論海洋石油平臺起重機操作控制技術
——起重機操作控制

陳安順

中海石油（中國）有限公司深圳分公司 廣東 深圳 518067

1 海洋石油平臺起重機的基本特性

海洋石油平臺起重機是桁架式吊臂、獨立圓形鋼柱（俗稱將軍柱）固定于設施上的基座吊。吊機上車體可360°左右回轉，在吊臂的幅度范圍內作升降、水平移動的功能。由于受到外部風力、船體搖擺力使回轉受到干擾，操作危險性增大。了解吊機基本結構與回轉系統原理，為操作控制打好堅實基礎。

1.1 起重機結構基本概況

起重機基本結構由金屬結構、工作機構、控制系統為主體組成，金屬結構主體是吊車主要支撐作用，由控制系統控制吊車三大工作機構運行，在一定幅度范圍內垂直起升、變幅、水平移動來實現起重功能為目的，共同組成了起重機的基本構造。①起重機主體金屬結構由起重機下車體、上車體構成。起重機下車體是一根圓形鋼柱（俗稱將軍柱）固定船舶或平臺上，將回轉大齒輪固定在圓柱端口面上，組成回轉基座。圓形鋼柱體是支撐吊機上車體回轉的主要結構，他固定于船體甲板，傾翻安全系數高于移動式起重機。②工作機構系統部分都置于在上車體，包括起升機構、變幅機構、回轉機構。液壓系統主回路、控制回路組成。液壓系統由主回路、控制回路組成。主回路上由液壓油泵、馬達、換向閥、溢流閥、液壓管線等組成，形成對各工作機構運行的主要回路。

1.2 回轉控制功能

回轉系統由液壓油泵輸出動力源傳遞給液壓馬達旋轉，通過減速箱驅動小齒輪轉動，液控換向閥實現回轉換向功能。①回轉剎車的種類分常開式、常閉式和機械鎖定裝置等幾種。常開式回轉剎車是長期處于打開式狀態，根據作業需要手或腳來控制剎車開關。常閉式回轉剎車，即操作回轉時，剎車控制回路得壓，剎車片打開。當手柄回零位，控制油壓失壓，即剎車停止。②常開式剎車作用可用來動態定位，作業短時或長時的制動，是在回轉動態狀態下剎車，停車慣性小。③常閉式剎車是回轉轉動停止，消壓即剎車閉合，可短時間暫停，動作靈敏，容易引起剎車過急，沒有緩沖量，停車慣性較大。

2 起重機操作控制技術

根據海洋石油平臺起重機的特點和對海洋的特殊環境，并經過多年的工作實踐經驗，在運用操作技術、技能方面進行了總結歸納，操作過程中得到有效控制，確保起重機的安全運行。

2.1 起重機結構對吊車穩定性的影響因素

起重機的工況配置對作業環境有一定的要求，是影響操作控制的重要因素，海上作業環境要求對它要求更高，在系統控制原理、吊車性能上更要合理配置。

2.1.1 起重吊機結構配置對吊車的穩定性產生一定的影響。

2.1.1.1 吊臂長度的影響。①起重吊機的吊臂越長幅度范圍越大，對回轉穩定性越不利。②在傾角越小時，即使不吊載荷，力矩變小，回轉穩定性會越差。③吊重時吊臂會產生撓性，使實際的工作幅度偏差，起升力矩也隨之波動，過大的沖擊力使得回轉穩定性變差。

2.1.1.2 吊臂受重物擺動影響，起重吊機在回轉時會產生離心力，使重物內外拋移。①重物向外拋移（相當于斜拉）時，通過起升鋼絲繩使吊臂端部承受水平力的作用，從而增大起重力矩，不利回轉控制。②使用吊臂越長時，起重機操縱回轉時受外界影響過大，要特別慎重，吊臂端部的速度和離心力都很大，力矩增大危險性變得越大。

2.1.2 起重設備外部因素對控制因果關系。

2.1.2.1 吊臂受到風力的影響最大，回轉停止剎車困難[1]。①工作狀態最大風力，一般規定在30節風速時應根據作業任務或司機的操作控制情況來決定應當停止作業。當風速大于35節的速度時必須停止作業。②受順風影響停車時會順著方向滑動，反向來風停車時會向相反方向滑動。③對于大型吊臂，風力的作用很大，如表1可以看出隨著臂長和風速的增加，風載力矩增加很快，風力對吊車回轉的影響越大（如表1）。

表1 臂長、風速、風載力矩關系表（單位：kN/m）

2.1.2.2 吊臂受到船舶搖擺會使得自由擺動。①船舶橫向1度與縱向搖擺0.5度時，吊車回轉受到重心偏移出現前后、左右擺動，橫向超過2度時就難以控制，3度時就必須停止作業。②當船舶搖擺起重機傾斜1°時起重能力要下降7.4%；傾斜2°時，降低14.3%；傾斜3°時，降低19.8%；中心偏移力矩變小，扭矩增大，危險性增大。③在任何急速動態回轉時，停車制動與反車制動都容易損壞設備引起事故。

2.2 操作回轉剎車制動不利因素

①回轉制動是當確認回轉自動平穩停止后所采取的人工手動操作剎車。如果是利用常閉剎車按鈕，增加手動操作，需時間等待回轉自動停穩的狀態下才能執行此操作，在時機上很難控制。②現場風力大較大，船舶搖擺使回轉滑行速度加快，不能立即剎車，難以等待起重機回轉自動停穩想要的中心位置。③如遇時機緊迫，駕駛員就會利用反車制動，這時就會由于滑行速度過快，而突然受相反方向沖擊力的影響，造成設備回轉齒輪、減速箱、液壓馬達嚴重的磨損或損壞。④手動剎不利因素。回轉手剎系統，在其他機構都停止動作時，才能單獨手搖制動。泵油有一個時間過程，而且還要在合適的機會，操作極其不便，協同配合較難。

2.3 回轉控制系統工作原理

根據回轉剎車的結構及原理，由腳踏比例控制閥與單向節流閥調節剎車速度，使回轉腳踏剎車能夠靈活配合其他機構完成操作。

2.3.1 剎車控制回路工作原理：液壓控制系統壓力350psi，提供回轉剎車系統260psi的工作壓力。使用腳控剎車比例控制閥及節流閥導通，梭閥自動關閉手控剎車，回轉剎車停止，松開腳控剎車，壓力回零剎車打開。使用手剎拉動手搖泵，手動剎車回路導通，梭閥關閉腳踏剎車回路，回轉剎車停止，松開手搖泵，壓力回零剎車打開。

2.3.2 腳控剎車操作程序：在轉動操作停止，回轉還在滑行時，通過比例減壓控制剎車速度，觀察壓力表讀數值判斷剎車系統壓力變化。

2.3.3 動態穩定性是起重機主要考慮的方式，當回轉滑動速度過快時，以動態剎車方式把速度控制在合理范圍內。在指定某位置時能平穩停止制動，減少吊機的慣性沖擊力。

2.4 回轉動態剎車操作控制技術

由于風力、搖擺力的影響，回轉剎車難以控制。回轉剎車過急使貨物擺動幅度大難以控制，過慢會錯過機會，打反車時容易磨損或損壞設備，貨物受慣性擺動過大。回轉剎車系統的可操作性將直接影響起重機司機安全操作水平[2]。

2.4.1 提升操作技能水平，有效緩解駕駛員的精神壓力。利用腳動控制回轉動態剎車，從效果上便利于駕駛員控制，要求駕駛員一定要精通技術原理，掌握操作方法，熟練協同配合。

2.4.2 回轉動態剎車起到了安全、高效的作用，在慣性力、風力、油輪搖擺力作用下使回轉自由轉動，通過回轉動態腳剎控制速度，不再間接性打反車，提升設備安全可靠性。駕駛員操作精、準、穩，減少作業時間，提高工作效率。

2.4.3 操作程序簡單，可操作性強。除了起重機自重和載重之外，還需要考慮風力、慣性力、離心力和油輪搖擺力的影響。回轉動態剎車控制對起重機的穩定性起到重要的作用，掌握時機精準，減少手動控制負擔，保證制動方便、快捷，有力保障回轉控制操作。

2.5 穩鉤控制技術

穩鉤是實際操作的重要基本技能之一，是完成每一個吊運工作循環中必不可少的工作環節。所謂穩鉤，就是使搖擺著的吊鉤，平穩地停在所需要的位置，或使吊鉤隨起重機平穩運行的操作方法。

2.5.1 吊鉤擺動的因素分析。物：吊物重量，體積大小，形狀規格；設備：控制有動作滯后性，機械速度，穩定性；人：心理素質，時效性；環境：風力，海況，作業空間。

2.5.2 穩鉤技能要領。三點兩式：三點即定滑輪、鉤頭、船體重心兩式——回轉、變幅；接點控制：左右、前后、上中下；精準發力：速度控制、方向正確；回轉操作與動態腳踏剎車協同配合，掌握時機精準；果斷操作：及時性、連貫性；準確判斷貨物擺動方向，利用動態制動的方式追鉤、穩鉤，使吊裝在合理的操控之中。

2.5.3 穩鉤操作控制。

①乘勝追鉤法：吊鉤來回擺動時：利用回轉或者變幅來追鉤。如果一次追鉤未能完全消除搖擺，可重復動作，直到完全消除擺動為止。②迂回制勝法：當吊物擺幅過大時，待吊物回擺時向相反方向跟車到吊物與中心垂直相交。③先后順序法：當擺動成三點式時，先穩上部，再下部，直到三點在一條線上，再重復乘勝追鉤法操作。④雙向同步法：吊物打圈晃動時，操作回轉左右轉動、同時前后變幅進行追鉤，可參照乘勝追鉤法、迂回制勝法步驟動作要領。⑤甲板止蕩法：在起吊或就位前，吊物有輕微偏離垂直中心時，可以利用甲板或支撐物之間的摩擦，進行自由找中法。⑥動態起吊法：在守護船上起吊時，可根據守護船動態規律，在船體起浮時相向起吊，船體下沉時相向落鉤，保持與吊物垂直中心，防止船體搖擺重心偏離拉拽。

2.5.4 穩鉤操作技術起到了安全、高效的作用。根據起重機的工作特點，貨物的形狀大小、起重量等因素，經常從靜止到快速運動，由快速運動到制動停止。因此，吊物因慣性存在而產生搖擺是客觀存在，吊物搖擺的情況千變萬化。需要采取哪種方式行穩鉤，要根據具體情況，因時、地制宜，綜合采用穩鉤方法，這對穩鉤操作的效果和技術的發揮有著十分重要的意義。駕駛員操作精、準、穩，減少作業時間，提高工作效率。

3 起重機安全操作要領

良好的操作術必須精心掌握所操作吊車設備的工作原理、結構、性能和參數，以及作業時物的屬性特點和作業工藝流程等關鍵性要素應知應會，細心把握設備的狀態變化。海洋石油平臺起重機是特種設備，設備操作要確保吊車的技術狀態和完好狀態，在起重機運行過程中，受到作業條件和環境等因素的限制影響，設備運行狀態可能會由于吊裝作業發生變化而使工作性能下降，這就必須對設備維護保養到位，認真做到“十字”（清理、清潔、潤滑、調整、緊固）作業法，及時處理隨時發生的各種故障問題，改善設備運行條件，防患于未然[3]。充分理解海上吊裝作業的特殊性，掌握海上吊裝的特殊技能，海上吊裝由于海況的影響，一般情況下，供應船和平臺或FPSO都處于搖擺狀態，這就要求吊車操作者利用經驗通過觀察海浪動態情況，抓住時機果斷操作，保證吊裝作業必須在相對穩定的狀態下完成。

設備的異常現象可通過人體第一感官來監控設備：“視”就是用視覺觀察以期發生直觀的缺陷和故障；“聽”就是依靠聽覺感觀發現設備運行狀態、聲音的不同變化就能判斷故障的大概部位；“聞”就是依靠嗅覺檢測設備狀態，各種油路的泄漏、安全電磁閥門線圈以及電路發生過熱短路發出刺鼻異味；“觸”就是通過手感診斷設備的異常狀態，“覺”就是指感覺或感受，操作時會感受到來自各方面的信息，經驗告訴你，哪些正常哪些不正常，當感覺與平時不一樣時，要立刻追根溯源，一查到底。

起重吊機在運行過程中出現故障或一旦失控時，吊機司機應正確判斷緊急狀態的特性并采取得當的應急處置措施，防止措施不當造成惡性循環，在危險狀態下一定要沉著冷靜、化險為夷或盡可能把事故損失降到最低，比如在吊機搖擺幅度過大時起升貨物，最易造成鋼絲繩出槽，在發現吊貨上下不通暢出現異常跳動的現象時，要立即停止起降操作；在情況允許時可放穩貨物后停車查看，防止鋼絲繩被卡，卷揚上的鋼絲繩松亂，如不及時發現處理，最終會導致鋼絲繩被卡拉斷后貨物墜落的重大事故發生；作業過程中安全限位器失效，在做每一個動作時都要確認是否吊車運行狀態與操作時的一致性，如超過極限時要及時查證原因并修正保持在正常工況工作。起吊過程中由于船舶搖擺造成所吊貨物搖擺過大，不能安全放在甲板上時，應急情況下可以把貨物放到水中，穩定后再進行下一步吊裝作業等等。