淺談通用型工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集裝置

唐艷芬

摘要：工業(yè)鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)能直接反映運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)和系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，因此對(duì)鍋爐安全運(yùn)行和節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)意義重大。文章以通用型工業(yè)鍋爐遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的要求為依據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行了探討，以期能實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和無限傳輸，提升鍋爐運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：通用型工業(yè)鍋爐；節(jié)能減排；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集裝置；運(yùn)行數(shù)據(jù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP274 文章編號(hào)：1009-2374（2016）11-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.007

在海洋石油開采領(lǐng)域中，近海石油開采占據(jù)主要地位，而自升式居住平臺(tái)可為其提供長(zhǎng)久的人員居住及其他支持服務(wù)。隨著海洋石油工程的發(fā)展，其市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。近年來，上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司大力發(fā)展海洋工程裝備，尤其在自升式平臺(tái)方面取得了令人稱贊的業(yè)績(jī)，包括自升式鉆井平臺(tái)、自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)、自升式拋石整平平臺(tái)。而自升式居住平臺(tái)是振華重工又一新的海工產(chǎn)品。2014年公司成功中標(biāo)阿布扎比國(guó)家石油建筑公司的自升式居住平臺(tái)設(shè)計(jì)、采購、建造總包項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱NPCC項(xiàng)目）。

文章從平臺(tái)的主船體、樁腿樁靴、直升機(jī)平臺(tái)等方面介紹了平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體優(yōu)化措施。

1 概述

1.1 平臺(tái)概況

NPCC自升式居住平臺(tái)建成后將被用于阿拉伯灣海域作業(yè)，用于對(duì)油氣田的維護(hù)及人員居住。平臺(tái)主要由1個(gè)主船體、4個(gè)三角形桁架式樁腿及帶錐尖樁靴、4套電動(dòng)齒輪抬升系統(tǒng)、1個(gè)生活樓及1個(gè)直升機(jī)平臺(tái)組成。主甲板上配備2臺(tái)起重機(jī)，主起重機(jī)起重能力200t，輔起重機(jī)起重能力30t。平臺(tái)能容納217人居住，配備足夠的燃油、水、電力、食物等供工作人員使用21天。平臺(tái)作業(yè)水深為40m，最低設(shè)計(jì)溫度為-10℃，設(shè)計(jì)使用壽命20年。平臺(tái)側(cè)視圖和俯視圖如圖1和圖2所示：

1.2 主要參數(shù)

1.3 船級(jí)、規(guī)范、規(guī)則及掛旗

平臺(tái)入籍ABS船級(jí)社，根據(jù)ABS MODU規(guī)范2014版及最新的IMO等國(guó)際規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，建造滿足ABS驗(yàn)船師的檢驗(yàn)。

船籍符號(hào)： A1 Self-Elevating Unit，Accommodation Service，Arabian Gulf Service

掛旗：United Arab Emirates

2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 主船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1.1 主結(jié)構(gòu)開孔優(yōu)化布置。該居住平臺(tái)的主結(jié)構(gòu)存在大量通風(fēng)、管系和電纜開孔。原設(shè)計(jì)中部分焊縫布置與這些開孔重疊，如圖3所示，組成尾部圍井區(qū)結(jié)構(gòu)外壁的FR15橫艙壁上剛好有一條水平焊縫穿過通風(fēng)管開孔。這種設(shè)計(jì)在開孔和焊縫交接處容易產(chǎn)生缺陷。而主結(jié)構(gòu)是平臺(tái)主要受力結(jié)構(gòu)，應(yīng)力較高，失效后果嚴(yán)重，且開孔（尤其是矩形開孔）附近存在明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，一旦焊縫產(chǎn)生缺陷，裂紋就容易擴(kuò)展，對(duì)結(jié)構(gòu)非常不利。因此在設(shè)計(jì)過程中，著重考慮了焊縫和開孔的干涉問題，對(duì)焊縫布置進(jìn)行了優(yōu)化，讓其避開開孔，如圖4所示。

2.1.2 減少對(duì)結(jié)構(gòu)不利的開孔。在圍井區(qū)域布置有較多的小的艙室，按照ABS MODU規(guī)范需開設(shè)600×800的人孔，由于骨材間距是500mm，這樣就會(huì)造成骨材間斷破壞結(jié)構(gòu)連續(xù)性，而這些艙室在平臺(tái)實(shí)際使用中一般是不會(huì)進(jìn)去的，因此將這些開孔設(shè)置為400×600的臨時(shí)孔，建造完成后用鋼板將其封閉，并讓船東對(duì)船級(jí)社提出豁免申請(qǐng)，這樣就避免了大量開孔而破壞結(jié)構(gòu)連續(xù)性，也給施工帶來了便利，如圖5所示：

2.1.3 通過增加肘板來滿足構(gòu)件的剖面模數(shù)。在圖6所示的水密橫艙壁中，按照ABS MODU規(guī)范，門開孔上方的骨材需要的剖面模數(shù)如下：

SM=Qfchsl2=91.7cm3

式中：Q=0.72，材料系數(shù)；f=7.8，系數(shù)；c=0.56，端部約束系數(shù)；h=3.11，壓頭；s=1.5，支撐寬度；l=2.5，跨距。

原來的圖紙中，此骨材使用的球扁鋼為HP160×8，它的剖面模數(shù)為116.6cm3，而HP140×8的剖面模數(shù)為86cm3，可見相差的剖面模數(shù)并不多，而由公式可見需要的剖面模數(shù)與跨距l(xiāng)的平方成正比，通過減少跨距l(xiāng)能明顯的減少需要的剖面模數(shù)，因此在跨距一端增加一塊臂長(zhǎng)250mm的肘板，跨距l(xiāng)可取為l=2.5-0.125=2.375。更新后需要的剖面模數(shù)為83cm3，所以可以直接用HP140×8的球扁鋼就能滿足要求，而不用加大尺寸，節(jié)省了結(jié)構(gòu)重量。

2.2 直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

直升機(jī)平臺(tái)桁架結(jié)構(gòu)中使用到較多的節(jié)點(diǎn)板，母型船中的節(jié)點(diǎn)板設(shè)計(jì)如圖7所示，參考DNV-GL規(guī)范RP-C203_FATIGUE DESIGN OF OFFSHORE STEEL STRUCTURES，節(jié)點(diǎn)板在管子插入處增加內(nèi)圓弧和外圓弧，如圖8所示。在受力方面，撐桿的力可以平滑地傳遞到節(jié)點(diǎn)板中，在重量控制方面，這樣可以減少結(jié)構(gòu)的重量。

2.3 樁腿樁靴結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.3.1 使用超高強(qiáng)度鋼代替高強(qiáng)度鋼。如圖9所示，在樁腿斜撐管中使用690MPa的超高強(qiáng)度鋼（各參數(shù)如表1所示），讓一個(gè)平臺(tái)的樁腿節(jié)省重量約30噸，減少材料成本的同時(shí)也有利于重量控制。另外，由于優(yōu)化后截面尺寸減小，原來使用的搭接管節(jié)點(diǎn)也可以做成簡(jiǎn)單管節(jié)點(diǎn)，這樣對(duì)焊接施工和結(jié)構(gòu)的疲勞性能都是有利的。

2.3.2 Z向鋼的使用。樁靴結(jié)構(gòu)中，3塊內(nèi)壁板在樁靴中心相交，此處使用了一根直徑150mm的圓鋼（圖10所示的為一個(gè)立面，中心處陰影部分為圓鋼）。考慮到平臺(tái)在插樁和拔樁時(shí)，圓鋼會(huì)受到徑向拉應(yīng)力，參照DNV-GL規(guī)范OS-E101_DRILLING PLANT：“Plates that transfer significant loads in the thickness direction（Z-direction）shall be guaranteed with through thickness ductility in order to reduce the probability of lamellar tearing. The minimum reduction of area，Zz，shall not be less than 25%.”設(shè)計(jì)圖紙中增加此圓鋼的Z向性能要求（機(jī)械性能如表2所示）。這樣提高了圓鋼的抗層狀撕裂的性能，保證了樁靴的結(jié)構(gòu)可靠度。

3 結(jié)語

文章從自升式居住平臺(tái)的主船體、直升機(jī)平臺(tái)、樁腿樁靴等方面闡述了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的部分優(yōu)化措施，通過這些優(yōu)化，平臺(tái)結(jié)構(gòu)的可靠性得到提高，建造中施工更為方便，建造成本得以適當(dāng)降低，重量控制得到優(yōu)化，這些措施也可供工程師在自升式平臺(tái)設(shè)計(jì)中參考。該平臺(tái)即將交付船東，目前船檢和船東已對(duì)振華重工在海洋平臺(tái)方面的設(shè)計(jì)和建造能力給予了高度評(píng)價(jià)，它也將進(jìn)一步提升公司在發(fā)展海洋裝備方面的優(yōu)勢(shì)。

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[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

作者簡(jiǎn)介：王瑋（1982-），男，上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司工程師，研究方向：船舶與海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）