自升式平臺(tái)論文：D80型升降系統(tǒng)勝利十號(hào)平臺(tái)的應(yīng)用

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1、 自升式平臺(tái)論文：D80型升降系統(tǒng)勝利十號(hào)平臺(tái)的應(yīng)用 摘要：隨著我國(guó)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)及海洋工程領(lǐng)域的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品如船舶、平臺(tái)等海工裝備得以開(kāi)發(fā)并投入使用?！皠倮?hào)”是近年中石化集團(tuán)公司投資興建的一條自升式鉆井平臺(tái)，是在總結(jié)中油海5、6、7、8號(hào)等平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和設(shè)備布置進(jìn)行的優(yōu)化。文章以該類型的平臺(tái)為例，探討d80升降裝置的制作安裝易出現(xiàn)的問(wèn)題及升降系統(tǒng)操作應(yīng)注意的事項(xiàng)，以供業(yè)內(nèi)人士參考。 關(guān)鍵詞：自升式平臺(tái)；d80；升降系統(tǒng)；電機(jī) 海上自升式平臺(tái)在我國(guó)海上油田的勘探開(kāi)發(fā)中，占據(jù)著非常重要的地位。由于平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，環(huán)境惡劣復(fù)雜，海洋油氣開(kāi)

2、發(fā)由于諸多條件的限制處在高度危險(xiǎn)的環(huán)境中，因此設(shè)備的技術(shù)含量較高，而且價(jià)格昂貴，發(fā)生故障造成的損失也較大。升降系統(tǒng)是平臺(tái)極其重要的組成部分。事實(shí)分析證明，自升式平臺(tái)的事故有一半以上發(fā)生在拖航和升降平臺(tái)的時(shí)候。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有海上移動(dòng)式平臺(tái)中，自升式平臺(tái)的事故約占全部平臺(tái)事故損失數(shù)量的75%。研究升降系統(tǒng)安裝、維護(hù)和使用，排除系統(tǒng)故障，對(duì)于提高平臺(tái)的整體安全性能，降低設(shè)備維護(hù)維修運(yùn)行費(fèi)用，減少海上施工作業(yè)成本，減少升降船時(shí)間，提高海上平臺(tái)生產(chǎn)效率，避免災(zāi)害性事故帶來(lái)的影響等不良后果都有著非常重要的作用。 2010年5月，大船重工海洋工程公司為中石化勝利海洋鉆井公司建造的“勝利十號(hào)”自升式鉆井平臺(tái)

3、交付，建造周期12個(gè)月。該平臺(tái)總長(zhǎng)75.21m，型寬53m，型深5.5m，作業(yè)水深50m，最大鉆井深度 7000m，在同一地點(diǎn)可以鉆探最多30口井。該平臺(tái)建成投產(chǎn)后成為勝利海洋鉆井公司適用水深最大、施工能力最強(qiáng)的鉆井平臺(tái)。 1勝利十號(hào)平臺(tái)升降系統(tǒng)簡(jiǎn)介 升降系統(tǒng)裝置安裝在樁腿和平臺(tái)主體的交接處，驅(qū)動(dòng)裝置使樁腿和主體作相對(duì)的上下運(yùn)動(dòng)，目前，自升式平臺(tái)的升降系統(tǒng)大致分為兩大類：一類為齒輪齒條式，另一類為液壓油缸頂升式。目前應(yīng)用最為廣泛是齒輪齒條式，齒輪齒條式升降平臺(tái)從動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上一般有兩種方式：即液壓驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)。兩種方式各有利弊。 液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：液壓馬達(dá)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)小齒輪，小齒輪與樁腿

4、上的齒條嚙合帶動(dòng)平臺(tái)的升降。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速底，零轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到最大扭矩；減速比小，減速箱體積小、重量輕；升降過(guò)程比較平穩(wěn)，小齒輪受力比較均勻，可以無(wú)級(jí)調(diào)速，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，對(duì)電站要求低。通過(guò)設(shè)置雙速馬達(dá)可提高收放樁腿的速度，節(jié)約時(shí)間。缺點(diǎn)：需要設(shè)置液壓泵站，系統(tǒng)較復(fù)雜，液壓油易滲漏，不利于環(huán)保，現(xiàn)場(chǎng)使用及維護(hù)保養(yǎng)比較繁瑣。 電驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)小齒輪，小齒輪與樁腿上的齒條嚙合帶動(dòng)平臺(tái)的升降。系統(tǒng)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)使用及維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，可靠性較高。缺點(diǎn)：電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，減速比大，系統(tǒng)的尺寸大、重量大；小齒輪受力不均勻，不能調(diào)速，對(duì)電站要求高（啟動(dòng)電流大），升降狀態(tài)的自動(dòng)控制只能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

5、 勝利十號(hào)平臺(tái)采用的是blm d80型電動(dòng)升降系統(tǒng)。平臺(tái)主體為箱形結(jié)構(gòu)，平面形狀接近三角形。平臺(tái)設(shè)有3根樁腿，樁腿為圓柱形，艉二艏一，樁腿下端設(shè)有樁靴（拖航時(shí)樁靴可完全收回平臺(tái)體內(nèi)）。每個(gè)樁腿設(shè)有一套升降裝置，樁腿通過(guò)升降裝置與船體連接和固定，船體可沿樁腿上下升降并支撐于一定高度。平臺(tái)升降裝置包括18套d80型升降單元，配備18個(gè)blm升降交流電機(jī)、小齒輪載荷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（plms），3套馬達(dá)控制柜配備扭矩再分配系統(tǒng)和1個(gè)升降集控臺(tái)配備樁腿高度指示和平臺(tái)水平儀。 每個(gè)樁腿有6個(gè)升降單元、1個(gè)樁邊控制臺(tái)和1個(gè)便攜式應(yīng)急剎車釋放遙控器。每個(gè)升降單元組件有六個(gè)齒輪組成，一臺(tái)電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)一對(duì)垂向齒

6、輪，一對(duì)齒輪為一個(gè)升降單元。每個(gè)齒輪和電動(dòng)機(jī)都能夠單獨(dú)拆卸下來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和維修，d系統(tǒng)原理如圖1、圖2所示。 每樁腿設(shè)置6臺(tái)電機(jī),通過(guò)換相序來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。當(dāng)平臺(tái)在下降操作時(shí)，設(shè)置在主甲板中部的3臺(tái)能耗制動(dòng)電阻器釋放平臺(tái)的位能，其中還有小部分的制動(dòng)能量返饋主電站。每個(gè)電機(jī)帶有電子安全盤式剎車、當(dāng)操作桿在關(guān)閉位置或斷電時(shí)由彈簧驅(qū)動(dòng)。盤式剎車的有效操作通過(guò)一個(gè)電子探測(cè)器來(lái)控制，該電子探測(cè)器可以探測(cè)盤式剎車的物理位移。剎車上有一個(gè)手動(dòng)釋放裝置，軸上有一個(gè)19 mm的方形端部，用于使用測(cè)力扳手來(lái)測(cè)量和調(diào)節(jié)剎車力矩，電機(jī)內(nèi)的熱敏開(kāi)關(guān)將保護(hù)電機(jī)的意外過(guò)載。 升降系統(tǒng)采用單獨(dú)的齒輪扭矩再分配系統(tǒng)。

7、此系統(tǒng)的作用是平均分配每一支撐柱上的升降單元所受的載荷，即通過(guò)小齒輪監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得每一齒輪上的載荷，計(jì)算出每一齒輪所應(yīng)該承受的平均載荷。平臺(tái)操作人員通過(guò)升降集控臺(tái)對(duì)每一支撐柱上的升降單元扭矩再分配使其都承受上述的平均載荷。具體升降單元的性能見(jiàn)表1。 2出現(xiàn)的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施 在d80升降系統(tǒng)安裝和調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)船東、設(shè)計(jì)者、施工方和ccs等各方的努力合作，這些均得到了較好的解決和處理。 2.1劃樁腿現(xiàn)象 主要原因有：①樁腿與圍阱之間間隙小，加之樁腿焊肉較高，從一定程度上又縮小了間隙，使之容易刮傷。樁腿外表面的全部焊縫（包括環(huán)縫和縱縫，焊縫增強(qiáng)高度不應(yīng)大于3mm）打磨基本削平

8、，從一定程度上避免了因間隙過(guò)小導(dǎo)致的接觸。②上基礎(chǔ)導(dǎo)向臺(tái)耐磨板未倒角。未倒角的耐磨板上下兩尖面猶如割刀，極易刮傷樁腿。解決方案：耐磨板倒角后，過(guò)度緩和，接觸面積大，不易刮傷樁腿。③因就位方式原因，平臺(tái)在塢內(nèi)時(shí)摩擦刮蹭較為嚴(yán)重，樁靴下面墊墩時(shí)用的不是成袋的沙土，而是不易變形的木塊，從一定程度上增加了硬性摩擦，造成了刮蹭。而出塢后平臺(tái)就位于泥土里，升降時(shí)樁靴下面的泥土柔性變形，減緩了樁腿與耐磨板的摩擦。經(jīng)過(guò)打磨、倒角等一系列措施的實(shí)施，劃樁腿現(xiàn)象得以解決。 2.2齒條夾板損傷問(wèn)題 在樁腿分段合攏時(shí)，因樁腿圍阱圓筒板開(kāi)口自由端處與齒條夾板耐磨板焊肉相碰，導(dǎo)致耐磨板邊緣將齒條夾板劃傷。最早是在右舷

9、樁腿安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題，當(dāng)時(shí)右舷一截樁腿（重約198 ）已安裝，用400 t龍門吊把樁腿吊出后，采用削斜的辦法（將樁腿圍阱的圓筒板自由端間隙擴(kuò)大并對(duì)板邊做削斜處理）解決了此類問(wèn)題。 2.3齒輪及樁齒無(wú)觀察孔及潤(rùn)滑孔 因發(fā)現(xiàn)固樁架上基礎(chǔ)潤(rùn)滑孔和齒輪觀察孔（觀察齒輪磨損情況），筆者提出開(kāi)孔建議，每個(gè)樁腿設(shè)置6個(gè)觀察孔（帶孔蓋和密封防水），并設(shè)有維護(hù)通道和平臺(tái)。經(jīng)廠家及設(shè)計(jì)方論證強(qiáng)度足夠，終被采納。 2.4下限位傳感器報(bào)警 升降調(diào)試時(shí)右舷下限位多次報(bào)警，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)向臺(tái)齒條上有一焊肉碰到了限位器，打磨并重新調(diào)整限位開(kāi)關(guān)的位置，問(wèn)題得以解決。 2.5電機(jī)發(fā)熱 升降過(guò)程中艏樁r2電機(jī)、左

10、樁r3電機(jī)及右樁r2電機(jī)過(guò)熱。原因分析：軸不正而產(chǎn)生的軸向推力，造成對(duì)剎車盤的偏磨，導(dǎo)致剎車打不開(kāi)，新電機(jī)剎車間隙一般為2～2.5 mm。下降時(shí)易產(chǎn)生電機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象，其中左樁r3有兩次升降時(shí)發(fā)熱。解決辦法：①改正軸的位置。②直接更換馬達(dá)和齒輪總成。因左樁r3電機(jī)第一次實(shí)施修正軸的位置沒(méi)有效果，筆者建議廠家采用第二種辦法解決了此問(wèn)題。 2.6樁邊單樁控制裝置 樁邊控制站只能對(duì)升降電機(jī)進(jìn)行剎車操作，缺少單樁升降功能。而根據(jù)《海上移動(dòng)平臺(tái)安全規(guī)則》（1992 版）和《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范》（2005年版）的要求，平臺(tái)升降裝置須具備樁側(cè)操作功能，并設(shè)有能夠停止平臺(tái)體升降系統(tǒng)工作的應(yīng)急切斷開(kāi)關(guān)，

11、為此船東要求升降系統(tǒng)廠家安裝了相關(guān)配件，并實(shí)現(xiàn)了以上功能。 　　3升降操作注意事項(xiàng) 3.1熟悉各種故障狀態(tài) 如果處于報(bào)警和動(dòng)作停止?fàn)顟B(tài)，那么在重新升降作業(yè)前必須搞清故障原因并予以排除。如果電機(jī)過(guò)熱，必須等電機(jī)冷卻下來(lái)后才能重新開(kāi)始升降作業(yè)，故障詳情如表2所示。 3.2注意升船作業(yè)條件 升降平臺(tái)時(shí)，要注意風(fēng)速、波高、海流流速、允許最大可變載荷、正常升船允許單樁腿最大舉升載荷、預(yù)壓載升船允許單樁腿最大舉升載荷以及允許最大可變載荷等諸多條件的要求。要進(jìn)行載荷計(jì)算以確保平臺(tái)重量不超過(guò)平臺(tái)的升降能力，平均分配每個(gè)樁腿所承受的重量，以滿

12、足平臺(tái)在浮態(tài)下對(duì)穩(wěn)性及縱傾、橫傾的要求。 3.3確保設(shè)備完好，救生屬具齊全 平臺(tái)壓排載泵、空氣管、測(cè)深管、海底門、通海閥及各個(gè)手動(dòng)閥應(yīng)保證完好無(wú)損。各艙人孔蓋、閥及海底門均開(kāi)關(guān)正確，不滲漏?；顒?dòng)載荷固定牢固。懸臂梁、深井泵泵架、吊臂、鉆機(jī)游動(dòng)系統(tǒng)、頂驅(qū)等固定可靠。救生艇起放、啟動(dòng)正常，救生筏釋放裝置可靠；冬季防寒救生衣應(yīng)放在易于取用位置；其他救生用具、屬具齊全完好。 3.4保持通訊通暢，做好人員分工 平臺(tái)內(nèi)、外部通訊系統(tǒng)通暢，報(bào)務(wù)員實(shí)行24 h值班。各樁負(fù)責(zé)人做好分工，每樁安排4人負(fù)責(zé)齒輪與齒條等涂抹潤(rùn)滑脂、收緊樁腿陰極保護(hù)系統(tǒng)電纜和巡回檢查。檢查樁腿間隙情況，并與中央控制室保持聯(lián)系，

13、有專人負(fù)責(zé)巡回檢查各電機(jī)溫度。 3.5制定升降應(yīng)急預(yù)案，如有異常按應(yīng)急預(yù) 案執(zhí)行 樁腿值班人員要觀察好齒輪和齒條的嚙合情況；如有異常，及時(shí)向中控室報(bào)告。當(dāng)出現(xiàn)較大的不均勻沉陷和滑移時(shí)，應(yīng)首先停止平臺(tái)的作業(yè)，升降平臺(tái)調(diào)平，但舉升載荷不得大于2 484 t×3，若超過(guò)上述數(shù)值，必須卸載，直到符合上述要求方能進(jìn)行舉升。只有在平臺(tái)處于突然刺穿地層發(fā)生較大傾斜時(shí)的緊急情況下才使用單樁緊急升降負(fù)荷3 312 t。中央控制室有專人負(fù)責(zé)，一旦平臺(tái)發(fā)生傾斜，查明原因后，通過(guò)放水降平臺(tái)高邊措施將平臺(tái)調(diào)平。在插樁壓載過(guò)程中，應(yīng)使三樁腿所承受重量均勻。當(dāng)某一樁腿插入過(guò)快時(shí)，進(jìn)行降平臺(tái)作業(yè)，以減小插樁壓力。 參考文獻(xiàn)： [1] 孫東昌,潘斌.海洋自升式移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究[m].上海:上 海交通大學(xué)出版社,2008.. [2] 潘斌.移動(dòng)式平臺(tái)設(shè)計(jì)[m].上海:上海交通大學(xué)出版社, 1995.