某半潛式海洋平臺(tái)的重量重心控制流程

馬嘉聲

摘? ? 要：半潛式海洋平臺(tái)的總重量，包括：可變載荷;空船重量;消耗品;錨鏈張力和壓載水?？勺冚d荷是平臺(tái)設(shè)計(jì)的重要性能參數(shù)，為保證平臺(tái)的可變載荷滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)從管理、設(shè)計(jì)、采購(gòu)和建造等方面，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目建造流程和重量重心進(jìn)行嚴(yán)格控制。

關(guān)鍵詞：重量重心;可變載荷;設(shè)計(jì)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U661.2+2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Weight and Center of Gravity Control Process of

Semi-Submersible Offshore Platform

MA Jiasheng

（ COSCO Shipping Heavy Industry （Guangdong） Co.， Ltd.， Dongguan 523146 ）

Abstract： The total weight of semi-submersible offshore platform is composed of， variable load， lightweight， consumables， anchor chain tension and ballast water. Variable load is an important performance parameter of the platform design. In order to ensure that the variable load of the platform meets the design requirements， during the design and construction of the platform， the whole project construction process shall be strictly controlled from the management， design， procurement and construction aspects to control the weight and center of gravity.

Key words： Weight and center of gravity; Variable load; Design optimization

1? ? ?前言

半潛式海洋平臺(tái)，具有適用水深范圍廣、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、適合油氣開發(fā)的各個(gè)階段、定位方式靈活等特點(diǎn)， 廣泛應(yīng)用于海洋油氣資源開發(fā)的鉆井、采油等作業(yè)。

本半潛式海洋平臺(tái)（見圖1）主尺度：

總長(zhǎng) ? ? ? ? ? ? ? ?101.00 m

管架甲板寬度 63.00 m

載員 170

工作吃水 13.00 ～ 18.00 m

生活吃水 11.0 m

運(yùn)輸吃水 7.2 m

2? ? ?重量重心控制的意義

2.1? ?重量組成

本平臺(tái)的重量組成，如圖2所示;平臺(tái)在18 m工作吃水狀態(tài)下，設(shè)計(jì)總重量約為31 877 t，其中：

空船重量? ? ? ? ? ? ? ? ? ?15 629 t

壓載水 ? ? ? ? ? ? ? ? 9 070 t

錨鏈張力 ? ? ? ? ? ? ? ? 650 t

可變載荷 ? ? ? ? ? ? ? ? 4 000 t

消耗品 ? ? ? ? ? ? ? ? 2 528 t

（1）平臺(tái)的空船重量

包括：主體結(jié)構(gòu)、生活區(qū)建筑、甲板系泊設(shè)備、輪機(jī)和管系設(shè)備、電氣和電纜設(shè)備、平臺(tái)上永久性的鉆井和鉆臺(tái)設(shè)備的重量、救生設(shè)備、在空船工作狀態(tài)時(shí)維持平臺(tái)機(jī)械運(yùn)行的潤(rùn)滑、液壓和冷卻液體等重量。

（2）可變載荷重量

包括：平臺(tái)在不同工況條件下攜帶的鉆井材料和設(shè)備重量。如設(shè)備運(yùn)行時(shí)所需的柴油、鉆井水、鹽水、鉆井添加劑、水泥、土粉、鉆桿、隔水管等鉆井工具和耗材;還有防噴器、分流器、測(cè)井設(shè)備、試油設(shè)備、各種泥漿艙、離心機(jī)、工具間等鉆井設(shè)備。

（3）壓載水

其作用是調(diào)節(jié)平臺(tái)的吃水深度、平衡平臺(tái)的重心位置。平臺(tái)拖航和工作狀態(tài)下有不同的吃水深度和重心高度要求，壓載水可以使平臺(tái)在不同狀態(tài)下滿足技術(shù)規(guī)格書和操作手冊(cè)對(duì)吃水和重心高度的要求，提高平臺(tái)在不同狀態(tài)下的安全性和穩(wěn)定性。

（4）錨鏈張力

是平臺(tái)在工作時(shí)錨鏈重量和通過(guò)錨鏈提供的預(yù)張力，通過(guò)預(yù)張力可以給平臺(tái)提供恢復(fù)力，抵抗偏移。

（5）平臺(tái)的消耗品

包括：鹽水、機(jī)油、燃油、飲用水等。

2.2? ?重量控制的意義

在平臺(tái)基本設(shè)計(jì)階段，已規(guī)定了平臺(tái)的總重量;在后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)和平臺(tái)建造過(guò)程中，通過(guò)對(duì)平臺(tái)重量的控制，盡量減少空船重量，以達(dá)到設(shè)計(jì)空船重量的目標(biāo)。

通過(guò)平臺(tái)的總重量組成比例可知，在平臺(tái)的總重量一定時(shí)，通過(guò)減少空船重量可以提高可變載荷重量。由于半潛式平臺(tái)有多個(gè)工作狀態(tài)，在各種工作狀態(tài)下需要不同的吃水，減少空船重量，能增加平臺(tái)工作時(shí)裝載鉆井材料的重量，延長(zhǎng)平臺(tái)續(xù)航時(shí)間，減少補(bǔ)給次數(shù)。

2.3? ?重心控制的意義

在平臺(tái)建造過(guò)程中，除了對(duì)平臺(tái)進(jìn)行重量控制之外，還要對(duì)平臺(tái)的空船重心進(jìn)行控制。平臺(tái)在不同工作狀態(tài)下需要不同的吃水，在不同吃水時(shí)平臺(tái)的穩(wěn)性需要滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)平臺(tái)的重心位置不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，就需要在平臺(tái)工作時(shí)調(diào)整壓載水，增加壓載水重量，降低平臺(tái)可變載荷重量。

本平臺(tái)簽訂建造合同時(shí)，已經(jīng)將平臺(tái)可變載荷的數(shù)值進(jìn)行了規(guī)定：平臺(tái)完工時(shí)可變載荷需達(dá)到4 000 t;可變載荷在3 600-3 900 t時(shí)，每減少1 t罰款8 000美元;可變載荷低于3 600 t時(shí)，船東有權(quán)棄船。

因此，平臺(tái)從設(shè)計(jì)、建造到交付使用，都應(yīng)該在各個(gè)階段進(jìn)行重量重心控制，使空船重量重心滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)階段空船重量重心的統(tǒng)計(jì)分析，在設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)重量重心出現(xiàn)的問(wèn)題，在生產(chǎn)施工前進(jìn)行消除，可以有效避免設(shè)計(jì)缺陷和經(jīng)濟(jì)損失。

3? ? ?重量重心控制的流程

如何讓平臺(tái)在完工時(shí)的空船重量重心與設(shè)計(jì)空船重量重心一致，避免空船重量重心超標(biāo)，一直是平臺(tái)建造的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。

我司對(duì)該建造項(xiàng)目在合同簽訂之前，就開始組織人員對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)建造平臺(tái)的企業(yè)進(jìn)行調(diào)查。為了使建造的空船重量重心滿足規(guī)格書的要求，研究總結(jié)出一套行之有效的空船重量重心控制流程，并在本項(xiàng)目實(shí)施。

為了順利推進(jìn)設(shè)計(jì)空船重量重心控制工作，項(xiàng)目組成立了重量控制小組，由項(xiàng)目經(jīng)理領(lǐng)導(dǎo)，下設(shè)重量控制主管，設(shè)計(jì)部門、采購(gòu)部門和生產(chǎn)部門都安排了專業(yè)人員擔(dān)任重量控制員。各重量控制員根據(jù)操作流程向重量控制主管提交設(shè)計(jì)和建造階段的設(shè)計(jì)重量，由重量控制主管匯總后向項(xiàng)目經(jīng)理匯報(bào)。

3.1? ?重量重心預(yù)估

設(shè)計(jì)公司GustoMSC根據(jù)基本設(shè)計(jì)方案編制了第一版的《空船重量報(bào)告》，預(yù)估了滿足設(shè)計(jì)可變載荷要求的空船重量重心的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值就是后續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的空船重量重心控制的最低要求。

設(shè)計(jì)人員根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，使用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和設(shè)備布置，根據(jù)建模結(jié)果和設(shè)備訂貨資料獲取鋼材、管材、舾裝、機(jī)器設(shè)備、空調(diào)通風(fēng)、鐵舾、電氣設(shè)備、油漆、焊接等的重量重心數(shù)據(jù)并考慮裕度;各專業(yè)的重量控制員，收集本本專業(yè)的設(shè)計(jì)重量重心數(shù)據(jù)向重量控制主管匯報(bào)，重量控制主管將各專業(yè)提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)按分類匯總，按標(biāo)準(zhǔn)表格整理成《重量控制報(bào)告》，并與設(shè)計(jì)公司提供的設(shè)計(jì)空船重量重心數(shù)值進(jìn)行核對(duì)，《重量控制報(bào)告》的數(shù)值必須滿足設(shè)計(jì)空船重量重心控制的要求，如不滿足要求，各專業(yè)必須進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，改進(jìn)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，重新匯總數(shù)據(jù)核對(duì)。

3.2? ?重量重心更新

采購(gòu)部門在設(shè)備到貨后進(jìn)行設(shè)備稱重，將實(shí)際到貨設(shè)備重量反饋給設(shè)計(jì)部門和重量控制主管;根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)度，各專業(yè)重量控制員持續(xù)收集原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中缺失或需更新的設(shè)備和材料的重量重心數(shù)據(jù)，用表格進(jìn)行匯總后提交專業(yè)技術(shù)主管進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)修改后將表格提交給重量控制主管;各生產(chǎn)部門的重量控制員，根據(jù)重量重心報(bào)告數(shù)據(jù)核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝的設(shè)備或材料重量，并記錄由于現(xiàn)場(chǎng)修改造成的基座、管路、電纜等的重量重心變化，匯總成表上報(bào)重量控制主管;重量控制主管匯總所有表格，提交給項(xiàng)目經(jīng)理進(jìn)行審核并批準(zhǔn)該設(shè)計(jì)空船重量重心數(shù)據(jù)變更。

重量控制主管根據(jù)匯總的數(shù)據(jù)編制最新版的《重量控制報(bào)告》，計(jì)算空船重量重心數(shù)據(jù)并與設(shè)計(jì)公司提供的空船重量重心數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)。《重量控制報(bào)告》的數(shù)據(jù)，必須要求滿足設(shè)計(jì)空船重量重心控制的要求，如不滿足要求各專業(yè)必須進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，改進(jìn)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，重新匯總數(shù)據(jù)核對(duì);《重量控制報(bào)告》最后匯總的數(shù)據(jù)在獲得項(xiàng)目經(jīng)理批準(zhǔn)后，重量控制主管每?jī)蓚€(gè)月向項(xiàng)目組和船東發(fā)布最新的《重量控制報(bào)告》，匯報(bào)最新的空船重量重心數(shù)據(jù)和變化;各專業(yè)設(shè)計(jì)人員根據(jù)《重量控制報(bào)告》分類匯總的空船重量重心數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)公司提供的設(shè)計(jì)空船重量重心數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)核對(duì)結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，改進(jìn)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，對(duì)超重設(shè)備進(jìn)行減重或者退貨等措施，使重量重心滿足設(shè)計(jì)規(guī)格書要求。

4? ? ?重量重心控制的方法

海洋平臺(tái)在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中涉及眾多的專業(yè)和領(lǐng)域，重量重心的變化受到諸多因素的影響，因此平臺(tái)的重量重心控制是一個(gè)長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)的過(guò)程。可以將重量重心控制涉及的方法，劃分為四個(gè)方面：管理控制;設(shè)計(jì)控制;采購(gòu)控制;建造控制。

4.1? ? 管理控制

重量控制小組的成員必須具有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)和極強(qiáng)的責(zé)任心，對(duì)本專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)流程十分清楚，而且對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)有一定了解，推動(dòng)設(shè)計(jì)和建造的優(yōu)化和實(shí)施。

重量控制小組由項(xiàng)目經(jīng)理領(lǐng)導(dǎo)，重量控制主管由設(shè)計(jì)部門主管擔(dān)任，重量控制員由設(shè)計(jì)部門、采購(gòu)部門和生產(chǎn)部門里面的關(guān)鍵崗位人員和技術(shù)能手擔(dān)任;重量控制小組的組員，能及時(shí)準(zhǔn)確反饋設(shè)計(jì)重量數(shù)據(jù)和設(shè)備實(shí)際重量數(shù)據(jù)，項(xiàng)目經(jīng)理根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)向各設(shè)計(jì)專業(yè)主管進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化安排，保證數(shù)據(jù)收集到優(yōu)化落實(shí)之間的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

4.2? ?設(shè)計(jì)控制

本平臺(tái)由本公司進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)，參與設(shè)計(jì)的技術(shù)人員具有較高的技術(shù)水平，熟悉本專業(yè)的設(shè)計(jì)流程，掌握技術(shù)規(guī)格書的技術(shù)要求，對(duì)平臺(tái)的基本設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，使平臺(tái)設(shè)計(jì)空船重量重心滿足要求。

根據(jù)《重量控制報(bào)告》匯總的空船重量重心數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)公司提供的空船重量重心數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)分析，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員推進(jìn)落實(shí)了多項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施：

（1）充分把握詳細(xì)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，對(duì)GustoMSC公司的基本設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段落實(shí)設(shè)計(jì)改進(jìn)項(xiàng)目。如：錨鉸機(jī)基座在詳細(xì)設(shè)計(jì)期間進(jìn)行有限元計(jì)算分析，優(yōu)化基座結(jié)構(gòu)，減少重量約50 t;

（2）設(shè)計(jì)人員積極與船檢和船東溝通，對(duì)基本設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。如：根據(jù)IMO MODU CODE中PMA檢驗(yàn)通道要求，高度超過(guò)6 m的壓載艙需配置永久性檢驗(yàn)通道，需布置永久性檢驗(yàn)平臺(tái)。為了控制重量，與船檢溝通后，在普通壓載艙區(qū)域使用便攜梯用于檢驗(yàn)，取消永久性檢驗(yàn)平臺(tái);除了COLUMN與PONTOON連接區(qū)域使用永久性檢驗(yàn)通道外，其他普通壓載艙區(qū)域也使用便攜梯進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)比全部布置永久檢驗(yàn)通道減少重量約100 t;

（3）平臺(tái)總布置圖顯示，樁腿外部圓弧處均布置橡膠護(hù)舷，前后共8處。對(duì)比參考項(xiàng)目并結(jié)合實(shí)際操作需要，與船東溝通后，取消前后樁腿外側(cè)的護(hù)舷布置共4處，并取消后橡膠護(hù)舷布置，減少重量約31t;

（4）MECH WORKSHOP、ELECT WORKSHOP、SACK STORE原為服務(wù)處所，根據(jù)規(guī)范為A類機(jī)械處所，服務(wù)通風(fēng)管在經(jīng)過(guò)服務(wù)處所時(shí)管壁需加厚。后經(jīng)舾裝專業(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)化，將MECH WORKSHOP、ELECT WORKSHOP、SACK STORE區(qū)域改為其他機(jī)械處所，重新送審。修改上述3個(gè)區(qū)域分割后，風(fēng)管只需要按照工藝以及規(guī)格書要求的最低壁厚要求制作，節(jié)約了成本，減輕重量約16.5 t;

（5）此外，還落實(shí)了其他多項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施。

通過(guò)各項(xiàng)設(shè)計(jì)方案對(duì)結(jié)構(gòu)、設(shè)備和管系的優(yōu)化，設(shè)計(jì)空船重量減少約260 t;將優(yōu)化后的空船重量數(shù)據(jù)通過(guò)重量控制員進(jìn)行收集匯總，更新到《重量控制報(bào)告》內(nèi)，與基本設(shè)計(jì)階段確定的空船重量重心數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。在重量減少的同時(shí)，還要保證重心高度不超過(guò)基本設(shè)計(jì)要求，重心位置不能偏移中心線太多，避免平臺(tái)在工作狀態(tài)時(shí)增加壓載水調(diào)載。

4.3? ?采購(gòu)控制

采購(gòu)控制，涉及合同簽訂、設(shè)備選型、到貨檢驗(yàn)等多個(gè)方面。設(shè)計(jì)人員必須與采購(gòu)人員充分溝通，避免由于材料和設(shè)備的采購(gòu)錯(cuò)誤使完工空船重量重心超標(biāo)。

在簽訂設(shè)備采購(gòu)合同時(shí)標(biāo)注設(shè)備重量，設(shè)備到貨后進(jìn)行稱重檢查，保證設(shè)備重量與設(shè)計(jì)重量一致;對(duì)于實(shí)際重量超出采購(gòu)合同標(biāo)注重量的設(shè)備，根據(jù)設(shè)備超重范圍對(duì)設(shè)備供應(yīng)商實(shí)施罰款或退貨處理，保證設(shè)備設(shè)計(jì)重量的準(zhǔn)確。

與鋼廠簽訂鋼板技術(shù)協(xié)議，將板厚正公差限定在鋼廠極限工藝范圍內(nèi);規(guī)范規(guī)定的厚度公差范圍為-0.3～+0.5 mm（對(duì)于厚度大于等于40 mm的鋼板，厚度最大正公差為+1.0 mm）。鋼板到貨后，根據(jù)質(zhì)量部來(lái)貨檢驗(yàn)報(bào)告，小于40 mm厚的板平均正公差為0.1 mm，大于40 mm厚的板平均正公差為0.5 mm，板材實(shí)際正公差重量比最大正公差預(yù)估的重量減少50 t左右。

4.4? ?建造控制

現(xiàn)場(chǎng)必須按圖施工，施工質(zhì)量滿足工藝要求，嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)私自修改結(jié)構(gòu)和更換設(shè)備。

（1）在建造階段，現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員要對(duì)需要安裝的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管子、電纜進(jìn)行稱重和記錄，將實(shí)際安裝重量反饋回重量控制員，匯總到《重量控制報(bào)告》內(nèi);

（2）加強(qiáng)工藝管理。焊材使用要符合施工工藝中焊角的要求，嚴(yán)禁焊腳過(guò)高，增加空船重量;油漆涂裝要嚴(yán)格按照涂裝規(guī)格書要求進(jìn)行施工，保證油膜厚度，既節(jié)約了油漆用量，又降低了空船重量。

5? ? ?總結(jié)

表1為設(shè)計(jì)公司提供的設(shè)計(jì)重量重心數(shù)據(jù)、《重量控制報(bào)告》里的設(shè)計(jì)空船重量重心、平臺(tái)進(jìn)行傾斜試驗(yàn)測(cè)量實(shí)際完工空船重量重心數(shù)據(jù)對(duì)比表。從表1可以看出：《重量控制報(bào)告》里的空船重量重心數(shù)據(jù)與完工空船重量重心數(shù)值相比，重量數(shù)值誤差小于1.5%，重心數(shù)值誤差小于0.3 m。由此可以得出結(jié)論：《重量控制報(bào)告》里的空船重量重心數(shù)值是可信的，編制的重量重心控制管理和操作流程，對(duì)于完工空船重量重心控制是有效的。

完工空船重量重心顯示：空船重量比設(shè)計(jì)空船重量減少了402 t，重心高度降低了1.124 m，平臺(tái)在設(shè)計(jì)工作吃水狀態(tài)不用增加壓載水調(diào)載，可變載荷比設(shè)計(jì)狀態(tài)增加了約400 t，提高了平臺(tái)的物資裝載能力，延長(zhǎng)了工作續(xù)航時(shí)間。

本項(xiàng)目在建造過(guò)程中，針對(duì)平臺(tái)重量重心控制編制了行之有效的管理流程，總結(jié)編制了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)COSCO-SYGG-JS-010《海工產(chǎn)品重量控制管理規(guī)定》，成為后續(xù)項(xiàng)目重量重心控制的操作指引。

本項(xiàng)目成立了重量控制小組，在各設(shè)計(jì)專業(yè)、采購(gòu)部門和生產(chǎn)部門設(shè)立專職重量控制員，經(jīng)過(guò)實(shí)際操作，在重量控制方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，建立了重量重心控制從預(yù)估、反饋、修改到更新的監(jiān)控和優(yōu)化流程，各設(shè)計(jì)專業(yè)、采購(gòu)部門和生產(chǎn)部門都形成了重量控制的觀念，配合重量控制小組開展工作，有利于后續(xù)項(xiàng)目的重量控制工作推進(jìn)。在設(shè)計(jì)和建造階段，各設(shè)計(jì)專業(yè)集思廣益，提出大量的設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容，提高了設(shè)計(jì)人員技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

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