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渤海海域钢制海洋石油固定平台 重量控制方法实践与改进做法

时间:2018-08-08 12:31作者:admin打印字号:

渤海海域钢制海洋石油固定平台
重量控制方法实践与改进做法
仰满荣
(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 塘沽300461)
 
摘要:通过30多个海洋工程项目的实践提炼,对渤海海域钢制海洋石油固定平台重量控制方法和要点进行了总结,在传统重量控制方法的基础上,对常见问题进行了分析,并给出对策和改进建议。特点是通过对大量石油平台重量控制工作的总结,提炼出其中的规律,并针对常见问题,大胆运用改进做法,如运用错项检查法、加入重量控制曲线、活荷载分布图等,对后续海洋石油固定平台的重量控制工作具有一定的参考价值。
 
关键词:海洋石油平台,重量控制,设计优化,错项检查法
Key words:Offshore oil platform;weight control; Design optimization; Fault check method
 
0 引言
海洋石油平台重量控制工作要求在准确把握平台重量重心的基础上,在不同工况下将单位平台重量重心控制在合理范围之内,重量控制做的是否精准,关系着平台的码头建造、装船、海上拖航、海上安装、海上就位等一系列工况下平台是否安全,关系着整个项目的成败。
1 海洋石油平台重量控制方法
海洋石油平台重量控制的方法,主要体现在以下三个方面:
1.1 前期准备工作
在进行海洋石油平台重量控制工作之前,要做好一些前期准备工作。
首先要充分弄清楚平台的模块构成以及平台的总体布置情况,对于渤海海域钢制海洋固
定平台,涉及到的模块主要有组块、导管架、生活楼和钻(修)井机,在进行任何一个模块的重量控制工作或平台整体的重量控制工作时,要按照其总体布置图,考虑各模块彼此间荷载的相互作用;其次,要弄清楚平台的安装方案,平台如何在码头装船,如何在海上安装等,所采用的安装资源是什么,如果涉及吊装,是整体吊装还是分块吊装,所采用的吊机是什么,吊机的最大承载能力是多少,如果是浮托法安装,这种安装方式对重量控制的要求更为严格,需要注意哪些细节等。重量控制的方法要随着安装方案的不同而进行调整,与实际情况密切结合;再就是有仔细查看平台总体开发方案(ODP),熟知重量控制的目标。
1.2重量控制内容
海洋石油平台重量控制工作需要考虑不同工况下所需要控制的单位平台的重量,重量控制通常考虑吊装重、干重和操作重,有时也会单独考虑拖航工况的重量。一般对平台所有设备设施做好这几类重量重心的控制,就能够满足海洋石油固定平台在各种工况下的计算要求,满足项目的要求。
吊装重是指起吊物在吊装时吊钩要承载的所有设备设施的重量,起吊物可能是整座平台,也可能是平台的一部分,如导管架、生活楼、组块,或者一个吊装模块等,吊装重量重心的汇总计算要求依据平台吊装方案的不同而变化,吊装重适用于吊装工况的计算,在设计时,吊装重量的控制应考虑浮吊的回转半径和起吊能力。
干重是指整个平台就位后的固定重量,包括平台主结构的重量、附属结构的重量以及永久安装到平台上的设备设施干重,包括设备、容器、配管、电缆等。
操作重是指干重加可变荷载,可变荷载是指平台在使用期间除平台干重外,额外作用在它上面的荷载,它可能在一种作业形式期间就发生变化,也可能从一种作业形式到另一种作业形式时发生变化。可变荷载主要包括:设备设施液体重量(如容器、储罐和管线中的液体重量)、散货堆载、区域活荷载等。
拖航工况是指平台在拖航状态下平台的重量,在拖航工况重量和干重相同的情况下,可以不单独统计拖航工况重量,在拖航重量如果和干重差距较大的情况下,就需要单独统计拖航工况重量。
1.3重量控制流程
     海洋石油平台的重量控制工作需要项目经理、重量控制工程师、各专业工程师及项目秘书的通力协助与配合。重量控制工作简化流程见表1。流程中各方文件的流转工作可由项目秘书协助完成。
表1 重量控制工作简化流程图
                                                    
 
首先由重控工程师制定好适合本项目的重量控制模板,依据平台总体布置图,选定平台重心坐标原点,坐标原点的选择要便于各类设备设施重心位置的确定,最好还要和平台结构计算模型中坐标原点保持一致,以便于结构计算。格式确定后,各专业要按照重控文件格式及相关要求,提交各专业设备设施重量控制报告,并做好本专业设备设施重量重心的汇总,再由重量控制工程师进行各专业设备设施重量重心二次汇总,重控工程师要进行仔细的检查,对有疑问的地方及时落实,整改,确保重量控制工作准确无误,不能有错项和漏项。
表2为常见的平台上部组块重量控制汇总表格式。
表2常见的平台组块重量控制汇总表格式
 
2 设备设施重量控制的要点
2.1 准确性
重量控制的统计工作要尽量详细,细化到每一个设备设施的重量重心,并区分各设备设施在不同工况下的重量重心,并对各种工况下重量重心进行汇总。
需要注意的是重控工程师不只是简单的对重量重心的汇总,重控工程师也有义务对错项漏项进行检查。要按照平台总体布置图,对每一个设备进行重量重心的核对,以避免任何错项的发生,对于不同设施各类设备设施的重量范围,重控工程师在有一定经验情况下,对于特别不合理的地方,要能够识别出来,重控工程师有义务向各专业提出质疑或者合理的建议,并协调相关专业及时进行调整;对没有涵盖的内容要进行检查,确保没有漏项,如附属结构重量,预留设备荷载、吊装附件的荷载、生活楼荷载、修井机荷载、活荷载等,这些都是常见的漏项,要特别注意。活荷载取值见表1【1】
表3 区域活荷载取值
       计算
区域
局部计算 总体计算
非设备区 5.0kN/m2 2.5kN/m2
井口区 2.0kN/m2 1.0kN/m2
走道 5.0kN/m2 2.5kN/m2
卸货区 10.0kN/m2 5.0kN/m2
  
2.2 易用性和安全性
在做重量控制工作时,一定要考虑跟设计及实际工作的密切结合,考虑重量控制报告的易用性,另外还要考虑设施安全性。
如重量单元的确定要方便结构设计时重量的加载。重量控制报告中所有的设备设施重量重心的统计,一定要考虑如何方便结构工程师去加载计算,比如各层甲板的设备要分开统计、各专业每一个设备或设施单项重量重心要和结构加载方式相吻合,每个版次的重控报告在升版时哪些数值与上一版想比发生了变化,做好标注工作。在解决所有问题后,及时出版重量控制设计文件,并随着总体布置图的升版,重量控制报告也要做好升版工作,及时形成重量控制设计文件。
重量系数的选择要尽量和设计统一,实际重量中存在一些附属重量往往没有计入净重,比如结构焊材的净重量,一般会占结构总重量的1~1.5%【2】,还有各类设备设施净重可能存在的误差等,为保证设施安全性,这些都要在重控工作考虑的范围之内。所以在做重控工作时,要同时统计各类设备设施净重和带系数重,结构计算时通常都会使用带系数重量。重量系数随着设计深入也应适当调整,一般不同设计阶段重量系数可采用如下值:概念设计取1.3; 基本设计取1.2; 详细设计取1.1【1】, 这些重量系数可以根据实际情况做一定的调整,如在详细设计A版等早期版本中,结构专业可以取值1.15,配管专业由于后期重量通常存在的一些不确定性因素,变化比较大,系数可以取值1.2,随着设计深入,最终版重量控制文件中可以将系数降到合理的数值。
2.3 重量重心合理且不超过既定重量
平台整体的重量应控制在合理的范围之内,且不超过既定的重量,一般以ODP重量为标准。总体布置要考虑设备重量的对称,结构形式要根据总体布置要求,应该进行合理地优化,尽量使杆件在各种受力状态下都能发挥较大的作用,结构尽量对称,以避免平台存在偏心的情况。对于超重或偏心较为严重的情况,应及时提醒相关人员进行相应调整或采取应对措施。
3 重量控制常见问题及改进方法
通过对大量石油平台重量控制工作的总结,提炼出其中的规律,并针对常见问题,大胆
运用一些改进做法,效果显著。
3.1重量控制错项
尽管各专业提交的重量控制文件有各级签署,各级签署人员对重控文件负有相应责任,
但有些错误依然难以避免,所以在进行重量重心汇总统计时,重量控制工程师要对重控表格中的每一个数据进行仔细核对,重控工程师要用质疑的眼光要看待重控数据,积极发现错项,及时修正,有非常重大的意义。掌握了一定规律后,从各专业数据及汇总数据中,对于特别不合理数据,重控工程师恰当运用一些方法是能够识别出来的。错项检查的方法有:
3.1.1重量及重心逐项检查法
熟悉各类设备设施重量,对各类设备设施的重量范围有一定的认识,了解各专业各类设备大致的重量范围,对于各类设备设施进行逐项排查,对于机械设备一定要仔细核对其重量及重心位置,设备重量一般极少有干重超过50吨的情况,一般平台上超过30吨的设备也是屈指可数。另外要仔细检查重量控制表格中所有弯矩计算及汇总公式是否正确,对于重心位置进行估算,对于重量或者重心超出范围的数据要进行合理质疑。
3.1.2 百分比法
本人经过对对大量重控数据统计对比发现,对于渤海海域常规海洋固定平台(主要为四腿、六腿及八腿独立海洋固定平台),各模块各专业重量所占的百分比都有一定规律,不同的平台类型数据上稍有差距,但范围都基本相同,现总结如下(以下数据均指干重):对于平台上部组块(不含生活楼、钻修井机),一般结构重量占上部组块总重的50%左右,通常在40%~55%之间,这平台的结构设计强度有很大关系;机械设备占35%左右,通常在30%~45%之间,如果平台在功能上有依托其他设施,比重会稍微有所出入;其他各类设备设施干重约占15%~20%,其中电气和配管重量各占7%左右,舾装约1.5%、仪表1%、安全0.5%、通讯约0.15%。
对于导管架,一般主结构重量约占75%,附属结构约占25%;对于生活楼,结构约占60%,舾装约占30%,其他设备设施约占10%;对于钻修机(包含钻台和底座),结构约占38%左右,机械约占52%,其他专业约占10%。
明显偏出以上范围的数据,可以提出质疑,并及时核实,此方法能够非常有效的快速找出重控中可能存在的问题,另外还可以用于不确定重量的估算,通过实践证明,效果显著。
3.2 重量控制漏项
重量控制报告中漏项时有发生,对重控的准确性影响非常大,除可以用上述错项检查法
检查漏项外,在出重量控制设计文件前,要专门进行漏项检查,通常最容易漏掉的重量有:附属结构的重量,吊装临时件的荷载,组块上生活楼的荷载,钻机或修井机荷载,大钩荷载,活荷载,散料荷载。重量控制工程师在做重量控制汇总工作时,要做好漏项检查工作,就可有效避免这些问题的发生。
3.3 其他问题
3.3.1 吊装重、干重、操作重三者概念混淆
对于各个专业设计人员,在提供重控报告时,不一定都清楚这三者的关系,这就要求重量控制工程师对于参与重量控制工作的各专业人员要做好培训。对于这三者的概念,关键是要弄清楚:吊装重要考虑是哪些设备设施参与吊装,干重要考虑就位后需要去掉切割掉的重量或临时吊装等附件的重量,操作重要考虑设备、管线等内部液体重量。
3.3.2 动设备重心的不确定
对于动设备,其重心位置往往不确定,这对平台总的重心会有一定的影响,这时要和结构工程师进行沟通,本着安全性原则,视具体情况确定合适的重心坐标,并做好备注说明。
3.3.3 重控工作中如何体现设计的逐步优化
通常随着设计深入以及逐步的优化,平台的重量应该呈现下滑的趋势,但实际工作中,从重控报告数据统计来看,往往呈上升的趋势,为更有效控制重量随着设计深入呈下滑趋势,可以采用重量控制曲线的方法来对不同版本的重量进行横向对比,这样能够时刻提醒设计人员及重量控制人员,把握好重量走向,如图1为文昌8-3WHPB平台修井机干重重量控制曲线,从图中可以看出,随着设计的逐步优化,设施的重量整体成下滑趋势,且不超过ODP重量。

 
3.3.4 不同项目,常见问题层出不穷
通常一个项目的重量控制工作常由结构工程师兼任,其实不同的结构工程师对于重控中各类常见问题的熟悉程度不同,建议重量控制工作由专门的重控工程师负责,最好不要结构工程师兼职,结构工程师既要做结构设计,又要做重控,时间分配上容易顾此失彼。
3.3.5 活荷载的准确度控制
传统做法是活荷载由结构工程师从计算模型导出后,再由重控工程师纳入重量控制文件,但这种方法对于活荷载的准确度控制比较差,存在个性化差异。为避免这些个性化问题,可以由重量控制工程师做出活荷载分布图,直接通过分布图,计算出活荷载数值,以供平台结构计算,并将活荷载分布图纳入重量控制设计文件,该方法能很好的避免活荷载加载的个性化问题,控制活荷载的准确度。
4 结论
重量控制工作需要所有项目设计人员的协作和配合,需要重量控制工程师做好错项漏项检查,细心汇总与不断总结,对于海洋石油平台,不管是渤海还是对南海,掌握一定规律,大胆运用一些改进方法,都可以很好的做好平台的重量控制工作。
 
参考文献
[1] 张红、候金林,海洋石油工程设计指南,石油工业出版社,2006.
[2] 陈冰泉,船舶及海洋工程焊接,人民教育出版社,2001.
 
作者简介:仰满荣,女,出生于1983年12月,2006年7月毕业于天津科技大学海洋信息处理专业,现在中海石油(中国)有限公司天津分公司工程建设中心从事海洋石油平台工程建设管理工作,海洋工程专业中级工程师。
   
 
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