海上大型浮式結構系泊鋼纜規范

彭 飛 王 丹

海上大型浮式結構如FPSO依靠系泊系統進行定位，而系泊系統的可靠性對整個船體的安全至關重要，一旦出現問題將造成嚴重的后果。在對我國南海FPSO進行系泊鋼纜檢查時，發現了不同程度的斷絲、磨損和腐蝕等狀況，對于系泊鋼纜損傷的評估國內目前尚無有關規范。因此通過對國外相關標準的解讀，填補國內該方面的空白，對國內系泊鋼纜的標準制定有參照價值。

系泊鋼纜結構

與陸用鋼纜一樣，系泊鋼纜是由多根直徑較細的高強度的鋼纜捻制成股，再由多根繩股圍繞繩芯捻制成空間螺旋形的棒狀柔性構件。目前海上常用的系泊鋼纜的類型主要有：六股結構、多股結構multi strand、螺旋股結構spiral strand，如圖1所示。

六股結構由許多股繞一中心同一方向旋轉形成的鋼纜。每股的數量和鋼纜的股數有6×36，6×42，6×54等。這種鋼纜的結構在張力增加時會產生力矩。

抗反轉類型鋼纜有多股結構和螺旋股結構，多用于永久系泊系統，因為該鋼纜不會產生顯著的力矩，在張力變化時。這兩種鋼纜利用纜的層數或捆數抵抗反方向力來獲得抗旋轉特性。另外，相對于成股的鋼纜來說，螺旋股結構鋼纜具有高的抗腐蝕性，因為該鋼纜暴露于水中的部分更少，海水更難進入到鋼纜的內部。而且半封閉式和全封閉式的鋼纜有更好的抗磨損性。

系泊鋼纜常見問題

圖1 不同類型系泊鋼纜斷面結構

系泊鋼纜在使用過程中會受到惡劣工況的影響，出現各種各樣的問題。常見的有7種損傷形式。

一是斷絲。斷絲的情況在系泊鋼纜中最為常見，主要有末端斷絲、分布式斷絲、局部成股斷絲，如圖2所示。

二是鋼纜直徑改變。鋼纜直徑的變化有減小和增加兩種情況。通過外部的磨損、內部鋼絲和股數的磨損、鋼纜的拉伸和腐蝕，鋼纜直徑會減小，從而減少鋼纜的強度。而鋼纜直徑的增加也應引起重視，因為可能由于鋼纜內部腐蝕造成繩芯的膨脹。

三是磨損。鋼纜外部股線的磨損由導纜器滑輪或硬海底的摩擦造成。特別是在安裝、檢修以及鋼纜在海底拖曳會造成系泊鋼纜的外部磨損。內部磨損是由于鋼纜中的個股和金屬絲之間的摩擦造成的，特別是當它受到彎曲時。缺乏潤滑作用會加劇內部磨損。

四是腐蝕。在海洋環境中腐蝕是無法避免的，腐蝕不僅降低鋼纜的拉斷強度，而且通過產生不規則表面加速其疲勞。外部金屬絲的腐蝕可以直接識別出來，而內部腐蝕需要借助一些探傷設備如漏磁檢測儀進行內部的檢驗。

五是缺少潤滑。適當和充分的潤滑對于抑制鋼纜的內部磨損、腐蝕是非常重要的。圖3顯示了一根喪失內部潤滑的鋼纜。在海洋環境中，無鍍鋅的系泊鋼纜沒有進行潤滑，將在幾個月內嚴重腐蝕加速疲勞失效。

圖2 斷絲的分類

圖4 鋼纜的各種變形

六是變形。鋼纜的扭曲變形，可能導致不均勻的應力分布。常見的鋼纜變形有扭結、彎曲、擦傷、壓皺和壓扁等，如圖4所示。

七是保護層破壞。帶有保護層的各鋼纜在安裝或服役的過程中，由于外力的作用會引起保護層的破壞，內部的鋼絲暴露在海水環境中，將大大加速鋼纜的腐蝕，降低使用壽命。

系泊鋼纜廢棄指導規范

系泊鋼纜在役期間發生如上的情況和問題時，根據一定的指導規范對其進行安全性評估，在超過其允許范圍時要及時更換，以防止更大的風險出現。國外相關的標準及手冊對此做了詳細的規定。

一是分布式斷絲的情況。在一捻距長度可見的斷絲數量達到或超過最低限度則應廢棄，如表1所示。該限度等同于8%的鋼纜橫截面減少或10%的強度降低。

二是鋼纜局部成股斷絲的情況。這種情況下，在一股中相鄰的斷絲數量達到或超過最低限度，如表1所示。該限度等同于3%的鋼纜橫截面減少或17%的該股橫截面的減少。該標準也適用于在一股中某處應力集中損壞。

圖3 缺乏潤滑造成內部金屬絲的磨損

三是鋼纜末端斷裂的情況。該情況下，小于12英寸的鋼纜斷裂數量達到或超過最低限度，如表1所示。該限度等同于3%的鋼纜橫截面減少。

四是磨損和拉伸。取鋼纜三處測得的直徑，平均值是原公稱直徑的94%以下，即使沒有可見的斷絲，也應更換。

五是內部腐蝕和磨損。當鋼纜內部缺少潤滑油且腐蝕和磨損比較明顯時，需要進行更換。若內部潤滑油存在但內部出現一定的腐蝕和磨損時，可以暫時使用，但應在6個月內進行檢查。

六是變形。變形包括扭結、嚴重的彎曲、嚴重的擦傷、嚴重的碾壓、嚴重的壓扁等幾種情況。由于無法對鋼纜變形進行定量規定，需依靠檢查者的經驗和判斷。圖4中給出了鋼纜變形的廢棄情況。

鋼纜的損壞有時是以上的幾種情況在鋼纜的一個地方同時出現。當某一處鋼纜斷絲的數量接近表1，且出現了明顯的外部磨損和腐蝕，則該鋼纜也應該盡快替換。

表1 分布式斷絲標準