对海洋平台重量控制及结构开孔补强的研究

程友明

（上海振华重工集团股份有限公司，上海 200125）

0 引言

随着国民经济和科学技术的高速发展，石油资源的需求量日趋增大。石油的开采由陆地到浅海，再到深海，这是一个大趋势。而海洋平台作为海洋油气资源勘探、开发的主要装备，其市场的需求也日趋强盛。

1 海洋平台的重量控制的重要性

海洋平台的总重量，由空平台重量和可变载荷两大部分组成。

按IMO、ABS规范，空船重量是指整个平台的结构重量，连同安装的机械、设备和舾装，包括固定压载、备件以及机械和管系中正常工作液面的各种液体的重量，但不包括液舱的油水等。可变载荷包括压载水、可移动设备重量、油水食品、钻井材料等消耗品和钻台钻井载荷。可变载荷是衡量平台作业水平和作业效率的关键技术指标之一。

平台的排水量分成空平台重量和可变载荷两部分。在平台主尺度不变的情况下，排水量随着吃水的不同而不同。若排水量一定，空平台重量的增加，势必降低平台可变载荷的数值。对于外伸悬臂梁自升式平台，如果空平台重量的变化超出设计范围，也势必影响到外伸悬臂梁纵向和横向外伸的极限值。对于坐底式和自升式平台稳性计算中，空平台的重量和重心也是稳性决定性的因素。因此，在海洋平台各个设计阶段和建造阶段，控制平台的重量始终是工作的重点。把空平台重量控制在方案设计时预估的范围之内，不仅能确保可变载荷满足设计指标，而且也能确保整个平台的浮态、稳性及钻井等各项性能指标。

2 海洋平台的重量控制方法和措施

控制海洋平台的重量，贯穿于基本设计、详细设计、生产设计及生产建造各个阶段，使重量的变化在设计预估的范围之内，以确保可变载荷满足设计性能指标。

1）在基本和详细设计阶段，在确保海洋平台功能使用和安全的前提下，简化设备，从总体、结构、舾装、轮机（包括管系）、电气、钻井和冷空通风各专业进行优化设计，减少冗余布置设计，以降低冗余重量。在不影响强度的前提下，尽可能地采用轻质材料。如管系专业，采用玻璃管替代钢管；如对飞机平台结构，用铝合金替代钢结构；如舾装专业，用铝合金梯替代钢梯，用铝合金格栅替代钢格栅；如电气专业，尽可能采用铝合金电缆托架，等等。

2）在生产设计阶段，对平台主体工作区域及生活楼的设备、管线、电缆和冷通风空调管线进行优化设备布置，优化电缆、管线合理走向，使管线和电缆走向的路径最短、最优，以降低管线和电缆的重量。

3）在生产建造阶段，严格控制材料代用。若确是现场需要，应尽可能地采用同等材质、同等强度、同等重量的代用材料。在建造中，不得随意添加肘板、垫板、管支架等。严格控制焊角的大小。对于完工后用过的吊码、临时支撑、垫板等必须拆除，以减少不必要的重量。

在平台狭小的空间内，管线和电缆贯穿平台强结构。以下内容将谈及管线及电缆贯穿的结构开孔，介绍既不降低结构强度又能控制结构重量不显著增加的方法。

3 结构开孔补强方法比较

1）未开孔梁截面模数的计算（图1和表1）

图1 梁截面

表1 梁截面剖面模数计算表

2）开孔加强后梁截面模数和结构重量变化的计算（图2和表2）

图2 梁截面及梁正视图

表2 梁截面剖面模数计算表

同等规格的梁，由计算表表1和表2可知，开孔补强后，梁截面模数虽然比开孔前略有增加，但结构重量比开孔前减轻了。

3）开孔加强后梁截面模数和结构重量变化的计算（图3和表3）

图3 梁截面及梁正视图

表3 梁截面剖面模数计算表

同等规格的梁，由计算表表2和表3分析得知，如果梁开孔后按方法3）进行结构补强，梁的截面模数虽然比未开孔前提高了，但结构单个开孔补强的重量却增加了10 kg以上。

4 结论

在海洋平台设计过程中，为拓宽平台内工作和生活的空间，创造良好的环境，可对设备、管系、电缆和通风空调管路的布置进行优化。同时，为弥补对平台主结构的破坏，在进行结构补强的同时，更应注重对平台的空船重量的控制。

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