的目标 本文主要针对当前海工产品建造过程中，普遍 存在的超重问题，结合某船厂在建的一座自升式钻 制，需要降低重量时已悔之晚矣。全员的重控意识， 成立专项重控小组，安排专职设计人员审图，可在 井平台（入ＡＢｓ级），在设计和建造过程中所采取 的重量控制方案，总结出—套｛ 田的设计建造经验， 可有效降低空船重量，值得后续海工船舶借鉴。 早期就把超重的风险降到最低，减少后来带给现场 的压力，减少现场因需要减重而返工的工作量。 ２）ｆ－｝－￣ｍ研读技术规格书和设备资料 产品的重量要求会在技术规格书中明确写出。 仔细研读技术规格书，把要求的重量控制数据作为 —２重量控制的阶段及方案 ２．１准备阶段 准备阶段是指在设计开始之前或设计刚刚开始 之初，收到部分基本设计图纸与技术规格书，还没 有对材料进行请购，此阶段的重量控制应从以下几 点着手： 项重要指标贯彻到设计和生产的各个环节。对任 以合理改变布置或改变结构材料来降低重量。 ３）定期编制重量和重／ 空制报告 重量重心控制报告是重控过程中必不可缺的一 何设计，在满足规格书要求的基础上，考虑是否可 个环节。在项目启动时就应该有—个全面的重量重 心控制报告表（见图１），直到项目结束。把每一阶 段新增加的重量定期更新进去，与每一期重控的目 标重量相比较，及时发现存在超重隐患的区域。 １）全员重视，成立专项重控小组 从项目刚开始，就要动员全体设计人员，在重 量控制上给予足够重视。许多超重严重的海工产品 都是起因于开始阶段不够重视，等想起进行重量控 ２ Ｅ曼 ¨Ａ１隹凸ＷＥＩＧＨＴ置Ｕ¨Ｍ＾ＲＹ Ｗｅｉｇｈｔ Ｅｘｄ￣＇ｌｅ ＇ｃ 咖Ｃｍｎ ｎｑ， ｌｋ●ｃ＾ ・ｏｎ １ Ｉ ｃｏｎ蝴’口ｅ●’ｑ ｋＩｐ● ｗｅ・帅＿ＬＣＧ ｎ ＴＣＧ 矗 Ｇ Ｌ—ｍ ｎ ｋｉｐ４ｔ Ｔ－ｍ帅 Ｖ・ｍｏｍ ｋｉｐ－ｉｔ ｋｑ￣－ｆｌ ｈ● 嚣Ｍ Ｓｌ钟｝ ４韩５ ｓ８ ｆｌ １ ２８ ｌ１Ｅ ０５ ４ ５辅 １髓＇０８ Ｉ｝Ｓ ＯＳ ＇Ｉ拿，８一Ｏ ’‘５ ９ｓ Ｏ∞ ｌ２ ３８ ７ １ ∞８５ ２４５３￣一ｌ？０２ ８２ ｌ—Ｉ３ｅ● Ｕｎ髓８倍髓８ｅ６ｍ０ ５ ｐ ”Ｏｒｍ０ 掌● Ｉ 嘲 ●Ｂ¨ｃ ’曲斡１４７ Ｓ’‘９器－６ ．０ ｌ７ １２ ３１ ｌ７１０ ８ ７８ ¨９５ ｌ６， １８７７３ １５８ ．７３０ ７５ １‘ ＿Ｓ●●ｃｔ￣，ｎｇ ， ＇ 髓 ’１３ ＇ 搴搴 １１３ ＩＩＩ ８●｝ｔ￡ Ｈ 『Ｊ皇ｌｔ Ｉ鹄 ｌ－０ ’拿 ３ｓ ＇Ｏ＇９５搴Ｏ 一 ’２ ”７‘ ３０８８ ｝蛳４ 嚣５．轴 ２Ｉ５１２ ７辩 ２８２ ｌＳＢ辨 ４，１ｉ２２ ｅ ’ ，１ ４，８１ Ｂ１￣，８ ２￥Ｓ７ ２４３ ７搴∞ ７６ｅ ５１ Ｉ９Ｓ９８ ３５７２ Ⅲ １４１‘８１ ＩＩ７￣ｃ０９ ３９ ．Ｉ１８１ ｅ７０２１ ８８ ３ １ ３’０６ ７∞３，． 舶Ｉ５ －４３０ｔ ４０７￣４ ＇ｔ曲Ｍ ３１髑曝２ ’ ＇孽，２● ．６４２１９ ８８‘２● ．１６５９ １ ７ －６３ １１ｅ５ 喜口Ｏ ０轴“９ ２２３‘ ２８辣３ ４０４撇 ． 曲 ＆啪 目Ｉ５＇４０ １５ ．９Ｂ ＇５５ ，Ｂ’ 韶－０．¨３７ ６＇ ．蜘ＩＯ● ２柏§ＤＳ４ ．＇１４＠４ 图１重■重心控制报告表 ２０１７／４ 船舶标准化工程师 ４ ２．２详细设计阶段 ２．２．１材料的选取 在材料的选择上，除生活区和一些无强度要求 服强度，从而达到简化结构和降低重量的目的。另 方面，许多海工船舶需要在低温海域工作，高强 钢在低温时的性能也要好于同级别的普通钢。图２ 为ＡＢＳ ＭＯＤＵ规范…对低温时不同级别的材料所 能取到的最大板厚的要求。 的通道、走台及围壁结构外，尽量采取高强度钢。 高强度钢在相同板厚的前提下，可以提供更高的屈 Ｔ＾ｅＬＥ１ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ＡＢＳ Ｏｒｄｉｎａｒｙ ａｎｄ Ｈｔｇｈｅｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌｓ（２００９ ＪＮ 曲ｅ 山ｔａｂｋ越 出舡埘岫恤ｄ ＾赞 ｍｍｍ（Ｉｎ Ｂｌ捌Ｊ‘ ‘ｌｍＫ ∞娟） ｎ∞ Ｓ＿’ ● ＿ｑ ， ｓ一“＇啊ｂ口 阡 。州 Ｏ 户ｈ蠢甜， Ｐｐ ０ －ｌ０ —２０ 一；Ｏ甜ｕ 棚・一，Ｏ・ ０ 和 ． ｋ ， 一ｌＯ 一２Ｏ 一；Ｏ—Ｏ・一，ｏ． ０ 一ｔＯ一２ｏ一３Ｏ—｜ｏ・一５ｏ． ｔｊ２ｌ ｎ４， Ｃ一＇ｌ一２ ｉ－ＳＯ）＊‘．５Ｉ１． （，：） ‘¨） （一１ ｆ＿ ２】￡．∞１．４－，Ｓ１． ｆ，：｝ ｃ，４） ｆ一１｛一２２）卜：：｝Ｉ－，Ｓ１・ ＾ ｔｏｏ Ｉ９ ”Ｓ １９ ｌ２ Ｓ （｜００）ｔＯ，，】ｌ０，ｏ’ Ｂ Ｉｏ。 ！， ｌ９ ｌ３， 《Ｏ，，ｌ（０，舢 “∞）ｆｌ∞】∞ ，’ｆ０ ） Ｄ ｌｏ。 ” ；５ ２２ ５ § 一 “Ｏｏ】《Ｏ ” ，， 《Ｏ ：５ ｊ ，一 一 ｆ。６ｊ） ２：， Ｉ６ ∞）‘ｌ， ｆｔ ｊ １００ １０￣ １００ ｔ口齄）｛ｏ∞】 ：，２２ ｌ‘ ：ｌｊ，５ｌＩ】ｊ，，１《０捞ｌ伸 ） １∞●ｏｏ”， ！，１６ 一 伸始）《０６卸 ２’，’１ ５ “∞）ｆ｜００１¨ＯＤ１ ｎ∞ ｍ韩＇ｆＯ ｎ ｆ｜ｏ０）“帅Ｅ ｌ∞ ｔ∞ ｌ∞ Ｉ∞ １００： ， ｔＯ０｜００ ｃｌ∞，ｆｏ３９１ ＩＯ０ ＩＯ０ 郡 ７， Ｉ ｆ】∞１ ｆ。钟＇ｃ０ ６，） ｌ∞ ｌｏｏ ’， ｌ６ ｌ：， （‘∞）ｆ４００１‘●彻＾Ｈ ¨ｏｏ１‘４∞）《１储， ｌ｜００）ｔ●忡）ｆ‘００）Ｉ４∞）『１髓）（Ｏ ’ ｆ｜∞】Ｈ∞）ｃｉ∞＇ｌＯ ’ｆｏ Ｏ 一 １２ ５一 ｌ∞ ！， Ｉ９ Ｉ！Ｓ （４ ０。）（１ ００）（ｏ一，Ｉ∞５０）Ｉ∞ｌ０ｏ Ｉ∞ Ｉ，Ｉ９ 一 ｆ０ Ｉｏｏ 悖 Ｉ １ ５ ．Ｉ）（０，ｏ’ Ｉ∞ ｌ９ Ｊ２， ’ ｌ９ ｌ６ Ｄ ｆ｜ｏ。 ｌｏｏ Ｏ０１（４ Ｏ０，ｆ。 ，）∞ ） Ｉｏ。 Ｉ∞ ７， ５ ｆ｜伽】￣４００）ｆ口 ，１ ｍ，。）１００ ｌｏｏ ２ ， ”一 １６ 一 帕７，１Ｉ。６ ： 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在一些跨距较大的通道走台处，多采用桁架式 结构可有效 曜。例如钻台区域的维修平台、 的层高，甚至可以在不影响强度的前提下，在生活 区主梁开设减轻孔来降低重量，同时也可蒹做生活 区内电缆和各种管道等的穿越孔，如图６所示。 生活区通往直升机平台的长直走台，因为位置的特 殊眭往往无法ｃ勘口支撑结构，这时可采用桁架式结 构的设计（见图５），可 荔足强度的基础上有效降 ２．２．６焊接与狭小空间 图５桁架式结构 焊接时焊肉产生的重量在重量控制时也需要考 虑。各船级社在海工船舶焊接时有各自的焊角计算 ２．２ｌ４区分好主次结构 海工结构—般有主要结构和次要结构的区分， 公式，不同区域选取焊接系数不同，同时会考虑腐 蚀余量的影响。生活区的非潮湿区域等特殊区域可 考虑间断焊接。图７为ＡＢＳ海工规范对焊角的计算 规范对主次结构的要求不同。主要结构需严格按照 规范设计，而规范无明确要求的次要结构在满足强 度要求的基础上可适当减弱结构形式。典型的例子 是在—个遍布强横梁的主要结构边缘有—个仅走人 的小通道，此通道不参与主要结构的强度计算，设 计时可以考虑将此通道型材适当降低规格，满足规 范要求的均布载荷即可。 ２－２＿５布置上的优化 —公式＿】Ｊ０ 尽量减少狭小空间的设计，因为大多数狭小空 间会因为空间过小，无法油漆作业而做成封闭结构， 从而产生重量增加。 ２３建造阶段 建造阶段的重量控制主要以监控、现场修改为 主，需要现场人员与设计人员相互配合，确保所有 的重控方案都能在现场实施。 份合理的布置图可以大幅降低无关重量的增 ２０１７／４ １ ３１ ＳＩｚｅ ０ｆ ＦＩＩｌｅｔＷｅｋｉｓ Ｔｅｅ ＣＯｌｌｔｌｅ￣ｔｌＯｔｔ￥ａｔｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｔＯ ｂｅ ｆｏｍ￣ｄ ｂｙｃ口ｎｔｕｎｘ，ｕｓ ｏｆ Ｉｎ ＴｍｌＨ∞ｔ［ｄｉｅｔ ｗｅｌｄｓ ｏｎ ｅａｃｈ铀幽 ｑＩ 神ｂｙ ３－２・６ｒｒａｂｌｅ１ Ｔｈｅｌｅｇ ｓｕｒｅ ｏｆｔｉｔｌｅ＊ｗｄ （ ｅｆｉｇｕｒｅｍ ３－２—６，￣ａｂｌｅ１）ＩＳ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍｔｈｅｆｏｌＪｏｗｕ￣ｅｑｕａｕｏ￣ ｗ Ｃ ｘ。 ＋２．０∞ｍ ’．；ｒ，， Ｃ ‘０．０８ ｍ ”＿蕾 ０．３ ｗｈｅｒｅ Ｏｆ ４ ５ｍｍ（。ＩＳ Ｕ１）【４０ｍ（Ｏ１６ｍ）ｗｈ“ｅ ３－２—６ １ ９ ａｐｐｈｃａｂｌｅ］．ｔｆ ｔｈａｔｔ 口ｅａｔ町 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【３】孙东昌，潘斌．海洋自升式移动平台设计与研究［Ｍ］ 上海：上海交通大学出版社，２００８． ｔｔ｛ ｎ标准化 师２０１ ７／４