某半潜式海洋平台的重量重心控制流程

马嘉声

摘    要：半潜式海洋平台的总重量，包括：可变载荷;空船重量;消耗品;锚链张力和压载水。可变载荷是平台设计的重要性能参数，为保证平台的可变载荷满足设计要求，应从管理、设计、采购和建造等方面，对整个项目建造流程和重量重心进行严格控制。

关键词：重量重心;可变载荷;设计优化

中图分类号：U661.2+2                             文獻标识码：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

半潜式海洋平台，具有适用水深范围广、环境适应性强、适合油气开发的各个阶段、定位方式灵活等特点， 广泛应用于海洋油气资源开发的钻井、采油等作业。

本半潜式海洋平台（见图1）主尺度：

总长                101.00 m

管架甲板宽度 63.00 m

载员 170

工作吃水 13.00 ～ 18.00 m

生活吃水 11.0 m

运输吃水 7.2 m

2     重量重心控制的意义

2.1   重量组成

本平台的重量组成，如图2所示;平台在18 m工作吃水状态下，设计总重量约为31 877 t，其中：

空船重量                   15 629 t

压载水                 9 070 t

锚链张力                 650 t

可变载荷                 4 000 t

消耗品                 2 528 t

（1）平台的空船重量

包括：主体结构、生活区建筑、甲板系泊设备、轮机和管系设备、电气和电缆设备、平台上永久性的钻井和钻台设备的重量、救生设备、在空船工作状态时维持平台机械运行的润滑、液压和冷却液体等重量。

（2）可变载荷重量

包括：平台在不同工况条件下携带的钻井材料和设备重量。如设备运行时所需的柴油、钻井水、盐水、钻井添加剂、水泥、土粉、钻杆、隔水管等钻井工具和耗材;还有防喷器、分流器、测井设备、试油设备、各种泥浆舱、离心机、工具间等钻井设备。

（3）压载水

其作用是调节平台的吃水深度、平衡平台的重心位置。平台拖航和工作状态下有不同的吃水深度和重心高度要求，压载水可以使平台在不同状态下满足技术规格书和操作手册对吃水和重心高度的要求，提高平台在不同状态下的安全性和稳定性。

（4）锚链张力

是平台在工作时锚链重量和通过锚链提供的预张力，通过预张力可以给平台提供恢复力，抵抗偏移。

（5）平台的消耗品

包括：盐水、机油、燃油、饮用水等。

2.2   重量控制的意义

在平台基本设计阶段，已规定了平台的总重量;在后续详细设计、生产设计和平台建造过程中，通过对平台重量的控制，尽量减少空船重量，以达到设计空船重量的目标。

通过平台的总重量组成比例可知，在平台的总重量一定时，通过减少空船重量可以提高可变载荷重量。由于半潜式平台有多个工作状态，在各种工作状态下需要不同的吃水，减少空船重量，能增加平台工作时装载钻井材料的重量，延长平台续航时间，减少补给次数。

2.3   重心控制的意义

在平台建造过程中，除了对平台进行重量控制之外，还要对平台的空船重心进行控制。平台在不同工作状态下需要不同的吃水，在不同吃水时平台的稳性需要满足设计要求。当平台的重心位置不满足设计要求时，就需要在平台工作时调整压载水，增加压载水重量，降低平台可变载荷重量。

本平台签订建造合同时，已经将平台可变载荷的数值进行了规定：平台完工时可变载荷需达到4 000 t;可变载荷在3 600-3 900 t时，每减少1 t罚款8 000美元;可变载荷低于3 600 t时，船东有权弃船。

因此，平台从设计、建造到交付使用，都应该在各个阶段进行重量重心控制，使空船重量重心满足设计要求。通过对设计阶段空船重量重心的统计分析，在设计时发现重量重心出现的问题，在生产施工前进行消除，可以有效避免设计缺陷和经济损失。

3     重量重心控制的流程

如何让平台在完工时的空船重量重心与設计空船重量重心一致，避免空船重量重心超标，一直是平台建造的重点关注领域。

我司对该建造项目在合同签订之前，就开始组织人员对国内相关建造平台的企业进行调查。为了使建造的空船重量重心满足规格书的要求，研究总结出一套行之有效的空船重量重心控制流程，并在本项目实施。

为了顺利推进设计空船重量重心控制工作，项目组成立了重量控制小组，由项目经理领导，下设重量控制主管，设计部门、采购部门和生产部门都安排了专业人员担任重量控制员。各重量控制员根据操作流程向重量控制主管提交设计和建造阶段的设计重量，由重量控制主管汇总后向项目经理汇报。

3.1   重量重心预估

设计公司GustoMSC根据基本设计方案编制了第一版的《空船重量报告》，预估了满足设计可变载荷要求的空船重量重心的数值，这个数值就是后续进行设计的空船重量重心控制的最低要求。

设计人员根据详细设计方案，使用软件进行结构建模和设备布置，根据建模结果和设备订货资料获取钢材、管材、舾装、机器设备、空调通风、铁舾、电气设备、油漆、焊接等的重量重心数据并考虑裕度;各专业的重量控制员，收集本本专业的设计重量重心数据向重量控制主管汇报，重量控制主管将各专业提供的设计数据按分类汇总，按标准表格整理成《重量控制报告》，并与设计公司提供的设计空船重量重心数值进行核对，《重量控制报告》的数值必须满足设计空船重量重心控制的要求，如不满足要求，各专业必须进行设计优化，改进详细设计方案，重新汇总数据核对。

3.2   重量重心更新

采购部门在设备到货后进行设备称重，将实际到货设备重量反馈给设计部门和重量控制主管;根据设计进度，各专业重量控制员持续收集原设计数据中缺失或需更新的设备和材料的重量重心数据，用表格进行汇总后提交专业技术主管进行确认，确认修改后将表格提交给重量控制主管;各生产部门的重量控制员，根据重量重心报告数据核对现场安装的设备或材料重量，并记录由于现场修改造成的基座、管路、电缆等的重量重心变化，汇总成表上报重量控制主管;重量控制主管汇总所有表格，提交给项目经理进行审核并批准该设计空船重量重心数据变更。

重量控制主管根据汇总的数据编制最新版的《重量控制报告》，计算空船重量重心数据并与设计公司提供的空船重量重心数据进行核对。《重量控制报告》的数据，必须要求满足设计空船重量重心控制的要求，如不满足要求各专业必须进行设计优化，改进详细设计方案，重新汇总数据核对;《重量控制报告》最后汇总的数据在获得项目经理批准后，重量控制主管每两个月向项目组和船东发布最新的《重量控制报告》，汇报最新的空船重量重心数据和变化;各专业设计人员根据《重量控制报告》分类汇总的空船重量重心数据，与设计公司提供的设计空船重量重心数据进行对比，根据核对结果进行设计优化，改进详细设计方案，对超重设备进行减重或者退货等措施，使重量重心满足设计规格书要求。

4     重量重心控制的方法

海洋平台在设计和建造过程中涉及众多的专业和领域，重量重心的变化受到诸多因素的影响，因此平台的重量重心控制是一个长期、动态的过程。可以将重量重心控制涉及的方法，划分为四个方面：管理控制;设计控制;采购控制;建造控制。

4.1    管理控制

重量控制小组的成员必须具有相关的经验和极强的责任心，对本专业知识和设计流程十分清楚，而且对相关专业知识有一定了解，推动设计和建造的优化和实施。

重量控制小组由项目经理领导，重量控制主管由设计部门主管担任，重量控制员由设计部门、采购部门和生产部门里面的关键岗位人员和技术能手担任;重量控制小组的组员，能及时准确反馈设计重量数据和设备实际重量数据，项目经理根据反馈的数据向各设计专业主管进行设计优化安排，保证数据收集到优化落实之间的及时性和准确性。

4.2   设计控制

本平台由本公司进行详细设计和生产设计，参与设计的技术人员具有较高的技术水平，熟悉本专业的设计流程，掌握技术规格书的技术要求，对平台的基本设计方案进行优化，使平台设计空船重量重心满足要求。

根据《重量控制报告》汇总的空船重量重心数据和设计公司提供的空船重量重心数据进行核对分析，各专业设计人员推进落实了多项设计优化措施：

（1）充分把握详细设计的机会，对GustoMSC公司的基本设计方案进行改进，在详细设计阶段落实设计改进项目。如：锚铰机基座在详细设计期间进行有限元计算分析，优化基座结构，减少重量约50 t;

（2）设计人员积极与船检和船东沟通，对基本设计方案进行优化。如：根据IMO MODU CODE中PMA检验通道要求，高度超过6 m的压载舱需配置永久性检验通道，需布置永久性检验平台。为了控制重量，与船检沟通后，在普通压载舱区域使用便携梯用于检验，取消永久性检验平台;除了COLUMN与PONTOON连接区域使用永久性检验通道外，其他普通压载舱区域也使用便携梯进行检验，对比全部布置永久检验通道减少重量约100 t;

（3）平台总布置图显示，桩腿外部圆弧处均布置橡胶护舷，前后共8处。对比参考项目并结合实际操作需要，与船东沟通后，取消前后桩腿外侧的护舷布置共4处，并取消后橡胶护舷布置，减少重量约31t;

（4）MECH WORKSHOP、ELECT WORKSHOP、SACK STORE原为服务处所，根据规范为A类机械处所，服务通风管在经过服务处所时管壁需加厚。后经舾装专业设计优化，将MECH WORKSHOP、ELECT WORKSHOP、SACK STORE区域改为其他机械处所，重新送审。修改上述3个区域分割后，风管只需要按照工艺以及规格书要求的最低壁厚要求制作，节约了成本，减轻重量约16.5 t;

（5）此外，还落实了其他多项设计优化措施。

通过各项设计方案对结构、设备和管系的优化，设计空船重量减少约260 t;将优化后的空船重量数据通过重量控制员进行收集汇总，更新到《重量控制报告》内，与基本设计阶段确定的空船重量重心数据进行对比。在重量减少的同时，还要保证重心高度不超过基本设计要求，重心位置不能偏移中心线太多，避免平台在工作状态时增加压载水调载。

4.3   采购控制

采购控制，涉及合同签订、设备选型、到货检验等多个方面。设计人员必须与采购人员充分沟通，避免由于材料和设备的采购错误使完工空船重量重心超标。

在签订设备采购合同时标注设备重量，设备到货后进行称重检查，保证设备重量与设计重量一致;对于实际重量超出采购合同标注重量的设备，根据设备超重范围对设备供应商实施罚款或退货处理，保证设备设计重量的准确。

与钢厂签订钢板技术协议，将板厚正公差限定在钢厂极限工艺范围内;规范规定的厚度公差范围为-0.3～+0.5 mm（对于厚度大于等于40 mm的钢板，厚度最大正公差为+1.0 mm）。钢板到货后，根据质量部来货检验报告，小于40 mm厚的板平均正公差为0.1 mm，大于40 mm厚的板平均正公差为0.5 mm，板材实际正公差重量比最大正公差预估的重量减少50 t左右。

4.4   建造控制

现场必须按图施工，施工质量满足工艺要求，严禁现场私自修改结构和更换设备。

（1）在建造阶段，现场施工管理人员要对需要安装的结构、设备、管子、电缆进行称重和记录，将实际安装重量反馈回重量控制员，汇总到《重量控制报告》内;

（2）加强工艺管理。焊材使用要符合施工工艺中焊角的要求，严禁焊脚过高，增加空船重量;油漆涂装要严格按照涂装规格书要求进行施工，保证油膜厚度，既节约了油漆用量，又降低了空船重量。

5     总结

表1为设计公司提供的设计重量重心数据、《重量控制报告》里的设计空船重量重心、平台进行倾斜试验测量实际完工空船重量重心数据对比表。从表1可以看出：《重量控制报告》里的空船重量重心数据与完工空船重量重心数值相比，重量数值误差小于1.5%，重心数值误差小于0.3 m。由此可以得出结论：《重量控制报告》里的空船重量重心数值是可信的，编制的重量重心控制管理和操作流程，对于完工空船重量重心控制是有效的。

完工空船重量重心显示：空船重量比设计空船重量减少了402 t，重心高度降低了1.124 m，平台在设计工作吃水状态不用增加压载水调载，可变载荷比设计状态增加了约400 t，提高了平台的物资装载能力，延长了工作续航时间。

本项目在建造过程中，针对平台重量重心控制编制了行之有效的管理流程，总结编制了企业标准COSCO-SYGG-JS-010《海工产品重量控制管理规定》，成为后续项目重量重心控制的操作指引。

本项目成立了重量控制小组，在各设计专业、采购部门和生产部门设立专职重量控制员，经过实际操作，在重量控制方面积累了丰富的经验。通过项目实践，建立了重量重心控制从预估、反馈、修改到更新的监控和优化流程，各设计专业、采购部门和生产部门都形成了重量控制的观念，配合重量控制小组开展工作，有利于后續项目的重量控制工作推进。在设计和建造阶段，各设计专业集思广益，提出大量的设计优化内容，提高了设计人员技术水平。

参考文献

[1] 刘科，蒋世全，付英军.深水半潜式钻井平台甲板可变载荷及相关储存空间设计方法[J].中国造船，2009（11）：59-64.

[2] 徐志海.海洋平台建造中重量、重心控制的意义和基本方法[J].船舶设计通讯，2011（1）：12-15.