自升式海洋平臺的案例
自升式海洋平臺拖航阻力計算分析
摘 要：
在海洋平臺拖航過程中，提前準確計算平臺拖航阻力，選配動力合適的主拖輪，對拖航安全有著十分重要的意義.調(diào)研了各主流船級社拖航阻力的計算公式或推薦方法，以勝利石油工程公司典型自升式海洋平臺為研究對象，進行了CFD/AQWA有限元數(shù)模計算，根據(jù)結果的對比分析，優(yōu)選了適合國內(nèi)海域平臺拖航阻力的計算模型，并提出了適合的拖船選用安全系數(shù).
關鍵詞：拖航阻力;計算模型;有限元;海洋平臺;
海上自升式平臺沒有自航能力，一般采用拖輪進行拖帶作業(yè).拖航前需計算平臺拖航阻力，選擇系柱拖力相當?shù)耐陷?；如果拖航阻力計算不準確，拖輪拖帶能力不足，遇到惡劣海況時無法制衡平臺，可能出現(xiàn)平臺失控的情況.關于拖航阻力計算，目前國內(nèi)一般采用中國船級社(CCS)《海上拖航指南(2011)》“附錄2 海上拖航阻力估算方法”,但該計算模型僅考慮了摩擦阻力、剩余阻力和空氣阻力(風阻力),沒有考慮波浪阻力的影響.在拖航實踐過程中，當遭遇惡劣氣象時，拖輪零拖帶航速的實測拖力與計算阻力有一定差距，該差值甚至超過了拖力儲備值，加大了平臺失控的風險.為解決目前拖航阻力計算方面存在的一些問題，消除拖力不足帶來的平臺失控風險，勝利石油工程公司在充分調(diào)研和了解國內(nèi)外相關研究的基礎上，對平臺拖航阻力計算開展了專題研究.
1 國內(nèi)外規(guī)范算法介紹
平臺拖航距離遠、時間長、救援能力弱，需要充分考慮遭遇突發(fā)惡劣氣象的影響，因此應計算極端氣象海況條件下的拖航阻力，并匹配具備相應拖帶能力的主拖輪，確保拖航過程安全.在國內(nèi)外不同海上組織的標準中，均有對計算拖航阻力環(huán)境條件的要求，具體見表1[1].其中，CCS為中國船級社，DNV為挪威船級社， IMO為國際海事組織， GL為德國船級社，ABS為美國船級社.
展開 定海神針-自升式鉆井平臺
自升式鉆井平臺是海上油田開發(fā)的重要設備之一，可用于鉆井、修井、試油、試采等作業(yè)。自升式鉆井平臺具有定位能力強、作業(yè)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，且相比鉆井船和半潛式鉆井平臺日租金較低，在近海石油開發(fā)中得到廣泛應用。我國共有30多座海上自升式鉆井平臺，占我國移動式鉆井平臺的70%以上。
第一座自升式平臺是1954年制造的“DeLong-McDermott No.1”號。早期的平臺為矩形船體，使用8或12根管型樁腿。由于平臺需要在更深的海水，更惡劣的海洋環(huán)境中工作，所以平臺的設計也在不斷進化，現(xiàn)多采用三角形船體和三個底端帶有樁靴的桁架樁腿。
自升式平臺主要是由一個駁船型船體(上層平臺)和數(shù)個能夠升降的樁腿所組成。這些可升降的樁腿能將船體上升到海面以上一定高度，支撐整個平臺的海上作業(yè)。這種平臺既要滿足拖航移位時的浮性、穩(wěn)性方面的要求，又要滿足作業(yè)時座底穩(wěn)性和強度的要求，以及升降船和升降樁的要求。為適應不同工作水深的需要，須由升降裝置完成升降船和升降樁的工作，并在座底作業(yè)時保持平臺固定位置，在拖航時保持樁腿固定位置。
(1) 樁腿
用以扎入海底，來支撐水面以上的工作平臺，有圓筒形及桁架型兩種鋼結構。圓筒形樁腿一般常用3~4根，其外徑約為2~10m，可采用液壓或氣動進行升降。桁架型樁腿一般為3~4個，每個樁腿是一個桁架，其橫截面可以是三角形或正方形，從中國“南海一號”，“勘探二號”自升式鉆井平臺的桁架型樁腿來看，其三角形橫截面的每邊長度為11.5m，三角形的三個頂點處有三根圓管柱，每根管柱直徑為0.76m，樁腿插入海底8m。桁架型樁腿均采用齒輪齒條，以機械傳動方式進行升降：
（2）平臺主體
它本身就是一個駁船甲板，用以安放各種機械設備。工作時，先由拖輪將其拖至井位。
展開 自升式平臺的疲勞分析
那位做過自升式平臺的疲勞分析？
振華重工自升平臺式碎石鋪設整平船開工
7月20日，上海振華重工為中交第一航務工程局有限公司建造的自升平臺式碎石鋪設整平船正式開工。一航局副總經(jīng)理吳鳳亮出席開工儀式并致辭。一航局總經(jīng)理助理宿發(fā)強、公司副總經(jīng)理張志濤，深中通道管理中心、上海振華重工、中國船級社、一航局和公司相關人員出席了開工儀式。
自升平臺式碎石鋪設整平船是專為深中通道工程研發(fā)的專用船舶，該船集基準定位、石料輸送、高精度鋪設整平、質量檢測驗收功能于一體，其主船體為箱型“回”字結構，總長98.7米，型寬63.3米，型深6.5米，鋪設整平作業(yè)最大水深40米，碎石鋪設整平作業(yè)范圍可達57米×44米，建成后將成為世界上最大的自升平臺式整平船。
該船由上海船舶研究設計院設計，主要用于碎石墊層鋪設作業(yè)，負責鋪設水深10~35米范圍內(nèi)所有沉管管節(jié)的碎石墊層，具有石料拋投和高精度整平作業(yè)能力，集定位測量、水下拋石、淺水整平、質量檢測為一體，在不移動船身的情況下碎石鋪設整平作業(yè)范圍可達57米乘44米。
本船的拋石整平系統(tǒng)分為石料輸送設備和拋石整平設備。石料經(jīng)補料船投入料斗再通過石料輸送設備、多級皮帶機輸送到拋石管中。拋石管安裝在行車上，可隨大車和小車移動，完成規(guī)定行程，將石料鋪設至海底槽床上。拋石整平設備主要由拋石管頭部、拋石管總成、拋石管升降機構、行走大車、行走小車、拋石管及其控制系統(tǒng)與測量系統(tǒng)組成。
沉管基礎整平是海底隧道建設必不可少的關鍵施工工藝，整平船是必不可少的關鍵核心裝備。本船采用了世界領先技術，自動化程度高，施工管理系統(tǒng)先進，施工能力和施工安全性大大增強，施工精度、施工效率也將得到極大地提高，將對我國的水工工程建設產(chǎn)生較大的經(jīng)濟和社會效益。
自升平臺式碎石鋪設整平船是一航局為深中通道工程量身打造的深水碎石基床鋪設核心裝備，預計將于2019年5月31日交船。
來源：國家船舶海工網(wǎng)
展開 
船舶及海洋工程用鋼發(fā)展史
我國首次自主設計建造的3000m深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”所用鋼的強度已達到690MPa；北海油區(qū)海洋自升式平臺固定結構已使用500MPa以上，甚至750MPa高強度鋼，但我國海洋平臺用鋼強度不高、規(guī)格不全、耐腐蝕性能較差、配套工藝不完善等問題，仍限制了我國自主開發(fā)海洋資源的能力。
海工用鋼由于其特殊性，用戶在建造海洋平臺時，除采用船標外，還采用ASTM標準、API以及EN規(guī)范。例如，A517Q、A514Q經(jīng)常用于制造自升式海洋平臺樁腿，EN10025鋼及API 2W、2Y、2Z鋼在海洋結構及海洋風電中應用廣泛。
按照ASTM(美國)、EN(歐洲)、各船級社以及API(美國石油協(xié)會)的規(guī)范或標準來劃分，寶鋼擁有四大系列海洋平臺用厚板產(chǎn)品。寶鋼集團浦鋼公司采用正火工藝開發(fā)了DH36－Z35、EH36－Z35等海洋石油平臺鋼板，各項性能指標均達到相關標準規(guī)范要求。采用調(diào)質工藝試制了屈服強度690MPa高強度海洋平臺用齒條鋼，同時自主研發(fā)的自升式海洋平臺樁腿用最大厚度為178mm的厚板。
舞鋼成功開發(fā)了A、B、D、E、AH32-EH32、AH36-EH36級海洋平臺用鋼和EH40、FH40、E500、E550、E520、E690、A514GrQ和A517GrQ等高強度鋼板。其生產(chǎn)的D36-Z35海工鋼，被用于我國第一個世界級深水項目——位于南海東部1500m深海區(qū)域的“荔灣3－1”氣田中。生產(chǎn)的A514GrQ齒條鋼最大厚度達215mm，比國外最大厚度還超出5mm，解決了自升式平臺升降機構齒條鋼、半圓板國產(chǎn)化的急需。
鞍鋼的鋼板級別涵蓋了普通強度A、B、D、E級和高強度AH32～EH32、AH36～EH36、AH40～EH40級的大線能量焊接用船體及海洋采油平臺用鋼系列，產(chǎn)品最大厚度為100mm，焊接線能量為100kJ/cm。
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我國首次自主設計建造的3000m深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”所用鋼的強度已達到690MPa；北海油區(qū)海洋自升式平臺固定結構已使用500MPa以上，甚至750MPa高強度鋼，但我國海洋平臺用鋼強度不高、規(guī)格不全、耐腐蝕性能較差、配套工藝不完善等問題，仍限制了我國自主開發(fā)海洋資源的能力。
海工用鋼由于其特殊性，用戶在建造海洋平臺時，除采用船標外，還采用ASTM標準、API以及EN規(guī)范。例如，A517Q、A514Q經(jīng)常用于制造自升式海洋平臺樁腿，EN10025鋼及API 2W、2Y、2Z鋼在海洋結構及海洋風電中應用廣泛。
按照ASTM(美國)、EN(歐洲)、各船級社以及API(美國石油協(xié)會)的規(guī)范或標準來劃分，寶鋼擁有四大系列海洋平臺用厚板產(chǎn)品。寶鋼集團浦鋼公司采用正火工藝開發(fā)了DH36－Z35、EH36－Z35等海洋石油平臺鋼板，各項性能指標均達到相關標準規(guī)范要求。采用調(diào)質工藝試制了屈服強度690MPa高強度海洋平臺用齒條鋼，同時自主研發(fā)的自升式海洋平臺樁腿用最大厚度為178mm的厚板。
舞鋼成功開發(fā)了A、B、D、E、AH32-EH32、AH36-EH36級海洋平臺用鋼和EH40、FH40、E500、E550、E520、E690、A514GrQ和A517GrQ等高強度鋼板。其生產(chǎn)的D36-Z35海工鋼，被用于我國第一個世界級深水項目——位于南海東部1500m深海區(qū)域的“荔灣3－1”氣田中。生產(chǎn)的A514GrQ齒條鋼最大厚度達215mm，比國外最大厚度還超出5mm，解決了自升式平臺升降機構齒條鋼、半圓板國產(chǎn)化的急需。
鞍鋼的鋼板級別涵蓋了普通強度A、B、D、E級和高強度AH32～EH32、AH36～EH36、AH40～EH40級的大線能量焊接用船體及海洋采油平臺用鋼系列，產(chǎn)品最大厚度為100mm，焊接線能量為100kJ/cm。
展開 一座Jack-up在大連命名，將光租至中東作業(yè)
近日，大連中遠海運重工有限公司建造的1座自升式鉆井平臺被命名為“智慧引領幸福3”。
“智慧引領幸福3” 號總長約74米，型寬約63米，生活區(qū)可居住120人，是世界先進的高效節(jié)能和環(huán)保安全新型自升式海洋鉆井平臺。該平臺主船體為三角形，配置3根正方形單面齒條桁架樁腿，樁腿下端安裝樁靴，通過樁腿和樁靴立于海床上，適用于印度洋、中東和墨西哥灣等海域。
據(jù)悉，“智慧引領幸福3” 號將以光租的方式拖移至阿布扎比海域進行鉆井作業(yè)。為適應該海域作業(yè)，大連中遠海運重工僅用不到5個月的時間便完成新設備安裝、樁腿切割等多項工程。在切割樁腿過程中，大連中遠海運重工在高度145米處進行掛鉤、110米處進行焊接施工，創(chuàng)下了企業(yè)最高的切割施工紀錄。改裝后的“智慧引領幸福3” 號工作水深為250英尺（76.2米）左右，平臺可升至距海平面100英尺（30.5米）處作業(yè)，鉆井深度超過9000米。
“智慧引領幸福3” 號是大連中遠海運重工命名的第三座super 116E型自升式鉆井平臺，前2座是“智慧引領幸福1”號和“智慧引領幸福2”號，于2016年8月25日同日命名交付。前2座平臺目前正在印度洋西海岸鉆井作業(yè)，據(jù)已統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)顯示，其2017年有效運行時間高達99.7%。
展開 solidThinking Evolve?在海洋牧場建設中的實際應用
概述
自升式多功能海洋牧場平臺是海洋漁業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的新興產(chǎn)物，由 4 條圓柱形樁腿及液壓插銷式升降系統(tǒng)實現(xiàn)平臺升降功能，并且采用了太陽能綠色發(fā)電配合傳統(tǒng)柴油發(fā)電機保障長期不間斷供電。平臺集海洋監(jiān)測、養(yǎng)殖看護、安全環(huán)保、補給加工、休閑垂釣、旅游觀光等 6 大功能于一體，還可以根據(jù)客戶實際需要，不斷豐富平臺的功能，為客戶提供安 全、舒適、健康、豐富的海上體驗。
在以往的設計過程中，設計師們需要用 3D max 進行建模&渲染，雖然最終能夠渲染出滿足客戶需求的效果圖，但設計過程比較復雜，耗費的時間較長，不能夠在最短的時間內(nèi)提供滿足客戶需求的設計方案，因此引入 solidThinking Evolve。
圖 1 為用 Evolve 渲染出的效果圖
圖 2 為已建造完成的海洋牧場平臺照片
2. 海洋牧場平臺設計過程
下面將通過海洋牧場平臺設計的實例，來看看 Evolve 軟件的應用。
2.1 模型創(chuàng)建
Evolve 的建模工具豐富，可以滿足絕大多數(shù)設計需求。在建模過程中需要注意遵循一定的建模思路與原則，保證結構樹的完整性。
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