自升式海上风电安装平台管路设计

自升式海上风电安装平台管路设计

刘文林

中核机械工程有限公司浙江嘉兴314300

摘要：随着多年对陆上风电的开发，风电技术逐渐成熟。与之相比，海上风电具有更多优势，但开发的难度也更大。海上风电场通常由一定数量的海上风电机组构成。本文就自升式海上风电安装平台管路设计进行研究分析。

关键词：自升式；海上风电安装平台；管路设计

进入21世纪，全球经济发展对能源的需求越来越大，同时，随着人们生活水平提高，对环保的要求也越来越高。风能是一种清洁可再生的，也是最成熟、最具备大规模商业开发价值的新型能源。

一、管路设计方法

1.综合构思。在生产设计初期，由资深的管路设计工程师，联合电气、舾装、船体等专业设计人员，对大通径管路走向（如通风管、排气管、海水总管等）、主干电缆布置、重要设备摆放进行综合构思，合理分配空间和确定安装工序，避免各区域、各专业人员各自为阵，减少推诿扯皮的现象发生，有利于减少后期的协调工作、提高设计效率。然后，根据综合构思的结果，编制和完善设计方针书、设计指示书和管子原则工艺，明确说明各区域、各系统设计的要点和注意事项，作为指导设计人员管路设计的根本原则，避免走弯路，减少重复修改。

2．过程校审。模型与图纸的校对贯穿整个设计过程，包括日常模型检查、阶段性成果评估和出图前模型评审等步骤，将问题消灭在早期。校审内容涵盖原理性核查、船东船检退审意见落实、布置合理性及干涉检查等等，相关的校审内容形成记录，限期解决，闭环管理，具有可追溯性。

3.订货策略。编制《造船物资订货和定额过程控制管理规定》，对管系材料订货的时机、裕度及方法做出明确说明，建立管系物资订货过程控制流程，便于跟踪和控制订货量和定额量。通过执行该规定，管材预估订货准确率为93．85％，最终汇总订货准确率为98．47％；管子连接件预估订货为93．75％，最终汇总订货准确率为99．04％。

二、管路设计特点和注意事项

与常规船舶设计相比，自升式海上风电安装平台的管路设计具有一些特殊性。本文主要从轻量化管路设计、升降液压管路设计、桩腿桩靴管路设计、应力集中区域管路设计、排气管路设计、载货区域管路设计等方面进行阐述，分别介绍其特点和注意事项。

1.轻量化管路设计。自升式海上风电安装平台对空船重量要求较高，重量控制的好坏直接影响平台的装货能力和顶升性能。在船体、铁舾、管路等方面都需要投入大量精力进行分析和评估。材料选型优化、工艺改进以及管路原理优化对管路轻量化设计作用明显，效果显著。（1）管材优化选型。金属材质的管材在常规船舶中运用最为广泛，但是其管壁较厚、密度较大，同等长度情况下，与其他有色金属及非金属管相比，重量处于劣势。本平台管路设计大量选用塑料管，如灰水系统（PEl00）、黑水系统（PEl00）、供水系统（冷水PEl00，热水PERT），重量约为同等规格钢管的1／10。本平台通过使用塑料管，仅仅管材就可减少重量近6t。需要注意的是，为了避免分段涂装对管材产生破坏，推荐分段涂装结束后总段合拢前安装管子，保护效果良好；管子支架的间距应该根据制造厂退审的工艺进行设置，避免管子振动和弯曲。在成本控制允许的条件下，可优先选用PPR管路，其与PE管相比，刚性大、不易弯曲，可减少支架设置、减轻重量。（2）连接件优化选型。对于一些系统，如油泄放、疏排水、透气管、测深管及CO：系统等，尽量多的选用套管连接。本平台统一选用长度为60mm及100mm两种规格的套管，可满足规范要求，总体上比CB3193—1983《管段连接焊接直通套筒》规定的套管长度短（尤其是DN80及以上的规格）。每一个套管连接，可减少2片法兰、1个垫片和1组紧固件，重量约为法兰连接的1／4。本平台套管总数约1900余个，可减轻重量约10t。（3）管支架工艺改进。在满足船级社规范及工艺要求的前提下，减少支架垫板的使用可有效减轻重量。根据船厂优化工艺，经由船东船检认可后，布置在非水密舱壁及甲板、油舱内部、烟囱区域内部、居住区及其他非重要区域的管路支架均不选用垫板。除此之外，尽量选用组合支架，及利用现有的平台支撑、设备座架作为支架的固定点，可以减少管支架角钢的用量，有利于减轻重量。（4）管路原理优化。管路原理是管路设计的根本，能最大程度的影响管路重量控制。本平台采取了一些行之有效的原理优化，比如：压载系统采用双总管设计，匹配遥控阀；舱底水系统采用单总管设计，贯穿全船；消防水系统采用单总管设计，配三隔离阀等，均可减少管路长度。

2.升降液压管路设计。本平台采用插销式液压升降系统，设计压力31．5MPa。高压管路采用高精密液压无缝管，接头采用ISO标准方法兰及DIN标卡套接头。作为本平台最重要的系统之一，为确保系统的正常运行和后期维护，高压接头必须设置在易于到达的处所并有防溅措施，必要时设置检修平台。液压管路的设计应尽可能直，便于管路的串洗和试压。液压油柜的设置要便于抽吸，油柜内做必要的隔板分离，以确保液压油充分冷却和渣的沉淀。需要注意的是，一般情况下液压管路装平台前试验压力要求为1．5倍设计压力。但是针对插销式液压升降系统管路（包括橡胶软管），《海上移动平台入籍规范》之6．2．5．4要求，制作完工后，应在车间进行液压试验，其试验压力为2倍工作压力。

3．桩腿桩靴管路设计。本平台设置4根桩腿，带桩靴。桩腿截面圆形，桩靴为方形。桩靴分为4个三角形组件和1个圆形筒体组件，最后大组为整体桩靴。桩靴底面和顶面设置若干个喷嘴（上下各两圈），供拔桩时连续喷冲用。平台固桩架底部设洗桩管路，供起桩时冲洗桩腿上的泥沙。管路设计方面应注意以下几点：

（1）对接焊缝位置设定。冲桩管路设计压力为6MPa，根据规范要求为I级管。为避免泄漏问题发生，桩腿桩靴内部的管路采用对接焊，焊接工人必须持有相应船级社认可的证书，所有管子焊接后无损探伤。因桩靴内部结构复杂、空间狭小，焊缝位置设定需要充分考虑焊接和拍片的空间需求。为了减少对接焊缝及方便施工，冲桩管路推行组立阶段片体预装，在中组立阶段完成所有组件内部管子的焊接和无损探伤报验、片体组装后安装合拢管路。需要注意的是，CCS钢规2015年修改通告中要求，通径大于50mm的管材及附件（包括法兰、弯头、三通等）需持有产品证书及工厂认可证书。本平台桩靴内冲桩管路通径均大于50mm，故管材及附件均有产品证书。（2）冲桩喷嘴设计。喷嘴用于在桩靴人泥后，通过高压水形成水刀，冲散包覆在桩靴表面的海泥，从而利于桩腿拔出。为了达到较好的效果，喷嘴的数量须根据桩靴覆盖面积计算，实际安装的数量应不小于计算数量。喷嘴的布置应均匀的分布在桩靴上下表面，分为2根总管。需要注意的是，喷嘴的设计应便于安装且保证强度足够，焊接在桩靴外面的多孔半管，应在冲桩管路系统试压结束后安装。

4.应力集中区域管路设计。以固桩架为例，其用于支撑桩腿顶升，承受整个平台的重量，是船体的强力构件，是平台的关键部位；其多由高强度钢板焊接而成，结构复杂。根据有限元分析结果要求，位于固桩架四周特定范围内为高应力区，高应力区域的船体结构不能破坏。故除用于固桩架区域的液管及高压冲洗管外，其余管子不得经过该区域，不允许有其余的管子开孔。必需设置的管子开孔，需要做足够的补强，经计算后送船级社审核。

自升式海上风电安装平台的研发成功有助于打破国外技术垄断，实现海上风电作业平台的自主研发和国产化。

参考文献：

[1]吴贵勇.海上风电场工程船发展现状及展望[J].船舶物资与市场，2014（1）：27-31.

[2]姚强.海上风机吊装运输船及其吊装方式的研究概况[J].船舶，2014，22（2）：54-61.