海洋平台称重系统改进建议

焦茗 杨丽丽 舒宁华 何飞 温振威 海洋

摘要：海洋结构物称重系统的使用对海上平台及设备的安装具有重要意义，但是随着设备的频繁使用和公司业务的不断发展，称重系统的一些问题也凸现出来，比如设备的精度低、软件设计不能显示精度、称重范围小等问题，论文中针对上述问题提出了一些改进意见。

关键词：海洋结构物称重改进建议

1.前言

1.1确定结构物的重量以及重心的重要意义

海洋石油平台结构物（或者组块）的安装设计是海上工程的重要一环，海洋结构物的重量和重心分布是结构物海上安装的重要控制参数，准确的重量和重心位置对选择浮吊和吊索起决定性作用。

2.系统组成以及称重过程

2.1基本原理

根据海洋结构物（主要是海上平台、导管架、海洋钻井模块等）的设计以及建造的工艺过程和建造时的工况环境我们采用了液压顶升称重的方法。海洋结构物预制完成后装船前是称重的最佳时机，在安装前我们的设计人员已经给所要称重的结构物进行了可行性的力学分析，现场的工人严格按照设计建造工艺施工，并为称重做好底架和接触点，称重操作人员只是进行设备连接和调试就可以开始称重。

2.2系统组成

整个自动称重系统的同步控制设计由液压系统、计算机控制系统和软件计算组成。

2.2.1液压系统组成

本系统所采用的主要机械和液压设备有：油泵、液压千斤顶、指针压力表、针阀、多路通、电磁阀、三通、液压单向阀和油管油路。

2.2.2工作过程

称重开始，油泵主供油三位四通电磁阀上升油路打开，液压油通过多路通，针阀，二位二通电磁阀、单向阀最后进入液压顶下部，在高压油的作用下将顶顶起，油路中的针阀可以用来调节流量，单向阀用于防止意外发生时的保压。

在顶升过程中，计算机通过安装在每个顶上的压力传感器计算每个柱腿下的压力数值，其计算方法如下：

3.数据分析

3.1重量和重心的计算方法

结构物重量的计算方法为：

每个千斤顶的载荷=该千斤顶的承压面积×相应的传感器压力，单位（吨）

每条腿的承载力=作用于该大腿所有千斤顶的载荷总和-该大腿的初始重量（注：正式称重之前，要进行调试，所以管路中存在一定的残余压力）

结构物总重量=所有大腿重量的总和，单位（吨）

重心的计算方法为：

重心坐标X=（每个大腿的承载力×该大腿的X坐标）/总重量单位（mm）

重心坐标Y=（每个大腿的承载力×该大腿的Y坐标）/总重量单位（mm）

4.西江23-1组块称重方案设计

本次称重工作的目的是测量出各个测量点的重量，进而计算出各个腿柱的重量、结构物的总重量和在指定水平面上的重心。

4.1称重设计

1）准备工作：西江23-1组块分为东西两个模块，称重过程必须在业主、第三方、项目组和建造单位的监督下进行，称重结果必须要现场确认。

2）现场环境条件要求：

温度范围：-20-60度，经过测量已经达到要求。

湿度：0-80%，经过测量达到要求。

风速：小于等于11m/s，经过测量已满足要求。

场地支撑满足要求。

根据顶升过程的要求，给定如下顶升参数

HIGH高度：H<=30mm

RATE速度：V<=2mm/min

系统保证称重精度在1%-2%之间。

3）制定称重参数：其各个组块理论重量见下表。重量的计算是根据各称重支撑点的反力进行计算的。

4）各个支点的指点反力计算如下表：

5）坐标选择：

先设定一个点作为坐标原点。在称重程序中选取支撑结构平面内一点作为坐标原点。

4.2系统安装方案

称重设计完成后进行安装，称重人员到达现场后首先确认称重支撑结构和基础满足要求，并清理工作区域，进行封闭，安装液压系统和测量控制系统，称重过程需要进行三次，如果有必要，需要进行一次预顶升。

5.总结、存在问题以及改进意见

本文叙述了我在实习过程中通过多次组块称重的实践了解和掌握的称重系统的原理和系统组成，与此同时也发现了一些问题，提出如下改进意见。

5.1系统特点

本套称重系统由液压同步系统、计算机控制系统、数据采集系统等组成，系统具有以下结构特点：

1. 系统集成度高。

2. 计算机实现了同步控制。

3. 系统精度基本满足要求。

4. 环境适应性强。

5. 可靠性高、安全性强。

6. 系统的称重能力可扩展。

5.2对称重系统建议

基于对系统的理解和多次称重的实际操作，我还发现了系统存在如下问题：

一、 随着称重设备的频繁使用，设备各个部件磨损和环境的不断影响，设备的误差在扩大化。

二、 随着公司向深水领域的发展，建造的各种结构物的重量也在不断的增加，即使精度不发生变化误差也可能由原来的几吨、几十吨增加到几百吨。

三、 这使得吊装方案的选择还要多考虑几百吨的误差，给施工方带来麻烦甚至产生危险。

四、 随公司业务的发展现有设备的称重能力亟待提高至万吨以上，并升级软硬件兼容能力。

五、 软件设计中缺少精度分析部分，需要添加。

六、 缺乏管理整个系统的专门人员，对设备的维护方面有所欠缺。

建议：

一、 针对结构物重量的不断增加提出如下改进意见：

增加压缩泵提高压缩级别，变二级为三级压缩，选择能输出更高压力的齿轮泵，其输出压力可以达到400bar，提升管路的压力级别。

二、 对无法显示精度和误差范围的问题，我们要对软件进行升级，原来的软件是VB5.0，将其升级到VB6.0，增加精度分析模块。

三、 针对精度误差问题提出如下意见：1）由重量和重心的计算公式可以看出，重量和重心的计算需要的原始数据是压力传感器的压力值、千斤顶的截面积以及大腿的坐标值。在称重过程中的传感器系统入如下图10，在称重的操作过程当中操作人员只是随手将拉线式位移传感器固定在了腿支架上了，这样不能保证垂直度，从而影响了位移精度的测量，造成位移顶升不平的误差。因此，我们应该在操作拉线式位移传感器时增加测量矫正仪器，保证拉线的垂直尽量减少误差。2）针对软件设计当中位移的误差范围为0.5mm，我们应该修改为更小的误差值，使得我们在测量的时候更精确。

四、 针对设备管理方面提出如下建议：1）编制设备管理规则和程序；2）成立称重小组，专门操作该套设备。

参考文献

[1]李栋才.对接接头应力集中系数的有限元分析.西安石油学报，1997，12（1）：30-34

[2]程久欢，陈利，于有生.焊接热源模型的研究进展.焊接技术，2004，33（1）：41-42