自升式平台的湿拖航安全性

2012-09-06CCS海工技术中心

中国船检 2012年10期

CCS海工技术中心李凌

国际海事组织（IMO）在其出版的《2009年海上移动式钻井平台构造和设备规则》(以下简称“MODU Code”)中新增了对自升式平台破损残余稳性的要求(3.4.1)，已于2012年1月1日生效。就在新版MODU Code生效前十几天，俄罗斯在役的最大自升式钻井平台之一Kolskaya于2011年12月18日中午在从西勘察加半岛前往库页岛Zyryanskaya海湾湿拖过程中遭遇风暴，最终由于风浪打破舷窗导致平台中部舱室进水沉没。此次自升式平台的倾覆沉没事故再次引起世界范围对自升式平台破损稳性不足所导致的拖航安全问题的高度关注。本文将以IMO新增要求为中心，介绍其产生的背景、特点及影响。

新要求的背景

截止目前，在全球已发生的所有海洋工程装置事故中，自升式平台所占比例最高。在这些事故中，因平台在湿拖过程中遭遇强风暴导致结构受损、舱室进水致使稳性不足最终倾覆沉没的例子占据了较大比例，例如：1976年的Ocean Express、1977年的Ocean Master II、1979年的渤海2号、1983年的Key Biscayne、1988年的Rowan Gorilla I、1989年的Interocean II、1990年的West Gamma、1998年的Mr.Bice以及2011年的Kolskaya等。

通过对这些事故的调查研究，发现在自升式平台湿拖过程中遭遇强风暴的倾覆事故几乎有着相同的发展模式，从拖缆断裂丧失航向控制能力，到主甲板水密完整性丧志、舱室进水最终倾覆。

自升式平台倾覆事故发生的频率之高，尤其是1988年至1990年连续三年共损失了三座平台的惨痛教训，促成了平台拖航安全技术工作组（JSIT）于1991年成立。该工作组由英国卫生与安全管理局（UK HSE）、挪威海事局（NMD）、船级社、油公司、钻井承包商、平台业主、设计公司和船厂等组成。在1991年至1995年间，该工作组做了大量工作，主要包括对以往平台在湿拖过程中发生倾覆事故的调查分析、对当时业界稳性规范标准的研究、及对自升式平台适拖性及风险分析研究等。通过这些研究工作，工作组得到一些重要的结论，一是所有平台在湿拖过程中遭遇风暴导致倾覆均是在破损状态下发生的，而保持完整状态的平台无一倾覆；二是现行完整稳性的标准能使平台很好地抵御强风暴而不致倾覆；三是利用定量风险分析方法确定了平台在湿拖过程中的主要风险因素，提出了降低风险的具体方法，并指出导致设备和主体损坏的最大潜在危险因素是恶劣天气。

1990年，UK HSE提出对平台所有舱室的分舱制定相应要求是提高平台湿拖安全性的有效方法。基于UK HSE提出的观点，美国船级社开展了相关工作以制定出新的稳性标准，他们通过研究发现绝大多数规范标准只关注了因碰撞而导致的平台外围舱室破损的情况，却忽视了导致平台倾覆事故发生的实际直接原因。

统计资料显示自升式平台中部舱室进水才是导致平台稳性急剧下降甚至最终倾覆的直接原因。为此，美国船级社邀请业界相关单位组成了一个委员会，旨在制定出新的规范标准以弥补因对分舱要求不足而导致的规范标准漏洞。委员会成员通过研究发现中部舱室的进水源并非舷侧或底部，而是在主甲板以上，且进水舱室多为中间的操作性舱室而非液舱或空舱。

最终，以主要限制和指导自升式平台中部舱室划分为方向的新要求制定路线被确定下来。通过大量的研究、调查、计算、分析和实验，自升式平台新的破损稳性要求于2004年率先写入美国船级社的移动钻井平台规范，随后于2009年纳入IMO MODU Code。目前，该要求已写入中国船级社、挪威船级社等全球各主要船级社的移动平台规范当中，且均已生效。

新要求的特点

中国船级社《海上移动平台入级规范（2012）》（已于2012年7月1日正式生效）在对IMO新要求充分理解的基础上进一步对其在表达形式上做了更为精炼的总结：

自升式平台在经受任何单个舱室浸水后的剩余稳性应满足下式要求，详见图1：公式中：

RoS——稳性范围，度；

θm——稳性消失角，度；

θs——单个舱室浸水后的静倾角，度。

其中，稳性范围的确定与进水角无关。

图1 新要求对应静稳性曲线示意图

新要求在形式上较简单，但具有鲜明的特点，通过对这些特点的分析，可使我们更加深入地体会和理解新要求的内涵及自升式平台稳性的特点。

新要求以对剩余稳性最小要求的形式来对平台舱室划分提出了要求从而使平台在舱室进水后仍能有足够的稳性来抵抗倾覆。为何要以剩余稳性的形式来做要求而非其他形式？除了剩余稳性还有可以通过对其他因素提出要求来保证平台进水后的稳性，比如：舱室大小、剩余浮力、进水后的初稳性高度等。

原因是这些因素都各自有弊端，单纯地对平台舱室的大小或储备浮力加以限制或要求而不考虑舱室的位置是不科学的，因为可导致平台倾覆的进水舱室体积随着其型心距离平台主体中心越远而越小；同时，对进水后的最小初稳性高度加以要求也不能保证平台的安全，比如当平台中部一个较大舱室进水，平台主体表现出可无明显地倾斜下沉至水面接近平台干舷甲板的程度，由于平台水线面并没有降低而使得平台的初稳性高度很大，但此时平台极易受到风浪的影响而产生倾覆的危险。而对平台剩余稳性加以要求则可以避免这些问题。

新要求中明确了不需要考虑风的影响，这是因为大量的模型试验表明平台倾覆通常朝向来波方向，风倾力矩和平台最终倾覆联系很小，不考虑风的影响还可大大简化计算工作，使新要求更具操作性。

新要求中还明确了不需要考虑进水的影响，这是因为通过水密和风雨密开口进水的情况已经在完整稳性和已有在50节风速下的破损稳性要求中考虑周全，且进水角往往大于剩余稳性的限制。

值得注意的是，新要求虽然主要用稳性特性来限制平台中部舱室的体积，但外围舱室也应满足新要求，这是为了避免一些设计中出现中部舱室的舱壁成为平台船体外壁的一部分的情况。

业界充分认可了原有50节风速下的破损稳性要求对平台主体外围舱室的划分要求，故新要求在对外围舱室的要求方面不宜更加严格，这是一个基本原则，再通过分析对比大量模型试验结果，对试验的保守性和现役自升式平台的使用情况等因素加以综合考虑后，最终拟合出了新要求的最终数学表达式。

新要求的影响

新要求对自升式平台的破损稳性主要产生了两方面的影响：其一，合理、有效、简便地加强了规范标准对自升式平台中部舱室划分的指导；其二，提高了对自升式平台破损稳性的要求。

新要求对自升式平台破损稳性要求的提高最直接的体现是在平台的许用重心高度上，自升式平台的许用重心高度是由完整状态许用重心高度和破损状态许用重心高度合并而成。下面将通过两个实例来说明新要求对自升式平台破损许用重心高度的影响。

在新要求生效后，平台破损状态许用重心高度同样由两部分合并而成，第一部分由原50节风速下的要求确定，第二部分由新要求确定。下两图分别显示了我国建成不久的两座三角形自升式钻井平台（简称J1和J2）的破损许用重心高度曲线，可以看出新要求比原50节风速破损要求所对应的平台许用重心高度在全部设计吃水范围内对于J1降低了2米左右，对于J2降低了2至6米。

图2 J1破损稳性许用重心高度曲线

图4和图5分别显示了J1和J2在新要求下确定许用重心高度的舱室（阴影部分）所在位置示意图，这两个大舱均为中部机械舱室，有此可见新要求对自升式平台中部舱室的划分起到了很大的影响。如果能更加合理地减小这两个舱室的体积，则其对应平台的破损稳性许用重心高度将会有所提升，即在平台实际重心高度不变的前提下，将提高平台的抗倾覆能力。