海上升压站舱壁选材的经济性分析

佟铭博 阳少雄

摘要：当前，海上升压站的舱壁均采用瓦楞板，在实际建造过程中不方便施工。加筋板在材料性能上可以和瓦楞板等效，从材料成本、焊接成本、涂装成本、工艺成本等方面进行分析对比，加筋板更具有经济性。

关键词：海上升压站；舱壁选材；经济性

1 课题背景

海上风电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。我国海上风能资源丰富，加快海上风电项目建设，对于促进沿海地区治理大气雾霾、调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。2014年，中国国家能源局编制了《全国海上风电开发建设方案（20142016）》。在建设方案中指出：开发企业要认真做好海上风电开发建设方案内项目的建设工作，加大资金投入，制定合理工期，在保证施工安全、工程建设质量和可靠性的前提下，有序推进项目建设，要加强科技攻关，推进技术进步和降低成本[1]。

目前，国内设计的海上升压站均采用瓦楞板作为舱壁。受材料制作、焊接、涂装、工艺等因素的影响，瓦楞板在实际建造过程中带来了很多的不便。本文将在材料性能等效的情况下，分析比较加筋板和瓦楞板之间的经济性。

2 国内概况

我国近海布置的升压站设计等级均为1级，结构安全等级为1级，结构设计年限为50年，防腐设计为高于25年[2]。根据总装机容量和海况勘测报告，设計院要综合考虑风机和升压站的数量及选位，并考虑海缆路由规划风场最优送电方案。升压站将风电场所有集电线路汇集后升压送出，并作为风电场的现场控制中心，同时也作为风电场的应急避难场所。

海上升压站结构形式分成下部组块和上部组块两部分。下部组块为基础模块，形式为单桩加过渡段的模式，或者多桩加导管架的模式。下部组块的桩、过渡段、导管架为主结构，承载了上部组块全部载荷，上下部组块间通过灌浆加焊接共同加固。下部组块的附属件一般包括登船爬梯、防撞护舷、电缆保护管、牺牲阳极等。上部组块为功能模块，设置有主变压器、GIS、开关柜等升压控制系统的核心设备，还设置有空调、泵、水箱、发电机、油池、污水处理、吊机等一系列辅助设备。上部组块的结构由主柱、主梁、立柱斜撑、次梁构成，形成的刚性杆件结构承载了上部组块设备重量。

附属结构是铺板和舱壁，不承载主要载荷，而更多起到了封隔的作用。目前国内已经完工及在建的海上升压站，其舱壁全部为槽型，也称瓦楞板。瓦楞板的作用是封闭舱室，使舱室内处于正压状态，予以保护升压站内部的设备，使设备不至受潮湿空气及风雨侵蚀而影响运转。

3 材料性能等效分析

3.1 材料单元模型

瓦楞板分成了6.0mm和5.0mm两种，较厚瓦楞板用在整个升压站的外围，较薄瓦楞板用在升压站内部。其结构形式如图1和图2所示。

因为瓦楞板不参与升压站的主要受力，所以我们用相同剖面模数的加筋板进行等效替代。考虑减小薄板焊接产生的热变形，并考虑订货因素及控制重量，加筋板壁厚选用和铺板板厚一致的8.0mm。其等效示意图如图3所示。

3.2 等效性能计算

材料性能要等效，应具有相同的剖面模数。根据ABS MODU规范，剖面模数SM的计算公式为SM=td2/6+adt/2。其中，t为板厚，d为槽深，a为截面直边长度，b为截面投影长度，所有单位取毫米[3]。图4为瓦楞板的单槽截面图。

通过计算，6.0mm瓦楞板剖面模数为77500mm3，5.0mm瓦楞板剖面模数为33333.33 mm3。这是基本计算单元，即半个槽的剖面模数，而整个槽才是一个力学单元，即找到剖面模数接近且不低于155000 mm3和66666.66 mm3的加筋板去替代。图5为剖面模数软件计算结果。

3.3 小结

根据等效性能计算结果，板厚8.0mm、角钢L100*63*8的加筋板等效于5.0mm瓦楞板；板厚8.0mm、角钢L140*90*10的加筋板等效于6.0mm瓦楞板。

4 经济性分析

舱壁选材应考虑材料成本、焊接成本、涂装成本、工艺成本。本文以中广核如东海上升压站项目（以下建成中广核项目）的工程数据为基础，从四个角度对瓦楞板和加筋板的经济性进行综合分析。

5 小结

通过分析钢材成本、焊接成本、涂装成本、工艺成本后，我们把可以量化的统计数据汇总，中广核项目瓦楞板的成本约85.5万，等效成加筋板后，成本约68万元，可节省约17.5万。加筋板的经济效益显著。

6 结论

综上所述，加筋板对比瓦楞板在材料性能等效的情况下，具有良好的经济性，施工方便，值得在海上升压站项目中推广使用。

参考文献：

[1]关于印发全国海上风电开发建设方案（20142016）的通知.国家能源局.

[2]变电站总布置设计技术规程DL/T 50562007.

[3]MODU规范.美国船级社.

[4]海上风电场防腐蚀技术规范.中国船级社.