海洋平臺稱重系統改進建議

焦茗 楊麗麗 舒寧華 何飛 溫振威 海洋

摘要：海洋結構物稱重系統的使用對海上平臺及設備的安裝具有重要意義，但是隨著設備的頻繁使用和公司業務的不斷發展，稱重系統的一些問題也凸現出來，比如設備的精度低、軟件設計不能顯示精度、稱重范圍小等問題，論文中針對上述問題提出了一些改進意見。

關鍵詞：海洋結構物稱重改進建議

1.前言

1.1確定結構物的重量以及重心的重要意義

海洋石油平臺結構物（或者組塊）的安裝設計是海上工程的重要一環，海洋結構物的重量和重心分布是結構物海上安裝的重要控制參數，準確的重量和重心位置對選擇浮吊和吊索起決定性作用。

2.系統組成以及稱重過程

2.1基本原理

根據海洋結構物（主要是海上平臺、導管架、海洋鉆井模塊等）的設計以及建造的工藝過程和建造時的工況環境我們采用了液壓頂升稱重的方法。海洋結構物預制完成后裝船前是稱重的最佳時機，在安裝前我們的設計人員已經給所要稱重的結構物進行了可行性的力學分析，現場的工人嚴格按照設計建造工藝施工，并為稱重做好底架和接觸點，稱重操作人員只是進行設備連接和調試就可以開始稱重。

2.2系統組成

整個自動稱重系統的同步控制設計由液壓系統、計算機控制系統和軟件計算組成。

2.2.1液壓系統組成

本系統所采用的主要機械和液壓設備有：油泵、液壓千斤頂、指針壓力表、針閥、多路通、電磁閥、三通、液壓單向閥和油管油路。

2.2.2工作過程

稱重開始，油泵主供油三位四通電磁閥上升油路打開，液壓油通過多路通，針閥，二位二通電磁閥、單向閥最后進入液壓頂下部，在高壓油的作用下將頂頂起，油路中的針閥可以用來調節流量，單向閥用于防止意外發生時的保壓。

在頂升過程中，計算機通過安裝在每個頂上的壓力傳感器計算每個柱腿下的壓力數值，其計算方法如下：

3.數據分析

3.1重量和重心的計算方法

結構物重量的計算方法為：

每個千斤頂的載荷=該千斤頂的承壓面積×相應的傳感器壓力，單位（噸）

每條腿的承載力=作用于該大腿所有千斤頂的載荷總和-該大腿的初始重量（注：正式稱重之前，要進行調試，所以管路中存在一定的殘余壓力）

結構物總重量=所有大腿重量的總和，單位（噸）

重心的計算方法為：

重心坐標X=（每個大腿的承載力×該大腿的X坐標）/總重量單位（mm）

重心坐標Y=（每個大腿的承載力×該大腿的Y坐標）/總重量單位（mm）

4.西江23-1組塊稱重方案設計

本次稱重工作的目的是測量出各個測量點的重量，進而計算出各個腿柱的重量、結構物的總重量和在指定水平面上的重心。

4.1稱重設計

1）準備工作：西江23-1組塊分為東西兩個模塊，稱重過程必須在業主、第三方、項目組和建造單位的監督下進行，稱重結果必須要現場確認。

2）現場環境條件要求：

溫度范圍：-20-60度，經過測量已經達到要求。

濕度：0-80%，經過測量達到要求。

風速：小于等于11m/s，經過測量已滿足要求。

場地支撐滿足要求。

根據頂升過程的要求，給定如下頂升參數

HIGH高度：H<=30mm

RATE速度：V<=2mm/min

系統保證稱重精度在1%-2%之間。

3）制定稱重參數：其各個組塊理論重量見下表。重量的計算是根據各稱重支撐點的反力進行計算的。

4）各個支點的指點反力計算如下表：

5）坐標選擇：

先設定一個點作為坐標原點。在稱重程序中選取支撐結構平面內一點作為坐標原點。

4.2系統安裝方案

稱重設計完成后進行安裝，稱重人員到達現場后首先確認稱重支撐結構和基礎滿足要求，并清理工作區域，進行封閉，安裝液壓系統和測量控制系統，稱重過程需要進行三次，如果有必要，需要進行一次預頂升。

5.總結、存在問題以及改進意見

本文敘述了我在實習過程中通過多次組塊稱重的實踐了解和掌握的稱重系統的原理和系統組成，與此同時也發現了一些問題，提出如下改進意見。

5.1系統特點

本套稱重系統由液壓同步系統、計算機控制系統、數據采集系統等組成，系統具有以下結構特點：

1. 系統集成度高。

2. 計算機實現了同步控制。

3. 系統精度基本滿足要求。

4. 環境適應性強。

5. 可靠性高、安全性強。

6. 系統的稱重能力可擴展。

5.2對稱重系統建議

基于對系統的理解和多次稱重的實際操作，我還發現了系統存在如下問題：

一、 隨著稱重設備的頻繁使用，設備各個部件磨損和環境的不斷影響，設備的誤差在擴大化。

二、 隨著公司向深水領域的發展，建造的各種結構物的重量也在不斷的增加，即使精度不發生變化誤差也可能由原來的幾噸、幾十噸增加到幾百噸。

三、 這使得吊裝方案的選擇還要多考慮幾百噸的誤差，給施工方帶來麻煩甚至產生危險。

四、 隨公司業務的發展現有設備的稱重能力亟待提高至萬噸以上，并升級軟硬件兼容能力。

五、 軟件設計中缺少精度分析部分，需要添加。

六、 缺乏管理整個系統的專門人員，對設備的維護方面有所欠缺。

建議：

一、 針對結構物重量的不斷增加提出如下改進意見：

增加壓縮泵提高壓縮級別，變二級為三級壓縮，選擇能輸出更高壓力的齒輪泵，其輸出壓力可以達到400bar，提升管路的壓力級別。

二、 對無法顯示精度和誤差范圍的問題，我們要對軟件進行升級，原來的軟件是VB5.0，將其升級到VB6.0，增加精度分析模塊。

三、 針對精度誤差問題提出如下意見：1）由重量和重心的計算公式可以看出，重量和重心的計算需要的原始數據是壓力傳感器的壓力值、千斤頂的截面積以及大腿的坐標值。在稱重過程中的傳感器系統入如下圖10，在稱重的操作過程當中操作人員只是隨手將拉線式位移傳感器固定在了腿支架上了，這樣不能保證垂直度，從而影響了位移精度的測量，造成位移頂升不平的誤差。因此，我們應該在操作拉線式位移傳感器時增加測量矯正儀器，保證拉線的垂直盡量減少誤差。2）針對軟件設計當中位移的誤差范圍為0.5mm，我們應該修改為更小的誤差值，使得我們在測量的時候更精確。

四、 針對設備管理方面提出如下建議：1）編制設備管理規則和程序；2）成立稱重小組，專門操作該套設備。

參考文獻

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