半潛平臺傾斜試驗數(shù)據(jù)誤差分析

陳書敏，肖元，張健效，郭勤靜

(中集海洋工程研究院有限公司研發(fā)部，山東 煙臺 264003)

半潛平臺傾斜試驗數(shù)據(jù)誤差分析

陳書敏，肖元，張健效，郭勤靜

(中集海洋工程研究院有限公司研發(fā)部，山東 煙臺 264003)

結(jié)合某實際半潛平臺項目，討論影響半潛平臺傾斜試驗結(jié)果準確性的因素及數(shù)據(jù)讀取方法，對讀取的數(shù)據(jù)進行誤差分析，提出減小誤差的具體措施，為該平臺后續(xù)穩(wěn)性分析計算提供基礎數(shù)據(jù)。

半潛平臺;傾斜試驗;誤差因素;數(shù)據(jù)讀取;誤差分析

中集來福士擁有國內(nèi)最大的半潛式平臺重量數(shù)據(jù)庫，通過總結(jié)已建6條半潛平臺的傾斜試驗經(jīng)驗，討論影響半潛平臺傾斜試驗結(jié)果準確性的因素及數(shù)據(jù)讀取方法，試圖找出影響試驗精度的差因素，并找到相關(guān)的控制措施，以期在后續(xù)項目的傾斜試驗過程中，能夠有效地預控影響傾斜試驗過程的誤差因素，保證試驗結(jié)果的準確性。

1 傾斜試驗相關(guān)假設

1．1 誤差因素

傾斜試驗過程中所涉及的各種誤差因素有吃水誤差、不足重量或多余重量的誤差、艙室裝載液位遙測誤差、力矩誤差、測點誤差(正切誤差)、試驗后GM數(shù)據(jù)處理方法誤差等。對于以上誤差因素，需要通過試驗分析找出關(guān)鍵誤差因素。

1．2 假設

針對實際在建平臺項目，誤差計算統(tǒng)一采用如下假設:試驗排水量35 000 t，每厘米吃水10 t，空船重量23 000 t，重心高度24 m，試驗移動重塊200 t，壓載水11 800 t，壓載艙全部位于浮筒內(nèi)，其艙室高度等于浮筒高度12 m。

2 試驗誤差及數(shù)據(jù)讀取

2．1 吃水讀取誤差

2．2 不足重量或多余重量誤差讀取

國際船級社協(xié)會31號文件《傾斜試驗統(tǒng)一流程》［1］中定義未安裝重量不超過空船重量的2%，多余重量(除去壓載水)不超過空船重量的4%;而2005年《船舶傾斜試驗》［2］則要求多余和不足(除去壓載水)的重量均不應超過空船重量的1%。對于未安裝重量，因為在建造接近完工的階段，一般只剩下部分木舾裝、部分救生設備和其余專業(yè)少量工作，并且他們的安裝位置都是非常確定的，這種重量的統(tǒng)計不會有較大出入。規(guī)范把這些重量限制在一定的范圍內(nèi)，對于未安裝重量，是限制接近完工狀態(tài)，主要還是因為多余重量，大多數(shù)情況下是通過估算或較為粗糙的丈量取得，比如腳手架，都是標準配件，重量可以通過詳細統(tǒng)計橋板米數(shù)，管子米數(shù)，爬梯和扣件個數(shù)來獲得，但是重心的確定基本都靠估算［3］。假設有40 t腳手架位于月池區(qū)域，估算重心高度偏差2 m，最后垂向重心高度誤差為0.014%。

2．3 力矩誤差

假設每步移動最小力矩是3×104kN·m。

人員移動力矩誤差。假如在試驗過程中，某一步相對于上一步來說，有6人從左舷走到右舷，假設每個人重量是75 kg，移動距離為60 m，則人員移動產(chǎn)生的力矩誤差是0.9%。

風速力矩誤差。假設平臺在試驗過程中突然受到3 m/s的橫風，試驗吃水處正常風速36 m/s時的風傾力矩值為16×104kN·m，則力矩誤差為3.704%。可見，突風對于試驗結(jié)果的影響非常大。

2．4 測點誤差(正切誤差)

國際船級社協(xié)會31號文件《傾斜試驗統(tǒng)一流程》與2005年《船舶傾斜試驗》都規(guī)定擺錘在每側(cè)的最大偏移距離不小于150 mm，假設讀數(shù)誤差為5 mm，則讀數(shù)誤差是3.33%。試驗時保證該距離不小于250 mm，則讀數(shù)誤差是2.0%，誤差值明顯減少。當然測點誤差與擺錘長度有關(guān)。

地質(zhì)導向技術(shù)是20世紀90年代發(fā)展起來的前沿鉆井技術(shù)，是使用隨鉆測量數(shù)據(jù)和隨鉆地層評價測井數(shù)據(jù)，以人機對話的方式控制井眼軌跡的新興石油技術(shù)。近年來，地質(zhì)導向鉆井技術(shù)已成為解決低產(chǎn)、低壓、低滲透薄油層和難采儲層等勘探開發(fā)難題的技術(shù)突破。

當擺錘長度是5 m時，正切誤差1.0%，初穩(wěn)性高度是7 m，重心誤差0.07 m;當擺錘長度為10 m，正切誤差則為0.5%，重心高度誤差0.5%則為0.035 m。

所以，增大偏移距離，增加擺錘長度，另外試驗時每次讀數(shù)時，要多讀幾組，都可以明顯減少測點誤差［4］。

2．5 艙室裝載液位遙測讀取誤差

在船舶進行傾斜試驗時，要求大部分艙室抽空或灌滿，半滿艙室應控制在最少。這樣控制的前提是常規(guī)船舶的壓載艙室，是可以100%灌滿的，因為他們的透氣管是直著穿到干舷甲板或者以上的。但是對于半潛平臺來說，所有艙室的透氣管都需要經(jīng)過立柱穿出直到主甲板上，導致大部分壓載艙室的透氣管都會有一段水平的管路，而這個水平管路距離艙頂是有一定距離的，通常最少控制在300～400 mm左右，見圖1。

圖1 艙室透氣系統(tǒng)管路走向

現(xiàn)有的半潛平臺壓載艙室測深都采取液位遙測，原理是壓力差。當壓載水低于透氣管路高度時，艙室正常排氣，液位正常;當加壓載水至透氣管高度時，透氣管與大氣逐漸不再聯(lián)通。由于壓載管徑遠比透氣管徑大，繼續(xù)壓載，艙室液位升高至完全沒過透氣管位置，艙內(nèi)氣體開始受到壓縮;與此同時，部分壓載水開始涌入透氣管，這時艙底的液位傳感器仍然按照原先計算方法，減去正常大氣壓，即得到液位壓力，再計算出液位高度。因為艙內(nèi)氣體的壓縮，顯示出的艙室液位高度值已經(jīng)高于實際液位高度，當顯示值達到浮筒高度意味滿艙時，實際上艙室遠遠沒有裝滿，并且透氣管頂部早已出水。實際上在通常在發(fā)現(xiàn)透氣管頂部出水時，艙室液位還沒有顯示滿艙，調(diào)試工程師就已經(jīng)停止壓載了。由于空氣的壓縮比數(shù)值較大，根本沒有辦法估計實際艙室液位高度，因此此時的試驗結(jié)果很難達到準確性及精度的要求。

對該項目進行保守估算，透氣管距離艙頂高度300 mm，保證艙內(nèi)空氣完全不被壓縮，因此實際上只達到97.5%滿艙(即透氣管高度位置處)，對于空船重量產(chǎn)生的誤差就是1.283%。

2．6 試驗后GM數(shù)據(jù)處理方法誤差及對比

常規(guī)的初穩(wěn)性高度值的數(shù)據(jù)處理方法是最小二乘法［5］，并且采用的是所有測點平均后的正切值。而實際采用的方法是在取平均之前，需要對每個測點單獨采用最小二乘法求出每個測點的GM值，在觀察各個測點的GM值比較接近時，再對每個測點的GM值取平均。這樣的結(jié)果會比前一種做法GM值略小，也就是垂向重心高度值略大。兩種數(shù)據(jù)處理方法對比情況見表格1。

表1 兩種GM數(shù)據(jù)處理方法對比

通過比較，對各測點單獨采用最小二乘法后再取平均的計算結(jié)果GM=8.523 1，比對全部測點一起用最小二乘法的計算結(jié)果GM=8.525小，也就是重心高度略大，兩者誤差為0.008%。

2．7 數(shù)據(jù)誤差對比

通過實際項目經(jīng)驗總結(jié)出具體誤差對比情況見表2。

表2 誤差分析對比

由表2可見，影響試驗精度的誤差因素主要有4項:突風，艙室液位，人員移動，測點誤差。而對于其他3項誤差因素，只要保證正常的讀取及計算，對結(jié)果的影響程度很小。

3 誤差控制措施

由以上分析得到各因素對于試驗結(jié)果的影響程度，為避免較大的影響，提出采取如下措施。

1)在試驗過程中遇到突風，應測風速，估計影響，判斷是否停止試驗。

2)為了避免艙室裝載液位產(chǎn)生大的重量誤差，推薦在透氣管上方的氣體沒有被壓縮以前，結(jié)束壓載。實際上當艙室接近滿艙時，艙內(nèi)自由液面值是很小的，由此引起的誤差遠小于重量誤差，基本在0.05%以下。

3)試驗過程中，在讀取擺錘或者U形管偏移量時，強調(diào)所有人員統(tǒng)一回到原先試驗開始時的位置并且纜繩一定要保持松弛。

4)若采用擺錘，則擺錘長度最少10 m，最大偏移距離不少于250 mm，讀數(shù)人員應于擺錘標尺平行讀數(shù)，并且標尺位置盡量接近擺線。

4 結(jié)束語

作為船舶建造過程中的一項關(guān)鍵試驗，傳統(tǒng)的船舶與半潛平臺雖然都是漂浮物，雖然試驗的原理和方法都很類似，但對于半潛平臺來說，要想得到準確的傾斜試驗結(jié)果，過程復雜。這是因為半潛平臺的水線面較小，對于各種影響因素也更為敏感;傾斜試驗時間較長，更容易出現(xiàn)意外因素。工程人員需要對試驗條件和試驗程序步驟進行嚴格控制，精心組織，重視對多余或不足重量的檢查，及時檢查試驗誤差，在試驗中監(jiān)控重塊或者壓載水移動后的GM值變化，分析變化是否在正常的誤差范圍內(nèi)，控制試驗是否繼續(xù)進行。如此，大大提高初穩(wěn)性高度的計算精度。

［1］IACS.No.31 Inclining test unified procedure［S］Rec. 1990/Corr.1 Jan 2004.

［2］楊存國，虞偉.CB/T 3035-2005.船舶傾斜試驗［S］.北京:國防科學技術(shù)工業(yè)委員會，2005.

［3］班業(yè)平.淺談大型船舶傾斜試驗的控制要點［J］.船舶，2014(2):22-25.

［4］俞士將.對船舶傾斜試驗中問題的探討［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010，29(7):49-50.

［5］盛振邦，劉應中.船舶原理上冊［M］.上海:上海交通大學出版社，2003.

Data Error Analysis of Inclining Test for the Semi-submersible Unit

CHEN Shu-min，XIAO Yuan，ZHANG Jian-xiao，GUO Qin-jing
(Research Department，Yantai CIMC Raffles Offshore Ltd.，Yantai Shandong 264003，China)

Based on the under-construction semi-submersible unit project，the factors affecting accuracy of the inclining tests and the data reading methods are discussed about.The error analysis for the data in the inclining tests for the semi-submersible unit is carried out to set forth the measures of reducing error.The exact data from inclining experiment will ensure the accuracy of the stability calculation.

semi-submersible unit;inclining test;error factor;data reading;error analysis

U661.78

A

1671-7953(2015)02-0161-03

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.02.040

2014-08-27

修回日期:2014-10-20

泰山學者藍色產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍專家專項基金

陳書敏(1985-)，女，學士，工程師

研究方向:海洋平臺總體穩(wěn)性分析

E-mail:shumin.chen@cimc-raffles