海上升壓站艙壁選材的經濟性分析

佟銘博 陽少雄

摘要：當前，海上升壓站的艙壁均采用瓦楞板，在實際建造過程中不方便施工。加筋板在材料性能上可以和瓦楞板等效，從材料成本、焊接成本、涂裝成本、工藝成本等方面進行分析對比，加筋板更具有經濟性。

關鍵詞：海上升壓站；艙壁選材；經濟性

1 課題背景

海上風電是可再生能源發展的重要領域，是推動風電技術進步和產業升級的重要力量，是促進能源結構調整的重要措施。我國海上風能資源豐富，加快海上風電項目建設，對于促進沿海地區治理大氣霧霾、調整能源結構和轉變經濟發展方式具有重要意義。2014年，中國國家能源局編制了《全國海上風電開發建設方案（20142016）》。在建設方案中指出：開發企業要認真做好海上風電開發建設方案內項目的建設工作，加大資金投入，制定合理工期，在保證施工安全、工程建設質量和可靠性的前提下，有序推進項目建設，要加強科技攻關，推進技術進步和降低成本[1]。

目前，國內設計的海上升壓站均采用瓦楞板作為艙壁。受材料制作、焊接、涂裝、工藝等因素的影響，瓦楞板在實際建造過程中帶來了很多的不便。本文將在材料性能等效的情況下，分析比較加筋板和瓦楞板之間的經濟性。

2 國內概況

我國近海布置的升壓站設計等級均為1級，結構安全等級為1級，結構設計年限為50年，防腐設計為高于25年[2]。根據總裝機容量和海況勘測報告，設計院要綜合考慮風機和升壓站的數量及選位，并考慮海纜路由規劃風場最優送電方案。升壓站將風電場所有集電線路匯集后升壓送出，并作為風電場的現場控制中心，同時也作為風電場的應急避難場所。

海上升壓站結構形式分成下部組塊和上部組塊兩部分。下部組塊為基礎模塊，形式為單樁加過渡段的模式，或者多樁加導管架的模式。下部組塊的樁、過渡段、導管架為主結構，承載了上部組塊全部載荷，上下部組塊間通過灌漿加焊接共同加固。下部組塊的附屬件一般包括登船爬梯、防撞護舷、電纜保護管、犧牲陽極等。上部組塊為功能模塊，設置有主變壓器、GIS、開關柜等升壓控制系統的核心設備，還設置有空調、泵、水箱、發電機、油池、污水處理、吊機等一系列輔助設備。上部組塊的結構由主柱、主梁、立柱斜撐、次梁構成，形成的剛性桿件結構承載了上部組塊設備重量。

附屬結構是鋪板和艙壁，不承載主要載荷，而更多起到了封隔的作用。目前國內已經完工及在建的海上升壓站，其艙壁全部為槽型，也稱瓦楞板。瓦楞板的作用是封閉艙室，使艙室內處于正壓狀態，予以保護升壓站內部的設備，使設備不至受潮濕空氣及風雨侵蝕而影響運轉。

3 材料性能等效分析

3.1 材料單元模型

瓦楞板分成了6.0mm和5.0mm兩種，較厚瓦楞板用在整個升壓站的外圍，較薄瓦楞板用在升壓站內部。其結構形式如圖1和圖2所示。

因為瓦楞板不參與升壓站的主要受力，所以我們用相同剖面模數的加筋板進行等效替代。考慮減小薄板焊接產生的熱變形，并考慮訂貨因素及控制重量，加筋板壁厚選用和鋪板板厚一致的8.0mm。其等效示意圖如圖3所示。

3.2 等效性能計算

材料性能要等效，應具有相同的剖面模數。根據ABS MODU規范，剖面模數SM的計算公式為SM=td2/6+adt/2。其中，t為板厚，d為槽深，a為截面直邊長度，b為截面投影長度，所有單位取毫米[3]。圖4為瓦楞板的單槽截面圖。

通過計算，6.0mm瓦楞板剖面模數為77500mm3，5.0mm瓦楞板剖面模數為33333.33 mm3。這是基本計算單元，即半個槽的剖面模數，而整個槽才是一個力學單元，即找到剖面模數接近且不低于155000 mm3和66666.66 mm3的加筋板去替代。圖5為剖面模數軟件計算結果。

3.3 小結

根據等效性能計算結果，板厚8.0mm、角鋼L100*63*8的加筋板等效于5.0mm瓦楞板；板厚8.0mm、角鋼L140*90*10的加筋板等效于6.0mm瓦楞板。

4 經濟性分析

艙壁選材應考慮材料成本、焊接成本、涂裝成本、工藝成本。本文以中廣核如東海上升壓站項目（以下建成中廣核項目）的工程數據為基礎，從四個角度對瓦楞板和加筋板的經濟性進行綜合分析。

5 小結

通過分析鋼材成本、焊接成本、涂裝成本、工藝成本后，我們把可以量化的統計數據匯總，中廣核項目瓦楞板的成本約85.5萬，等效成加筋板后，成本約68萬元，可節省約17.5萬。加筋板的經濟效益顯著。

6 結論

綜上所述，加筋板對比瓦楞板在材料性能等效的情況下，具有良好的經濟性，施工方便，值得在海上升壓站項目中推廣使用。

參考文獻：

[1]關于印發全國海上風電開發建設方案（20142016）的通知.國家能源局.

[2]變電站總布置設計技術規程DL/T 50562007.

[3]MODU規范.美國船級社.

[4]海上風電場防腐蝕技術規范.中國船級社.