称重水袋在半潜式平台吊机调试中的技术应用
毕华奇 徐亚玲 王君如 薛吉宏 周迎春
摘要：为降低深水半潜式平台海上高空吊机调试报验期间配重物意外坠落的风险，提升调试报验工作效率，对平台2台吊机的调试负载试验技术方案进行改进，采用称重水袋和电子拉力计组合使用代替传统固体配重砝码进行负载试验。为称重水袋加载做了离心泵选型计算并设计了从地面到平台顶层甲板的临时用水管线;将称重水袋与拉力计连接挂钩开始加水，通过读取拉力计的示数控制称重水袋的进水量，以此来控制吊机的试验负载重量;最后，按调试程序测试吊机各项功能，并对试验结果进行分析。试验结果表明，应用的技术方案有效降低了试验操作难度，使得单台吊机负载试验时间缩减近2h，并且极大降低了试验风险，有效节约物料成本，提高了设备的重复利用率，在海上半潜式生产平台、FPSO等海洋工程装备吊机调试试验中具有较高的推广价值。
关键词：称重水袋;吊机调试;负载试验;半潜式平台
中图分类号：TE42
文献标志码：A
文章编号：1009-9492（ 2022） 02-0151-04
0 引言
吊机是海洋半潜式平台的重要设备，陵水17-2气田的深水半潜式生产平台（SEMI） [1-2]配备有2台起重能力为30t的吊机，在吊机调试负载试验时需要将35 t的配重运至平台的顶层甲板。为了降低调试作业风险和操作难度，提高作业效率，对吊机负载的技术方案进行改进与研究。与以往吊机陆地调试工况不同，上部模块与船体大合拢结束后，该半潜式平台成为一个大型浮体靠泊在码头边，顶层甲板离水面的高度达到61m（吃水深度9 m），吊机调试工况变成水上半潜式平台高空吊重作业，负载调试期间配重物意外坠落对人员生命和平台结构造成的危害性巨大[3]，吊机调试不再适合以固体块状为配重砝码进行调试报验工作，因此需要寻找一种安全高效的水上半潜式平台吊机负载调试技术路线。基于上述原因，本文介绍了称重水袋在半潜式平台吊机调试中的技术应用，该技术方案的特点是称重水袋本体重量轻、体积小，便于运输和储存，称重水袋中水的重量作为负载重量，水袋重复利用率高且负载易灵活调整。并且在负载试验中，意外坠落对人员和设备的损害风险低。能够有效解决传统固体砝码在吊机调试中存在的吊重作业风险高、运输储存困难等问题，为今后海上半潜式平台高空吊机调试作业提供了更加安全高效的解决方案。
1 吊机负载调试和称重水袋简介
该平台配备2台基座式吊机，分别位于平台的南北两侧。北侧为电动机液压驱动吊机，南侧为柴油机液压驱动吊机。吊机的主钩的最大起重质量为30 t，副钩的最大起升质量为5t。具体参数如表1所示。
根据《船舶与海上设施起重设备规范》和《海上浮式装置人级规范》，吊机负载试验测试主要包括以下内容。
（1）对吊机主钩和副钩加载。分别在50%、100%安全工作负荷下，对吊机进行缓慢起升、回转和变幅实验，根据负载曲线验证工作半径范围，测试吊机性能。
（2）过载试验。吊机主钩挂35 t（30t +5 t）配重，副钩挂6.25 t（5 tx1.25）配重，在负载安全工作半径内，缓慢起吊配重离地20 cm，静止保持5 min;检查配重是否下滑，卸去负荷，检查吊机结构有无损坏，液压油系统有无渗漏现象。
（3）制动和应急关断测试。当吊钩在最大移动速度时，让控制手柄迅速回到杠杆中心，制动单元能够迅速安全正确地停止;在吊机100%负载试验过程中，进行应急关断功能试验。
（4）手动释放试验。在吊机正常的运行中，停止柴油机运转，进行手动释放功能试验。
称重水袋的工作原理是将水注入水袋中，以水的重力作为负载，负载量的大小通过加注水的量灵活控制，试验用负载的称重水袋主要结构和参数如图1和表2所示。
2 预调试
2.1 风险区域识别与隔离
半潜式生产储卸油平台落物风险主要源自吊机负载试验配重物的意外坠落，风险高发区域主要为船体回形廊结构和主甲板区域[4-5]。本次吊机调试报验作业主要包含如下有坠落风险工况：一是吊机挂载进行回转、变幅、起钩和放钩功能测试;二是负载试验结束后将水袋转到舷边位置悬停释放载荷。图2所示红色覆盖区域为本次吊机调试作业风险区域，试验开始前需提前做好隔离。
2.2 离心泵的选型计算
称重水袋注水需要用离心泵将水输送至70 m高的水袋中，顶层甲板的水袋入水口设为2-2截面，泵所在水平面设为1-1截面，上方压强为101.3 kPa，水的密度1 000 kg/m3，水的黏度μ=0.894 gX10-3 Pa.s。水袋的入水口处为101.3 kPa，水袋入水口高于罐内液面70 m，输送管的直径d=8 cm，水管的进水量Q=10 m3/h，水管长l=112 m，液体流经所有管路的能量损失为∑职，外界做功表示为Wc，重力加速度g=10 m/s2。使用如下伯努利方程计算将水泵入顶层甲板水袋中所需外界功，方程式如下[6]：离心泵的效率估算为30%[7-8]，离心泵的功率应达到14 715.46 W。
2.3 加水管路布置和水袋使用方法
试验所需要的水源来自码头岸边的消防水，通过离心泵加压后经过3寸的临时橡胶软管，将水提升至平台顶层主甲板。
两台吊机分别位于位于平台的南北侧，根据报验当天的顶层甲板施工物料存放情况，选择在乎台主柴油发电机预留区域为水袋的加水操作区域，具体加水临时管线布置和操作区域如图3所示。
在负载试验时，水袋上端需要连接拉力计，水袋与拉力计之间通过高强度弓形卸扣连接，最后通过吊重带与吊机钩头连接，连接方式如图4所示。在加载负荷时，水袋的负载水量通过无线显示器的读数来精确控制，图5所示为拉力计和無线显示器实物。水袋挂好后，连接好注水管路，将水袋吊运至试验区域。
3 负载试验程序
吊机调试须以相关规范和标准为依据[9-12]，并严格执行。
3.1 试验前检查项目
（1）检查作业环境。正常工作风速18 m/s，起重机工作允许的海况：海面状况5-6/SWH2.5 m-4.0 m，起重机允许倾角：2。。
（2）检查吊机系统的机械完工状态，主结构焊缝探伤报告、吊机出厂合格证书等。
（3）检查水袋出厂合格证、拉力计标定证书、水袋外观。
3.2 绝缘测试
（1）测量电机马达冷态、热态（试验结束后）绝缘。
（2）测量并记录空调电机的冷态、热态（试验结束后）绝缘电阻。
3.3 功能测试
（1）操作功能测试：测试仪表、指示灯、开关按钮、操作手柄等功能。
（2）报警功能测试：测试过载报警、柴油机报警、液压油系统报警、限位报警等功能。
（3）关断功能测试：测试柴油机关断、电机关断、液压油系统关断、限位关断、超载关断、紧急关断等功能。
3.4 动力及液压系统油系统试验
（1）检查确认柴油机和电机符合启动条件。
（2）单独启动柴油机、电机，确认转向正确，运行正常。并记录下列数据：柴油机转速，电机转速，柴油机排烟温度，液压油压力，液压油温度，振动频率，噪声值等。
（3）启动6次，确认启动性能满足要求。
（4）检查确认液压油系统符合启动条件，启动柴油机带动液压泵运转10 min，检查确认柴油机、液压系统工作正常无渗漏，记录液压油系统压力。
3.5 负载测试
对吊机主钩和副钩加载，分别在50%、100%安全工作负荷下，对吊机进行缓慢起升、回转和变幅实验，根据负载曲线验证工作半径范围，测试吊机性能。
（1）测试吊臂的变幅性能：测试并记录变幅刹车、变幅限位及报警、吊臂运行的最大/小仰角、角度指示仪、吊臂变幅限位、液压操作控制系统等功能，记录液压油系统压力并检查液压油有无泄漏。
（2）测试吊臂的回转性能：测试并记录回转刹车、最大运行角度及工作半径、液压操作控制系统等功能，记录液压油系统压力并检查液压油有无泄漏。
（3）测试起吊绞车性能：检查主绞车运行情况是否正常，测试并记录主绞车的手动刹车和主吊钩限位装置功能，检查钢丝绳的长度是否足够，测试并记录主吊钩的最大上升、下降速度和主吊鉤的紧急制动功能，记录液压油系统压力并检查有无泄漏。
（4）动作组合试验：变幅加回转二联动，起升加回转二联动，起升加变幅二联动。
主钩负载测试记录如表3-4所示。主钩提升能力测试如图6所示。
3.6 负载转移方法
吊机负载测试包括主钩和副钩的起吊能力测试，本试验中副钩的负载测试重量是5t，主钩的负载测试重量是30 t，通常测试完副钩后，需要将水袋中的水释放空，然后再将水袋挂在主钩重新加水进行负载试验。本文提出一种带载换钩的方法，能够有效提升负载试验的工作效率，如图7所示。具体的实施方法为结束副钩St负载试验以后将水袋半悬在空中，用另一根吊带将副钩上的水袋与主钩连接起来，然后缓慢提升主钩直至力全部转移到主钩，再将副钩的吊带移去，这样就可以直接在原有5t的水袋中继续加水，省去了释放5t负载和重新加5t负载的过程。经试验记录，带载换钩使得单台吊机调试时间缩短2h，有效提高了调试作业效率。
3.7 过载测试
吊机主钩挂35 t（30 t+5 t）配重，在负载安全工作半径内，缓慢起吊配重离地20 cm，静止保持5 min;检查配重是否下滑，卸去负荷，检查吊机结构无损坏，液压油系统无渗漏现象。
副钩挂6.25 t（5 tx1.25）配重，在负载安全工作半径内，缓慢起吊配重离地20 cm，静止保持5 min;检查配重是否下滑，卸去负荷，检查吊机结构无损坏，液压油系统无渗漏现象。
3.8 制动测试
当吊钩在最大移动速度时，让控制手柄迅速回到杠杆中心，制动单元能够迅速安全正确地停止。
3.9 应急关断测试
在吊机100%负载试验过程中，进行应急关断功能试验。
3.10手动释放试验
在吊机正常的运行中，停止柴油机运转，进行手动释放功能试验。
4 结束语
称重水袋负载技术在深水半潜式平台吊机调试中的成功应用，使得调试作业的安全性和作业效率大大提升。负载试验制定了引绳法带载换钩的方案，小钩5t负载试验结束以后，无需将水袋的载荷卸掉，采用引绳法将负载缓慢过渡到主钩，单台吊机调试时间节省近2h，降低了试验成本。称重水袋本体重量轻，体积小，负载量可通过加水量灵活调整，重复利用率高。综上所述，称重水袋负载技术在深水半潜式平台吊机调试中展现出诸多优势，具有良好的推广应用价值。
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