DQZHAN技術(shù)訊：CCS對(duì)海上風(fēng)電安裝船入級(jí)的技術(shù)要求

海上風(fēng)力發(fā)電作為無(wú)污染的可再生能源開(kāi)發(fā)，因其具有更好的風(fēng)能條件，不涉及土地征用問(wèn)題，不會(huì)造成大氣污染, 環(huán)保價(jià)值可觀等優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)的普遍高度重視，近年來(lái)發(fā)展非常迅速。

那么當(dāng)前海上風(fēng)電安裝船現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)如何？中國(guó)船級(jí)社對(duì)海上風(fēng)電安裝船有哪些入級(jí)的相關(guān)技術(shù)要求？中國(guó)海上安裝船產(chǎn)業(yè)發(fā)展還需從哪些方面補(bǔ)強(qiáng)？

1海上風(fēng)電安裝船的入級(jí)規(guī)范體系及法定要求

目前海上風(fēng)電安裝船主要為自升式，船級(jí)社對(duì)此類(lèi)設(shè)施入級(jí)劃歸到海上結(jié)構(gòu)物入級(jí)范疇，因此要遵循海洋工程的相關(guān)規(guī)范體系。中國(guó)船級(jí)社（CCS）要求海上風(fēng)電安裝船入級(jí)應(yīng)滿(mǎn)足CCS船級(jí)社自己的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)體系，主要包括《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》、《材料及焊接規(guī)范》、《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》及《海上風(fēng)機(jī)作業(yè)平臺(tái)指南》等；中國(guó)籍的海上風(fēng)電安裝船還應(yīng)滿(mǎn)足公約、法規(guī)要求，主要包括IMO頒布的《海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則》、《國(guó)際海上人命**公約》、《國(guó)際防止船舶造成污染公約》、《國(guó)際載重線公約》等以及中國(guó)海事局頒布的《海上移動(dòng)平臺(tái)**規(guī)則》、《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》等。海上風(fēng)電安裝船的設(shè)計(jì)、建造過(guò)程經(jīng)檢驗(yàn)滿(mǎn)足上述入級(jí)規(guī)范后，中國(guó)船級(jí)社簽發(fā)《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)證書(shū)》；同樣，海上風(fēng)電安裝船的設(shè)計(jì)、建造過(guò)程經(jīng)檢驗(yàn)滿(mǎn)足上述公約、法規(guī)后，中國(guó)船級(jí)社代表海事局簽發(fā)《海上移動(dòng)平臺(tái)**證書(shū)》、《國(guó)際噸位證書(shū)》、《國(guó)際載重線證書(shū)》、《國(guó)際防油污證書(shū)》、《國(guó)際防生活污水證書(shū)》、《國(guó)際防空氣污染證書(shū)》、《防止船舶垃圾污染檢驗(yàn)證明》、《國(guó)際防污底系統(tǒng)符合證明》等法定證書(shū)。

2海上風(fēng)電安裝船的入級(jí)符號(hào)說(shuō)明

入級(jí)符號(hào)是平臺(tái)主要用途、功能及特性的表述，具有強(qiáng)制性。平臺(tái)的主體（包括設(shè)備）和機(jī)械（包括電氣設(shè)備）符合船級(jí)社規(guī)范或等效規(guī)定，船級(jí)社將授予相應(yīng)的入級(jí)符號(hào)與附加標(biāo)志。中國(guó)船級(jí)社對(duì)入級(jí)符號(hào)和附件標(biāo)志規(guī)定如下：

（1）入級(jí)符號(hào)：★ CSA或★ CSA

★ CSA表示平臺(tái)的結(jié)構(gòu)與設(shè)備由中國(guó)船級(jí)社審圖和建造中檢驗(yàn)，并符合規(guī)范的要求；

★ CSA表示平臺(tái)在建造時(shí)不是由中國(guó)船級(jí)社按照其規(guī)范進(jìn)行檢驗(yàn)，其后經(jīng)中國(guó)船級(jí)社進(jìn)行檢驗(yàn)認(rèn)為其符合規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，此一般指建造后轉(zhuǎn)級(jí)平臺(tái)。

（2）附加標(biāo)志是指描述平臺(tái)類(lèi)型、用途、特殊特征、航區(qū)限制以及其他含義的1個(gè)或1組標(biāo)志。附加標(biāo)志中除表示平臺(tái)類(lèi)型和用途的符號(hào)外，其他附加標(biāo)志均為業(yè)主根據(jù)需求自愿進(jìn)行申請(qǐng)，并經(jīng)中國(guó)船級(jí)社檢驗(yàn)確認(rèn)后授予。

海上風(fēng)力安裝船的入級(jí)符號(hào)和附加標(biāo)志應(yīng)按上述次序填入入級(jí)證書(shū)。例如：由CCS按其規(guī)范檢驗(yàn)的自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)，設(shè)計(jì)用于近海航區(qū)的海上風(fēng)機(jī)安裝、維修，帶有DP系統(tǒng)，設(shè)有直升機(jī)甲板，起重設(shè)備滿(mǎn)足CCS規(guī)范要求，其入級(jí)符號(hào)和附加標(biāo)志表示如下：

★CSA Self-elevating Offshore Wind Turbine Service Unit, DP-1，HELDK，Lifting Appliance，Service Area Restricted(Greater Coastal Service In China)。

3海上風(fēng)電安裝船的技術(shù)要點(diǎn)

本節(jié)主要以目前常見(jiàn)的自升式風(fēng)力安裝船為例，論述中國(guó)船級(jí)社入級(jí)規(guī)范對(duì)其設(shè)計(jì)的技術(shù)要求要點(diǎn)。區(qū)別于傳統(tǒng)的自升式鉆井平臺(tái)，自升式風(fēng)力安裝船重量較輕，插拔樁頻繁，升降速度較快，船尾設(shè)置大功率的起重機(jī)，對(duì)平臺(tái)的站立穩(wěn)性要求較高，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備布置等方面具有自身特點(diǎn)，詳細(xì)分析如下：

（1）樁腿設(shè)計(jì)

樁腿數(shù)量及結(jié)構(gòu)形式的選擇要綜合考慮作業(yè)水深、作業(yè)能力、船體結(jié)構(gòu)形式、船體尺寸等因素，需平衡各種因素，通過(guò)*終的結(jié)構(gòu)分析確定。一般對(duì)于海上風(fēng)電安裝船，樁腿數(shù)量為4根到6根，一般都為圓柱形結(jié)構(gòu)形式樁腿。樁腿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)需考慮如下工況：①拖航/自航工況。CCS《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》中規(guī)定，自升式平臺(tái)遠(yuǎn)洋或油田內(nèi)遷移時(shí)，應(yīng)考慮由于船體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的搖擺慣性力及傾斜角度，并校核上固樁楔塊處的樁腿強(qiáng)度；②站立工況。規(guī)范中規(guī)定，在正常作業(yè)和風(fēng)暴自存工況下，考慮平臺(tái)重量、風(fēng)浪流外載荷作用下的樁腿強(qiáng)度，尤其是位于下固樁楔塊處的樁腿強(qiáng)度；③預(yù)壓、升船及拔樁工況。此工況一般不是控制工況，但在極端不利條件下也應(yīng)進(jìn)行考慮。

（2）樁靴設(shè)計(jì)

樁靴的大小、形式選擇對(duì)海上風(fēng)電安裝船的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，因?yàn)閷?duì)于此類(lèi)施工裝備，要求作業(yè)效率高，插拔樁迅速，因此插樁不易過(guò)深，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際作業(yè)海底地質(zhì)條件確定樁底壓強(qiáng)，并綜合考慮各種因素確定樁靴形狀、大小。依據(jù)規(guī)范要求，樁靴的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足如下工況：① 預(yù)壓工況：預(yù)壓載荷同心分布*初接觸到完全灌入一系列可能的接觸面積上；② 作業(yè)和自存工況：*大樁腿反力、樁腿下導(dǎo)向處彎矩的50%和水平載荷疊加作用于樁靴；③ 特殊工況：樁腿*大垂直反力作用于50%的樁靴底部面積。

（3）船體設(shè)計(jì)

海上風(fēng)電安裝船的船體類(lèi)似平板駁船，長(zhǎng)寬比值較大，但在船體上設(shè)置有穿過(guò)樁腿的圍阱結(jié)構(gòu)區(qū)域，站立作業(yè)狀態(tài)防止有過(guò)度的中垂。一般設(shè)計(jì)時(shí)首先確定甲板載荷分布圖，根據(jù)規(guī)范公式初步確定船體各部分結(jié)構(gòu)尺寸（板厚、型材大小等），然后通過(guò)有限元直接計(jì)算確定船體整體強(qiáng)度是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。依據(jù)規(guī)范要求，船體總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析主要工況包括：① 拖航/自航工況：分析船體在漂浮狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，尤其是固樁區(qū)域在樁腿搖擺作用下的強(qiáng)度；② 站立工況：分析船體在正常作業(yè)和風(fēng)暴自存工況下的強(qiáng)度，此工況一般為控制工況；③ 預(yù)壓、升船及拔樁工況：預(yù)壓和拔樁工況有時(shí)也較為危險(xiǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際預(yù)壓和拔樁設(shè)計(jì)進(jìn)行船體強(qiáng)度分析。

除上述的船體整體強(qiáng)度設(shè)計(jì)外，還應(yīng)考慮船體局部強(qiáng)度，主要包括大型設(shè)備底座，如吊機(jī)底座、主機(jī)基座等，升降圍阱區(qū)域，直升機(jī)甲板等。此外，船體設(shè)計(jì)還應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范中的拖航穩(wěn)性、站立穩(wěn)性等相關(guān)要求。

（4）升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)

升降系統(tǒng)的**可靠是海上風(fēng)電安裝船**作業(yè)的保證。目前自升式平臺(tái)的升降裝置有多種形式，包括電動(dòng)齒輪齒條式、液壓油缸頂升式、鋼絲繩式等，都各自有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)。電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)技術(shù)成熟，升降速度快，效率高，但由于頻繁升降，齒輪、齒條的疲勞壽命會(huì)影響到平臺(tái)的使用年限；鋼絲繩式升降系統(tǒng)也有實(shí)際工程案例，但在**性、可靠性及使用效率上尚存有疑慮，因此并不能被廣泛采用。因此目前在海上風(fēng)電安裝平臺(tái)上使用較多的是液壓油缸頂升式升降系統(tǒng)。

依據(jù)規(guī)范，液壓油缸頂升式升降系統(tǒng)應(yīng)考慮插銷(xiāo)設(shè)計(jì)、環(huán)梁設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等；電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)應(yīng)考慮齒輪、齒條強(qiáng)度設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軸承強(qiáng)度、升降室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。此外，還應(yīng)考慮升降裝置公差設(shè)計(jì)、升降系統(tǒng)在船體上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、升降裝置與圍阱裝配公差等。

（5）吊機(jī)底座設(shè)計(jì)

用于海上風(fēng)電安裝船上的起重機(jī)吊重較大，一般應(yīng)根據(jù)吊重能力確定吊機(jī)底座位置、形式、與船體的連接形式等，并著重考慮吊機(jī)底座的焊接設(shè)計(jì)、吊機(jī)底座的屈服、屈曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及吊機(jī)底座支撐肘板的疲勞設(shè)計(jì)等，具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求可參照CCS《船舶和海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》中關(guān)于起重機(jī)底座及支撐結(jié)構(gòu)部分。

（6）穩(wěn)性設(shè)計(jì)

海上風(fēng)電安裝船的穩(wěn)性要求可分為漂浮穩(wěn)性和站立穩(wěn)性。此類(lèi)海上風(fēng)電安裝船一般干舷較小，且艙室布置較為集中，穩(wěn)性分析時(shí)尤其要注意滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)平臺(tái)的完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性要求。站立穩(wěn)性分析時(shí)要考慮舷外起吊和環(huán)境載荷方向一致時(shí)對(duì)其*不利的影響，且傾覆力矩應(yīng)計(jì)及動(dòng)力放大效應(yīng)和P-Delta效應(yīng)。具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求可參照CCS《海上風(fēng)機(jī)作業(yè)平臺(tái)指南》中的關(guān)于穩(wěn)性部分。

（7）其他部分設(shè)計(jì)要求

其他部分的設(shè)計(jì)要求，包括機(jī)電設(shè)備、防火、消防、救生、信號(hào)等，和常規(guī)自升式平臺(tái)并無(wú)區(qū)別，在此不再贅述，具體可參考CCS相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。