氣囊助浮張力腿平臺(tái)出塢可行性分析

永泰長(zhǎng)榮

為了緩解船塢內(nèi)水深不足的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目介紹氣囊助浮張力腿平臺(tái)出塢的具體方案；通過(guò) 校核完整穩(wěn)性說(shuō)明氣囊助浮張力腿平臺(tái)出塢的技術(shù)可行性；對(duì)比氣囊與浮蔭的工程造價(jià)論證其經(jīng)濟(jì)可行性；介 紹氣意助浮的安裝工藝并給出分析結(jié)果。隨著海洋工程結(jié)構(gòu)物的大型化，米用氣囊助浮方或出塢將有良好的 發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞  張力腿平臺(tái)；氣囊；出塢

隨著全世界工業(yè)化、城市化和現(xiàn)代化進(jìn)程的加 快，能源對(duì)全球的發(fā)展已變得必不可少。石油在世 界能源經(jīng)濟(jì)中處于主導(dǎo)地位，各個(gè)國(guó)家正積極開(kāi)采 和爭(zhēng)奪石油。從全球海洋石油和天然氣的分布情況 看，目前全球已經(jīng)探明的海洋石油儲(chǔ)存量的80%以 上在500m 水深以下，而90%以上的海洋面積的水 深在200～6000 m, 因此設(shè)計(jì)和建造深海平臺(tái)迫在 眉睫。張力腿平臺(tái)作為適合深水開(kāi)采油氣的海洋平 臺(tái)之一，是各國(guó)都積極研究和建造的重點(diǎn)。

張力腿平臺(tái)在建造過(guò)程中，由于其噸位較大， 一 般船廠的船塢所允許的最大吃水不能保證其達(dá)到起 浮狀態(tài)。為了使張力腿平臺(tái)順利出塢，可借助氣囊 提供額外的浮力。本文就氣囊助浮張力腿平臺(tái)出塢 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和可行性分析。
1  氣囊的應(yīng)用
船舶采用氣囊下水是一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)[1],具有我 國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。1981年5月， 一艘?guī)资畤嵉拇?利用卷?yè)P(yáng)機(jī)，在由棉帆布做骨架的膠布?xì)饽业妮o助 下成功下水，這開(kāi)啟了氣囊用于船舶下水的新時(shí)代四。隨著氣囊技術(shù)日漸成熟，利用氣囊下水的船 舶的噸位提高了千倍，從幾十噸擴(kuò)大到萬(wàn)噸以上；下 水氣囊的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，從早期的掛膠帆布搭 接發(fā)展成如今的掛膠簾子布整體纏繞成型，其性能 提 高 了 至 少 5 倍 。

實(shí)踐表明，氣囊具有很多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在成本 低、效率高、環(huán)保無(wú)污染、靈活性好和可以重復(fù)利用  等方面。目前，氣囊主要用于船舶下水、船舶修理、 沉箱下水和拖運(yùn)以及海底打撈等領(lǐng)域3。氣囊的  傳統(tǒng)應(yīng)用如圖1所示。



氣囊應(yīng)用于船舶和沉箱


圖 1 氣囊的傳統(tǒng)應(yīng)用
近年來(lái)，隨著海洋工程向大型化發(fā)展，該領(lǐng)域應(yīng) 用氣囊的情況越來(lái)越多。2011年11月，由渤海裝 備遼河重工有限公司建造的 CP300  自升式海上鉆 井平臺(tái)，首次采用超大型氣囊實(shí)現(xiàn)平臺(tái)下水，開(kāi)啟了 氣囊用于海洋工程下水的新時(shí)代口。隨著導(dǎo)管架的 大型化，為了保證結(jié)構(gòu)物浮在水面上，得到所需的儲(chǔ) 備浮力，在設(shè)計(jì)中采用增加氣囊的方式提供浮力。 氣囊在導(dǎo)管架的應(yīng)用如圖2所示。本文重點(diǎn)研究 氣囊應(yīng)用于張力腿平臺(tái)出塢作業(yè)的方案設(shè)計(jì)和可行
性分析。




圖 2 氣囊在導(dǎo)管架的應(yīng)用

將氣囊應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域時(shí)，需要考慮氣囊 的安全性和工藝性，具體情況如下：
(1)安全性。海工領(lǐng)域所使用的輔助氣囊不同 于應(yīng)用在船舶中的下水氣囊，要求氣囊能夠克服水 壓。為確保氣囊能夠不斷地提供浮力，氣囊外部水 壓的最大值應(yīng)該小于其內(nèi)部的工作壓力[。
(2)工藝性。氣囊助浮張力腿平臺(tái)出塢是利用 氣囊充氣產(chǎn)生較大的浮力。為了保證氣囊能夠牢牢 地固定在張力腿平臺(tái)的浮簡(jiǎn)和立柱上，推薦使用在 浮簡(jiǎn)和立柱上安裝專(zhuān)用吊鼻將張力腿平臺(tái)與氣囊連 接。張力腿平臺(tái)出塢后，必須及時(shí)將氣囊與張力腿 平臺(tái)脫離，所以安裝氣囊時(shí)應(yīng)考慮后期在海上如何 方便地將其拆除，應(yīng)設(shè)法使氣囊自動(dòng)脫離張力腿平 臺(tái)，減少潛水員的工作。
2  氣囊助浮方案概述
某公司設(shè)計(jì)的張力腿平臺(tái)：4個(gè)立柱，每個(gè)立柱 高為46.2m, 直徑為17.8 m;4  個(gè)浮筒將立柱連接 起來(lái)，每個(gè)浮簡(jiǎn)高為7m, 寬為9.069 m 。為保證其 正常出塢，要求吃水為17.9 m, 而建造張力腿平臺(tái) 的公司的船塢所允許的出塢最大吃水為13 m, 所以 采用氣囊助浮張力腿平臺(tái)出塢。張力腿平臺(tái)綁扎氣 囊后的3D 模型如圖3所示。

a) 總覽圖




b)  俯視圖主視圖

  
圖 3  綁扎氣囊后的張力膈平臺(tái)



張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)自重約26000 t, 需要配置 92個(gè)氣囊，每個(gè)氣囊長(zhǎng)為20m, 直徑為2 m, 共計(jì)可 以產(chǎn)生近6272 . 7 t 的 凈 浮 力 。