稱重水袋在半潛式平臺吊機調試中的技術應用

畢華奇 徐亞玲 王君如 薛吉宏 周迎春

摘要：為降低深水半潛式平臺海上高空吊機調試報驗期間配重物意外墜落的風險，提升調試報驗工作效率，對平臺2臺吊機的調試負載試驗技術方案進行改進，采用稱重水袋和電子拉力計組合使用代替傳統固體配重砝碼進行負載試驗。為稱重水袋加載做了離心泵選型計算并設計了從地面到平臺頂層甲板的臨時用水管線;將稱重水袋與拉力計連接掛鉤開始加水，通過讀取拉力計的示數控制稱重水袋的進水量，以此來控制吊機的試驗負載重量;最后，按調試程序測試吊機各項功能，并對試驗結果進行分析。試驗結果表明，應用的技術方案有效降低了試驗操作難度，使得單臺吊機負載試驗時間縮減近2h，并且極大降低了試驗風險，有效節約物料成本，提高了設備的重復利用率，在海上半潛式生產平臺、FPSO等海洋工程裝備吊機調試試驗中具有較高的推廣價值。

關鍵詞：稱重水袋;吊機調試;負載試驗;半潛式平臺

中圖分類號：TE42

文獻標志碼：A

文章編號：1009-9492（ 2022） 02-0151-04

0 引言

吊機是海洋半潛式平臺的重要設備，陵水17-2氣田的深水半潛式生產平臺（SEMI） [1-2]配備有2臺起重能力為30t的吊機，在吊機調試負載試驗時需要將35 t的配重運至平臺的頂層甲板。為了降低調試作業風險和操作難度，提高作業效率，對吊機負載的技術方案進行改進與研究。與以往吊機陸地調試工況不同，上部模塊與船體大合攏結束后，該半潛式平臺成為一個大型浮體靠泊在碼頭邊，頂層甲板離水面的高度達到61m（吃水深度9 m），吊機調試工況變成水上半潛式平臺高空吊重作業，負載調試期間配重物意外墜落對人員生命和平臺結構造成的危害性巨大[3]，吊機調試不再適合以固體塊狀為配重砝碼進行調試報驗工作，因此需要尋找一種安全高效的水上半潛式平臺吊機負載調試技術路線。基于上述原因，本文介紹了稱重水袋在半潛式平臺吊機調試中的技術應用，該技術方案的特點是稱重水袋本體重量輕、體積小，便于運輸和儲存，稱重水袋中水的重量作為負載重量，水袋重復利用率高且負載易靈活調整。并且在負載試驗中，意外墜落對人員和設備的損害風險低。能夠有效解決傳統固體砝碼在吊機調試中存在的吊重作業風險高、運輸儲存困難等問題，為今后海上半潛式平臺高空吊機調試作業提供了更加安全高效的解決方案。

1 吊機負載調試和稱重水袋簡介

該平臺配備2臺基座式吊機，分別位于平臺的南北兩側。北側為電動機液壓驅動吊機，南側為柴油機液壓驅動吊機。吊機的主鉤的最大起重質量為30 t，副鉤的最大起升質量為5t。具體參數如表1所示。

根據《船舶與海上設施起重設備規范》和《海上浮式裝置人級規范》，吊機負載試驗測試主要包括以下內容。

（1）對吊機主鉤和副鉤加載。分別在50%、100%安全工作負荷下，對吊機進行緩慢起升、回轉和變幅實驗，根據負載曲線驗證工作半徑范圍，測試吊機性能。

（2）過載試驗。吊機主鉤掛35 t（30t +5 t）配重，副鉤掛6.25 t（5 tx1.25）配重，在負載安全工作半徑內，緩慢起吊配重離地20 cm，靜止保持5 min;檢查配重是否下滑，卸去負荷，檢查吊機結構有無損壞，液壓油系統有無滲漏現象。

（3）制動和應急關斷測試。當吊鉤在最大移動速度時，讓控制手柄迅速回到杠桿中心，制動單元能夠迅速安全正確地停止;在吊機100%負載試驗過程中，進行應急關斷功能試驗。

（4）手動釋放試驗。在吊機正常的運行中，停止柴油機運轉，進行手動釋放功能試驗。

稱重水袋的工作原理是將水注入水袋中，以水的重力作為負載，負載量的大小通過加注水的量靈活控制，試驗用負載的稱重水袋主要結構和參數如圖1和表2所示。

2 預調試

2.1 風險區域識別與隔離

半潛式生產儲卸油平臺落物風險主要源自吊機負載試驗配重物的意外墜落，風險高發區域主要為船體回形廊結構和主甲板區域[4-5]。本次吊機調試報驗作業主要包含如下有墜落風險工況：一是吊機掛載進行回轉、變幅、起鉤和放鉤功能測試;二是負載試驗結束后將水袋轉到舷邊位置懸停釋放載荷。圖2所示紅色覆蓋區域為本次吊機調試作業風險區域，試驗開始前需提前做好隔離。

2.2 離心泵的選型計算

稱重水袋注水需要用離心泵將水輸送至70 m高的水袋中，頂層甲板的水袋入水口設為2-2截面，泵所在水平面設為1-1截面，上方壓強為101.3 kPa，水的密度1 000 kg/m3，水的黏度μ=0.894 gX10-3 Pa.s。水袋的入水口處為101.3 kPa，水袋入水口高于罐內液面70 m，輸送管的直徑d=8 cm，水管的進水量Q=10 m3/h，水管長l=112 m，液體流經所有管路的能量損失為∑職，外界做功表示為Wc，重力加速度g=10 m/s2。使用如下伯努利方程計算將水泵入頂層甲板水袋中所需外界功，方程式如下[6]：離心泵的效率估算為30%[7-8]，離心泵的功率應達到14 715.46 W。

2.3 加水管路布置和水袋使用方法

試驗所需要的水源來自碼頭岸邊的消防水，通過離心泵加壓后經過3寸的臨時橡膠軟管，將水提升至平臺頂層主甲板。

兩臺吊機分別位于位于平臺的南北側，根據報驗當天的頂層甲板施工物料存放情況，選擇在乎臺主柴油發電機預留區域為水袋的加水操作區域，具體加水臨時管線布置和操作區域如圖3所示。

在負載試驗時，水袋上端需要連接拉力計，水袋與拉力計之間通過高強度弓形卸扣連接，最后通過吊重帶與吊機鉤頭連接，連接方式如圖4所示。在加載負荷時，水袋的負載水量通過無線顯示器的讀數來精確控制，圖5所示為拉力計和無線顯示器實物。水袋掛好后，連接好注水管路，將水袋吊運至試驗區域。

3 負載試驗程序

吊機調試須以相關規范和標準為依據[9-12]，并嚴格執行。

3.1 試驗前檢查項目

（1）檢查作業環境。正常工作風速18 m/s，起重機工作允許的海況：海面狀況5-6/SWH2.5 m-4.0 m，起重機允許傾角：2。。

（2）檢查吊機系統的機械完工狀態，主結構焊縫探傷報告、吊機出廠合格證書等。

（3）檢查水袋出廠合格證、拉力計標定證書、水袋外觀。

3.2 絕緣測試

（1）測量電機馬達冷態、熱態（試驗結束后）絕緣。

（2）測量并記錄空調電機的冷態、熱態（試驗結束后）絕緣電阻。

3.3 功能測試

（1）操作功能測試：測試儀表、指示燈、開關按鈕、操作手柄等功能。

（2）報警功能測試：測試過載報警、柴油機報警、液壓油系統報警、限位報警等功能。

（3）關斷功能測試：測試柴油機關斷、電機關斷、液壓油系統關斷、限位關斷、超載關斷、緊急關斷等功能。

3.4 動力及液壓系統油系統試驗

（1）檢查確認柴油機和電機符合啟動條件。

（2）單獨啟動柴油機、電機，確認轉向正確，運行正常。并記錄下列數據：柴油機轉速，電機轉速，柴油機排煙溫度，液壓油壓力，液壓油溫度，振動頻率，噪聲值等。

（3）啟動6次，確認啟動性能滿足要求。

（4）檢查確認液壓油系統符合啟動條件，啟動柴油機帶動液壓泵運轉10 min，檢查確認柴油機、液壓系統工作正常無滲漏，記錄液壓油系統壓力。

3.5 負載測試

對吊機主鉤和副鉤加載，分別在50%、100%安全工作負荷下，對吊機進行緩慢起升、回轉和變幅實驗，根據負載曲線驗證工作半徑范圍，測試吊機性能。

（1）測試吊臂的變幅性能：測試并記錄變幅剎車、變幅限位及報警、吊臂運行的最大/小仰角、角度指示儀、吊臂變幅限位、液壓操作控制系統等功能，記錄液壓油系統壓力并檢查液壓油有無泄漏。

（2）測試吊臂的回轉性能：測試并記錄回轉剎車、最大運行角度及工作半徑、液壓操作控制系統等功能，記錄液壓油系統壓力并檢查液壓油有無泄漏。

（3）測試起吊絞車性能：檢查主絞車運行情況是否正常，測試并記錄主絞車的手動剎車和主吊鉤限位裝置功能，檢查鋼絲繩的長度是否足夠，測試并記錄主吊鉤的最大上升、下降速度和主吊鉤的緊急制動功能，記錄液壓油系統壓力并檢查有無泄漏。

（4）動作組合試驗：變幅加回轉二聯動，起升加回轉二聯動，起升加變幅二聯動。

主鉤負載測試記錄如表3-4所示。主鉤提升能力測試如圖6所示。

3.6 負載轉移方法

吊機負載測試包括主鉤和副鉤的起吊能力測試，本試驗中副鉤的負載測試重量是5t，主鉤的負載測試重量是30 t，通常測試完副鉤后，需要將水袋中的水釋放空，然后再將水袋掛在主鉤重新加水進行負載試驗。本文提出一種帶載換鉤的方法，能夠有效提升負載試驗的工作效率，如圖7所示。具體的實施方法為結束副鉤St負載試驗以后將水袋半懸在空中，用另一根吊帶將副鉤上的水袋與主鉤連接起來，然后緩慢提升主鉤直至力全部轉移到主鉤，再將副鉤的吊帶移去，這樣就可以直接在原有5t的水袋中繼續加水，省去了釋放5t負載和重新加5t負載的過程。經試驗記錄，帶載換鉤使得單臺吊機調試時間縮短2h，有效提高了調試作業效率。

3.7 過載測試

吊機主鉤掛35 t（30 t+5 t）配重，在負載安全工作半徑內，緩慢起吊配重離地20 cm，靜止保持5 min;檢查配重是否下滑，卸去負荷，檢查吊機結構無損壞，液壓油系統無滲漏現象。

副鉤掛6.25 t（5 tx1.25）配重，在負載安全工作半徑內，緩慢起吊配重離地20 cm，靜止保持5 min;檢查配重是否下滑，卸去負荷，檢查吊機結構無損壞，液壓油系統無滲漏現象。

3.8 制動測試

當吊鉤在最大移動速度時，讓控制手柄迅速回到杠桿中心，制動單元能夠迅速安全正確地停止。

3.9 應急關斷測試

在吊機100%負載試驗過程中，進行應急關斷功能試驗。

3.10手動釋放試驗

在吊機正常的運行中，停止柴油機運轉，進行手動釋放功能試驗。

4 結束語

稱重水袋負載技術在深水半潛式平臺吊機調試中的成功應用，使得調試作業的安全性和作業效率大大提升。負載試驗制定了引繩法帶載換鉤的方案，小鉤5t負載試驗結束以后，無需將水袋的載荷卸掉，采用引繩法將負載緩慢過渡到主鉤，單臺吊機調試時間節省近2h，降低了試驗成本。稱重水袋本體重量輕，體積小，負載量可通過加水量靈活調整，重復利用率高。綜上所述，稱重水袋負載技術在深水半潛式平臺吊機調試中展現出諸多優勢，具有良好的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]朱海山，李達，魏澈，等.南海陵水17-2深水氣田開發工程方案研究[J].中國海上油氣，2018，30（4）：170-177.

[2] Yuhong Xie， Gongcheng Zhang， Zhipeng Sun， et al.Reservoirforming conditions and key exploration technologies of Lingshui17-2 giant gas field in deepwater area of Qiongdongnan Basin[J].Petroleum Research， 2019， 4（1）.

[3]許曉麗，李艷華，蔣薇，等.陵水17-2半潛式生產儲油平臺落物風險分析[J].中國海上油氣，2020，32（5）：188-190.

[4] Det Norske Veritas. Accident statistics for noating offshore unit—son the UK continental shelf 1 980—2005[R].Norway：Det NorskeVeritas Health and Safety Executive，2007.

[5]于斌.FPS0吊機落物碰撞損傷風險評估[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學。2017.

[6]丁忠偉，劉麗英，劉偉.化工原理（上冊）[M].北京：高等教育出版社.2014.

[7]盧珍，曾文明，李光輝，等.提灌站水泵設計選型研究及典型案例分析[J].中國農村水利水電，2020（11）：107—111.

[8]張勝，喬金宇.Excel在離心泵額定效率計算中的應用[J].機電工程技術，2021，50（6）：223—225.

[9]GB 381 1—1983.Hoist Design Standard[S].

[10]IS0 4310—1981.Hoist Test Standard and Pmcedure[S].

[11]API Spec 2C一2004.0ffshore Base Crane Norms[S].

[12]API Spec 9A一2004，Wire Rope Standards[S].