海洋平臺稱重系統(tǒng)改進(jìn)建議

焦茗 楊麗麗 舒寧華 何飛 溫振威 海洋

摘要：海洋結(jié)構(gòu)物稱重系統(tǒng)的使用對海上平臺及設(shè)備的安裝具有重要意義，但是隨著設(shè)備的頻繁使用和公司業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，稱重系統(tǒng)的一些問題也凸現(xiàn)出來，比如設(shè)備的精度低、軟件設(shè)計不能顯示精度、稱重范圍小等問題，論文中針對上述問題提出了一些改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：海洋結(jié)構(gòu)物稱重改進(jìn)建議

1.前言

1.1確定結(jié)構(gòu)物的重量以及重心的重要意義

海洋石油平臺結(jié)構(gòu)物（或者組塊）的安裝設(shè)計是海上工程的重要一環(huán)，海洋結(jié)構(gòu)物的重量和重心分布是結(jié)構(gòu)物海上安裝的重要控制參數(shù)，準(zhǔn)確的重量和重心位置對選擇浮吊和吊索起決定性作用。

2.系統(tǒng)組成以及稱重過程

2.1基本原理

根據(jù)海洋結(jié)構(gòu)物（主要是海上平臺、導(dǎo)管架、海洋鉆井模塊等）的設(shè)計以及建造的工藝過程和建造時的工況環(huán)境我們采用了液壓頂升稱重的方法。海洋結(jié)構(gòu)物預(yù)制完成后裝船前是稱重的最佳時機，在安裝前我們的設(shè)計人員已經(jīng)給所要稱重的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行了可行性的力學(xué)分析，現(xiàn)場的工人嚴(yán)格按照設(shè)計建造工藝施工，并為稱重做好底架和接觸點，稱重操作人員只是進(jìn)行設(shè)備連接和調(diào)試就可以開始稱重。

2.2系統(tǒng)組成

整個自動稱重系統(tǒng)的同步控制設(shè)計由液壓系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)和軟件計算組成。

2.2.1液壓系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)所采用的主要機械和液壓設(shè)備有：油泵、液壓千斤頂、指針壓力表、針閥、多路通、電磁閥、三通、液壓單向閥和油管油路。

2.2.2工作過程

稱重開始，油泵主供油三位四通電磁閥上升油路打開，液壓油通過多路通，針閥，二位二通電磁閥、單向閥最后進(jìn)入液壓頂下部，在高壓油的作用下將頂頂起，油路中的針閥可以用來調(diào)節(jié)流量，單向閥用于防止意外發(fā)生時的保壓。

在頂升過程中，計算機通過安裝在每個頂上的壓力傳感器計算每個柱腿下的壓力數(shù)值，其計算方法如下：

3.數(shù)據(jù)分析

3.1重量和重心的計算方法

結(jié)構(gòu)物重量的計算方法為：

每個千斤頂?shù)妮d荷=該千斤頂?shù)某袎好娣e×相應(yīng)的傳感器壓力，單位（噸）

每條腿的承載力=作用于該大腿所有千斤頂?shù)妮d荷總和-該大腿的初始重量（注：正式稱重之前，要進(jìn)行調(diào)試，所以管路中存在一定的殘余壓力）

結(jié)構(gòu)物總重量=所有大腿重量的總和，單位（噸）

重心的計算方法為：

重心坐標(biāo)X=（每個大腿的承載力×該大腿的X坐標(biāo)）/總重量單位（mm）

重心坐標(biāo)Y=（每個大腿的承載力×該大腿的Y坐標(biāo)）/總重量單位（mm）

4.西江23-1組塊稱重方案設(shè)計

本次稱重工作的目的是測量出各個測量點的重量，進(jìn)而計算出各個腿柱的重量、結(jié)構(gòu)物的總重量和在指定水平面上的重心。

4.1稱重設(shè)計

1）準(zhǔn)備工作：西江23-1組塊分為東西兩個模塊，稱重過程必須在業(yè)主、第三方、項目組和建造單位的監(jiān)督下進(jìn)行，稱重結(jié)果必須要現(xiàn)場確認(rèn)。

2）現(xiàn)場環(huán)境條件要求：

溫度范圍：-20-60度，經(jīng)過測量已經(jīng)達(dá)到要求。

濕度：0-80%，經(jīng)過測量達(dá)到要求。

風(fēng)速：小于等于11m/s，經(jīng)過測量已滿足要求。

場地支撐滿足要求。

根據(jù)頂升過程的要求，給定如下頂升參數(shù)

HIGH高度：H<=30mm

RATE速度：V<=2mm/min

系統(tǒng)保證稱重精度在1%-2%之間。

3）制定稱重參數(shù)：其各個組塊理論重量見下表。重量的計算是根據(jù)各稱重支撐點的反力進(jìn)行計算的。

4）各個支點的指點反力計算如下表：

5）坐標(biāo)選擇：

先設(shè)定一個點作為坐標(biāo)原點。在稱重程序中選取支撐結(jié)構(gòu)平面內(nèi)一點作為坐標(biāo)原點。

4.2系統(tǒng)安裝方案

稱重設(shè)計完成后進(jìn)行安裝，稱重人員到達(dá)現(xiàn)場后首先確認(rèn)稱重支撐結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)滿足要求，并清理工作區(qū)域，進(jìn)行封閉，安裝液壓系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)，稱重過程需要進(jìn)行三次，如果有必要，需要進(jìn)行一次預(yù)頂升。

5.總結(jié)、存在問題以及改進(jìn)意見

本文敘述了我在實習(xí)過程中通過多次組塊稱重的實踐了解和掌握的稱重系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)組成，與此同時也發(fā)現(xiàn)了一些問題，提出如下改進(jìn)意見。

5.1系統(tǒng)特點

本套稱重系統(tǒng)由液壓同步系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)具有以下結(jié)構(gòu)特點：

1. 系統(tǒng)集成度高。

2. 計算機實現(xiàn)了同步控制。

3. 系統(tǒng)精度基本滿足要求。

4. 環(huán)境適應(yīng)性強。

5. 可靠性高、安全性強。

6. 系統(tǒng)的稱重能力可擴展。

5.2對稱重系統(tǒng)建議

基于對系統(tǒng)的理解和多次稱重的實際操作，我還發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)存在如下問題：

一、 隨著稱重設(shè)備的頻繁使用，設(shè)備各個部件磨損和環(huán)境的不斷影響，設(shè)備的誤差在擴大化。

二、 隨著公司向深水領(lǐng)域的發(fā)展，建造的各種結(jié)構(gòu)物的重量也在不斷的增加，即使精度不發(fā)生變化誤差也可能由原來的幾噸、幾十噸增加到幾百噸。

三、 這使得吊裝方案的選擇還要多考慮幾百噸的誤差，給施工方帶來麻煩甚至產(chǎn)生危險。

四、 隨公司業(yè)務(wù)的發(fā)展現(xiàn)有設(shè)備的稱重能力亟待提高至萬噸以上，并升級軟硬件兼容能力。

五、 軟件設(shè)計中缺少精度分析部分，需要添加。

六、 缺乏管理整個系統(tǒng)的專門人員，對設(shè)備的維護(hù)方面有所欠缺。

建議：

一、 針對結(jié)構(gòu)物重量的不斷增加提出如下改進(jìn)意見：

增加壓縮泵提高壓縮級別，變二級為三級壓縮，選擇能輸出更高壓力的齒輪泵，其輸出壓力可以達(dá)到400bar，提升管路的壓力級別。

二、 對無法顯示精度和誤差范圍的問題，我們要對軟件進(jìn)行升級，原來的軟件是VB5.0，將其升級到VB6.0，增加精度分析模塊。

三、 針對精度誤差問題提出如下意見：1）由重量和重心的計算公式可以看出，重量和重心的計算需要的原始數(shù)據(jù)是壓力傳感器的壓力值、千斤頂?shù)慕孛娣e以及大腿的坐標(biāo)值。在稱重過程中的傳感器系統(tǒng)入如下圖10，在稱重的操作過程當(dāng)中操作人員只是隨手將拉線式位移傳感器固定在了腿支架上了，這樣不能保證垂直度，從而影響了位移精度的測量，造成位移頂升不平的誤差。因此，我們應(yīng)該在操作拉線式位移傳感器時增加測量矯正儀器，保證拉線的垂直盡量減少誤差。2）針對軟件設(shè)計當(dāng)中位移的誤差范圍為0.5mm，我們應(yīng)該修改為更小的誤差值，使得我們在測量的時候更精確。

四、 針對設(shè)備管理方面提出如下建議：1）編制設(shè)備管理規(guī)則和程序；2）成立稱重小組，專門操作該套設(shè)備。

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