海上大型浮式结构系泊钢缆规范

彭 飞 王 丹

海上大型浮式结构如FPSO依靠系泊系统进行定位，而系泊系统的可靠性对整个船体的安全至关重要，一旦出现问题将造成严重的后果。在对我国南海FPSO进行系泊钢缆检查时，发现了不同程度的断丝、磨损和腐蚀等状况，对于系泊钢缆损伤的评估国内目前尚无有关规范。因此通过对国外相关标准的解读，填补国内该方面的空白，对国内系泊钢缆的标准制定有参照价值。

系泊钢缆结构

与陆用钢缆一样，系泊钢缆是由多根直径较细的高强度的钢缆捻制成股，再由多根绳股围绕绳芯捻制成空间螺旋形的棒状柔性构件。目前海上常用的系泊钢缆的类型主要有：六股结构、多股结构multi strand、螺旋股结构spiral strand，如图1所示。

六股结构由许多股绕一中心同一方向旋转形成的钢缆。每股的数量和钢缆的股数有6×36，6×42，6×54等。这种钢缆的结构在张力增加时会产生力矩。

抗反转类型钢缆有多股结构和螺旋股结构，多用于永久系泊系统，因为该钢缆不会产生显著的力矩，在张力变化时。这两种钢缆利用缆的层数或捆数抵抗反方向力来获得抗旋转特性。另外，相对于成股的钢缆来说，螺旋股结构钢缆具有高的抗腐蚀性，因为该钢缆暴露于水中的部分更少，海水更难进入到钢缆的内部。而且半封闭式和全封闭式的钢缆有更好的抗磨损性。

系泊钢缆常见问题

图1 不同类型系泊钢缆断面结构

系泊钢缆在使用过程中会受到恶劣工况的影响，出现各种各样的问题。常见的有7种损伤形式。

一是断丝。断丝的情况在系泊钢缆中最为常见，主要有末端断丝、分布式断丝、局部成股断丝，如图2所示。

二是钢缆直径改变。钢缆直径的变化有减小和增加两种情况。通过外部的磨损、内部钢丝和股数的磨损、钢缆的拉伸和腐蚀，钢缆直径会减小，从而减少钢缆的强度。而钢缆直径的增加也应引起重视，因为可能由于钢缆内部腐蚀造成绳芯的膨胀。

三是磨损。钢缆外部股线的磨损由导缆器滑轮或硬海底的摩擦造成。特别是在安装、检修以及钢缆在海底拖曳会造成系泊钢缆的外部磨损。内部磨损是由于钢缆中的个股和金属丝之间的摩擦造成的，特别是当它受到弯曲时。缺乏润滑作用会加剧内部磨损。

四是腐蚀。在海洋环境中腐蚀是无法避免的，腐蚀不仅降低钢缆的拉断强度，而且通过产生不规则表面加速其疲劳。外部金属丝的腐蚀可以直接识别出来，而内部腐蚀需要借助一些探伤设备如漏磁检测仪进行内部的检验。

五是缺少润滑。适当和充分的润滑对于抑制钢缆的内部磨损、腐蚀是非常重要的。图3显示了一根丧失内部润滑的钢缆。在海洋环境中，无镀锌的系泊钢缆没有进行润滑，将在几个月内严重腐蚀加速疲劳失效。

图2 断丝的分类

图4 钢缆的各种变形

六是变形。钢缆的扭曲变形，可能导致不均匀的应力分布。常见的钢缆变形有扭结、弯曲、擦伤、压皱和压扁等，如图4所示。

七是保护层破坏。带有保护层的各钢缆在安装或服役的过程中，由于外力的作用会引起保护层的破坏，内部的钢丝暴露在海水环境中，将大大加速钢缆的腐蚀，降低使用寿命。

系泊钢缆废弃指导规范

系泊钢缆在役期间发生如上的情况和问题时，根据一定的指导规范对其进行安全性评估，在超过其允许范围时要及时更换，以防止更大的风险出现。国外相关的标准及手册对此做了详细的规定。

一是分布式断丝的情况。在一捻距长度可见的断丝数量达到或超过最低限度则应废弃，如表1所示。该限度等同于8%的钢缆横截面减少或10%的强度降低。

二是钢缆局部成股断丝的情况。这种情况下，在一股中相邻的断丝数量达到或超过最低限度，如表1所示。该限度等同于3%的钢缆横截面减少或17%的该股横截面的减少。该标准也适用于在一股中某处应力集中损坏。

图3 缺乏润滑造成内部金属丝的磨损

三是钢缆末端断裂的情况。该情况下，小于12英寸的钢缆断裂数量达到或超过最低限度，如表1所示。该限度等同于3%的钢缆横截面减少。

四是磨损和拉伸。取钢缆三处测得的直径，平均值是原公称直径的94%以下，即使没有可见的断丝，也应更换。

五是内部腐蚀和磨损。当钢缆内部缺少润滑油且腐蚀和磨损比较明显时，需要进行更换。若内部润滑油存在但内部出现一定的腐蚀和磨损时，可以暂时使用，但应在6个月内进行检查。

六是变形。变形包括扭结、严重的弯曲、严重的擦伤、严重的碾压、严重的压扁等几种情况。由于无法对钢缆变形进行定量规定，需依靠检查者的经验和判断。图4中给出了钢缆变形的废弃情况。

钢缆的损坏有时是以上的几种情况在钢缆的一个地方同时出现。当某一处钢缆断丝的数量接近表1，且出现了明显的外部磨损和腐蚀，则该钢缆也应该尽快替换。

表1 分布式断丝标准