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我在荷兰的海工技术公司干了些什么?

2021-8-15 15:50| 查看: 1312| 评论: 1

前言

在荷兰,博士毕业答辩的时候,通常需要在毕业论文的首页夹上一张纸,纸上面需要写一些主张(proposition)。这些主张可以和你的论文毫不相干,它所要展示的是你在读博期间的一些感悟和看法,对学术界的提议或者观点。比如有人会写,兼职读博士是一个很糟糕的决定,现如今的绝大多数博士论文是没有意义和价值的,等等。

我前段时间去了一个即将博士毕业的朋友家里吃饭,他说让我帮他想一个主张。我沉思良久(29秒)说,从人类发展的角度来说,人的寿命是有限的,而知识的增长看起来是无限的,学科会分的越来越细,交叉学科又使得人们需要学习多个学科,总有一天人类的寿命将无法承载它所需要的知识。唯一缓解的办法就是让知识简单化共享化。所以本着以上观点,我试着用当代人类语言来介绍一下我在荷兰做工程咨询所遇到的一些有意思的东西

正文

在海洋工程上,一般分为结构分析和水动力分析。结构分析就是分析船舶的结构强度,看看施工过程中哪些需要结构加强,哪里有应力集中,什么情况下会疲劳失效等等。而水动力分析就是分析船在施工过程中,在有波浪的情况下是如何运动的,会不会影响施工。

不同于陆上起重机,工程船是会受波浪影响运动的,对于一些安装工程,你动的幅度大了就会发生磕碰,或者是船一动,就导致货物有加速度,缆绳动态承受的力远大于静态受力,超过受力范围就崩了呗。所以对于欧洲这边的海工企业,在项目开始前大部分会做个水动力分析,看看多大的浪是安全的。一是保证了安全,二是提高了作业效率,缩短作业窗口期(比如海洋监测部门预测10点到11点浪高从3米下降到2米,而2米是可以作业的),这样就会提高利润。

这些水动力分析主要有海上起重(拆卸)、海上运输、海底勘探、铺管(管路替换)、系泊、概念设计、风机安装、SSA、船舶响应RAO的计算以及一些意想不到(好玩)的项目。我除了SSA和一些特别的项目,其它的基本都做过。本文只是一个有关海工水动力分析的大概介绍,不会涉及计算方法和公式,因为写了也没人看。

海上起重(拆卸)

海底石油的开采一般用海洋平台(固定的,张力腿的,浮式的就FPSO了),一般开采一片油田需要打好多口井,这些井通过管路连接到一个海洋平台。当石油抽完了,平台就该拆了回收卖废铁了。

知识点补充一下,之前分析过一个海洋平台封井的项目,油井不用了之后会在井里注入一些液体(直接灌海水吗?这里不懂)将井内残留的东西进行分层,上层是乙二醇,下面有杂质和卤水,然后把这些废水抽到船里带走,避免环境污染。这个抽井的过程就是我分析过的一个项目,看看这个浮管在海里运动时的受力,一般分为浮管抽和沉管抽。
说多了,回到起重上,平台被割开然后用起重船吊起,之后要么浮吊船吊着运走,要么是用个驳船拉走。一般起吊在空中最高处是最危险的情况,我们就分析这种情况下几米高的浪是安全的,同时尽可能的提高安全工况。
安装和拆卸有时候是一块一块的,因为太大了。如果不能拆开运走,可能就需要双船起重了,就像船厂里的双龙门吊起重,原有的安全系数上可能再乘个0.8或者更低。一般双船起重需要船级社特别认可。浪大点悠起来可不是闹着玩的,所以最近的Scadish那个双船起重几乎是在风平浪静的情况下完成的,那还分析个锤子。

系泊分析

我只分析过四条锚链的(悬链线),公司还做过6条的、8条的以及12条的。翻看以前做过的项目还有软钢臂系泊(Soft yoke),悬链锚腿系泊浮筒(CALM Buoy)。


左边是CALM,右边是软钢臂系泊

软钢臂系泊这个装置有点像万向节,既能左右动,又能上下动。船绕着这个装置的中心做旋转,转成迎浪的状态。因为船在迎浪的状态下是最不容易倾覆的,而且运动幅度会小。

这种单点系泊的项目(软钢臂系泊,悬链锚腿系泊浮筒)一般分析疲劳,锚链的分析受力(因为市场上大部分的锚只能承受水平力,垂直力大了就脱锚了,不过也有那种水平和垂直能承受很大力的锚)。再就是根据船级社要求需要分析如果断了一根锚链的受力情况。像这种项目大部分都是中东的,因为人家有油,无论是设计还是校核。

风机安装

这个其实算起重里,不过最近这玩意特别火就单拿出来了。先说我做过的一个德国项目,在海上弄了一片风场,租了荷兰的工程船帮它安装,和以往不同,主机和桨叶先在船上预安好,然后整体吊到底座上。项目用的是半潜船,也就欧洲这边用的多,剩下大部分是自升式平台站稳了往上吊。钱多的可以用半潜平台,DP系统啥的能不贵吗,而且还不稳,所以需要分析一下。由于有晃动,风机的引擎主机下面要安个引导装置,然后看看这玩意和筒子磕碰的力有多大以及缆绳受力,风机叶片和吊机的间距等等。

补充:半潜平台和普通的船比可太稳了,波浪周期在8s以下的浪也就让船上下运动几厘米。估计小的浮吊船是达不到这个效果了。另外选择什么船去安也跟水深有关,自升可能也就在一百米水深内好使。

SSA(现场特定位置分析)

上面提到除了用半潜平台或者浮吊船安装风机,其实自升式平台也可以。与另外两个不同,自升式平台比较稳,基本不受海浪影响,但它仍然要进行施工前的分析。比如根据规范,平台高出水平面的距离是有要求的,平台腿一般不能插在之前的孔中,平台腿在深入泥土之前是有滑移的,这个滑移的量和受力也是要分析的,还有就是平台在极限载荷下的载重等等。由于不同的海域有不同情况的泥土和风浪,所以这种分析就叫现场特定位置分析。其实如何模拟泥土一直都是玄学,就好比模拟冲击载荷一样。

相比于常规的SSA分析,有客户请我们做过对比分析。比较两种不同形状的平台腿伸入泥土时的受力情况,还挺有意思,不过这属于结构分析了。

海底铺设

这种分析还是蛮多的,比如说海底光纤的铺设,电缆的铺设,管子的铺设等。我只分析过光纤和电缆,由于弯曲强度和轴向强度的不同,其水下的状态也不同。船在铺设过程中由于运动会使电缆受压,导致电缆过于弯曲而损坏。相反如果为了让电缆减小压力而拉紧电缆,又可能会拉断电缆。而且电缆的layback(从船沿到电缆海底接触点的距离)过大会使得电缆在海底转弯处不稳定(设计可能是转一个半径为30米的弯,实际转弯半径却达到了70米,这就是弯曲稳定性问题)。

还有一些海底铺设会用到挖沟机,主要是为了防止电缆裸漏造成腐蚀,以及鱼类的撕咬。挖沟机先于电缆在铺设路径上挖出沟槽,紧接着电缆铺进去,后面的土会受水的作用力将沟槽填平(仅是个人理解)。同时这也引出了另一种分析,如果电缆因腐蚀而老化,需要更换,那么需要从土里把电缆拉出来,电缆上面覆盖的土会增加电缆的受力。

再引申一下,对于直接铺在海底土壤上面的电缆,由于海底是起伏的,难免会有电缆悬空的情况,洋流在经过悬空的电缆时会有涡激振动现象(VIV),产生疲劳会使电缆的使用寿命减小。所以我们会对这种情况进行分析,评估悬空对于电缆的影响。


上图是铺缆作业,下图是海底电缆悬空示意图

RAO的分析

小公司只要有钱挣就行,所以给钱的活我们都接,比如计算RAO这种没有太多计算但是能挣到钱的活。RAO简单说就好比是船舶响应系数,一个2米的浪过来,船可能被抬高3米,3/2=1.5,这个1.5就是RAO。为什么会有这种活呢,就好比你买了个产品,一般你都会有一个使用手册,标准的工况会得到计算,但是难免会有那些不标准的工况,所以客户会有需求。抑或是有些船东“买”了个二手船,然后老东家把使用手册“弄丢了”。
另一种糊口的工作就是结构强度校核了,其实结构的市场还是远大于水动力的,但我们只专注做水动力。所以我们结构也仅限于系泊导览桩及其附近结构的分析。可能还有一些特殊结构的分析比如软钢臂系泊的那个万向节的结构分析,具体就不多说了。

一些有意思的分析

1公益项目

大多数荷兰的公司会做一些非盈利的项目,倒不是挣钱不香,只是有的时候口碑也很重要。最常见的就是和大学的合作了,比如他们会给学校一些毕设题目并付给学生少量的工资。这些报告有些是保密的,被算作公司的资产,有些则可以公开,具体看公司了。

最近有一个毕业生做了一个海上浮式太阳能发电田的课题,这个太阳能发电田漂浮在海上,被分成若干个小块,块与块是软连接,随波浪运动而运动。他自己写了一个2D势流理论的程序(简单点就是他写了个程序),然后分析其中一块的受力和运动。


2海洋种植

有些国家啊,总觉得自己国土小,海里地方大,然后就打算在海里种田,还不是种在海床上,而是漂着种。有点像海产养殖的紫菜。不同的是紫菜只在一根绳上,而这个水动力研究是成片的种。研究的目的在于看看一个平台能承受多少草,别被海浪拉断了绳子冲走了。

3海底铺石头

其实这个应该放在海底电缆铺设那里,不过也是有意思就放这了。首先铺石头是为了给管道铺设打路基,或者是管道铺设完了保护用。方法呢我只见过两种,一种是往海底下伸根铁管,石头顺着管道铺到海底,这种一般比较高级,会带一套运动补偿系统,来保证水下管道口位置不动;第二种比较粗暴,为了节省成本,直接在船尾挂一排水桶,一个套一个,中间空心,石头顺着桶倒下去。

4释放水下机器人(ROV)

这是我最近在做的项目。往水下放机器人其实不是很好分析,因为实际操作中,操作人员会凭借个人经验来挑选合适的时机放机器人。我所能分析的就是在无脑放机器人的情况下,可工作的最大海况是什么样的。这里面比较重要的一点是在释放ROV的船侧一般是背浪的,这样好放一些,为了模拟这一点,要计算Sea state RAO(就是多一个步骤)。


结尾

稀稀拉拉说了这么多,本来是想升华一下的,但是词穷了。还有好多没有介绍,写下这些也算是对我这几年工作的总结了。有时候在想,如果以前有人告诉我们,除了船厂和船检,还有一种工作叫水动力工程师,会不会那些本科同学就不转行了呢?还是只有我一个人觉得这种计算是一种乐趣。不过无论怎样,我都践行了开篇所提的宗旨。

写在最后:感觉国内的海工将来会越来越多,越来越规范,在压缩成本的同时是不是可以考虑换种方式,水动力分析有时候看似锦上添花,但也未尝不是一种节省成本的方法。相对于工程来说,施工前分析的花费要远小于延长工期的消耗,甚至是施工人员的安全,当然这是建立在有效分析的基础上。

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最新评论

引用 pippo870705 2021-8-25 10:05
楼主写得很好,对于我们门外汉有一个很好的了解窗口

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荷兰小小马车夫 关注度:5

荷兰海事教育、船舶企业、机构的相关介绍。

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