彭 飛 王 丹

海上大型浮式結(jié)構(gòu)如FPSO依靠系泊系統(tǒng)進(jìn)行定位，而系泊系統(tǒng)的可靠性對整個船體的安全至關(guān)重要，一旦出現(xiàn)問題將造成嚴(yán)重的后果。在對我國南海FPSO進(jìn)行系泊鋼纜檢查時，發(fā)現(xiàn)了不同程度的斷絲、磨損和腐蝕等狀況，對于系泊鋼纜損傷的評估國內(nèi)目前尚無有關(guān)規(guī)范。因此通過對國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的解讀，填補(bǔ)國內(nèi)該方面的空白，對國內(nèi)系泊鋼纜的標(biāo)準(zhǔn)制定有參照價值。

系泊鋼纜結(jié)構(gòu)

與陸用鋼纜一樣，系泊鋼纜是由多根直徑較細(xì)的高強(qiáng)度的鋼纜捻制成股，再由多根繩股圍繞繩芯捻制成空間螺旋形的棒狀柔性構(gòu)件。目前海上常用的系泊鋼纜的類型主要有：六股結(jié)構(gòu)、多股結(jié)構(gòu)multi strand、螺旋股結(jié)構(gòu)spiral strand，如圖1所示。

六股結(jié)構(gòu)由許多股繞一中心同一方向旋轉(zhuǎn)形成的鋼纜。每股的數(shù)量和鋼纜的股數(shù)有6×36，6×42，6×54等。這種鋼纜的結(jié)構(gòu)在張力增加時會產(chǎn)生力矩。

抗反轉(zhuǎn)類型鋼纜有多股結(jié)構(gòu)和螺旋股結(jié)構(gòu)，多用于永久系泊系統(tǒng)，因為該鋼纜不會產(chǎn)生顯著的力矩，在張力變化時。這兩種鋼纜利用纜的層數(shù)或捆數(shù)抵抗反方向力來獲得抗旋轉(zhuǎn)特性。另外，相對于成股的鋼纜來說，螺旋股結(jié)構(gòu)鋼纜具有高的抗腐蝕性，因為該鋼纜暴露于水中的部分更少，海水更難進(jìn)入到鋼纜的內(nèi)部。而且半封閉式和全封閉式的鋼纜有更好的抗磨損性。

系泊鋼纜常見問題

圖1 不同類型系泊鋼纜斷面結(jié)構(gòu)

系泊鋼纜在使用過程中會受到惡劣工況的影響，出現(xiàn)各種各樣的問題。常見的有7種損傷形式。

一是斷絲。斷絲的情況在系泊鋼纜中最為常見，主要有末端斷絲、分布式斷絲、局部成股斷絲，如圖2所示。

二是鋼纜直徑改變。鋼纜直徑的變化有減小和增加兩種情況。通過外部的磨損、內(nèi)部鋼絲和股數(shù)的磨損、鋼纜的拉伸和腐蝕，鋼纜直徑會減小，從而減少鋼纜的強(qiáng)度。而鋼纜直徑的增加也應(yīng)引起重視，因為可能由于鋼纜內(nèi)部腐蝕造成繩芯的膨脹。

三是磨損。鋼纜外部股線的磨損由導(dǎo)纜器滑輪或硬海底的摩擦造成。特別是在安裝、檢修以及鋼纜在海底拖曳會造成系泊鋼纜的外部磨損。內(nèi)部磨損是由于鋼纜中的個股和金屬絲之間的摩擦造成的，特別是當(dāng)它受到彎曲時。缺乏潤滑作用會加劇內(nèi)部磨損。

四是腐蝕。在海洋環(huán)境中腐蝕是無法避免的，腐蝕不僅降低鋼纜的拉斷強(qiáng)度，而且通過產(chǎn)生不規(guī)則表面加速其疲勞。外部金屬絲的腐蝕可以直接識別出來，而內(nèi)部腐蝕需要借助一些探傷設(shè)備如漏磁檢測儀進(jìn)行內(nèi)部的檢驗。

五是缺少潤滑。適當(dāng)和充分的潤滑對于抑制鋼纜的內(nèi)部磨損、腐蝕是非常重要的。圖3顯示了一根喪失內(nèi)部潤滑的鋼纜。在海洋環(huán)境中，無鍍鋅的系泊鋼纜沒有進(jìn)行潤滑，將在幾個月內(nèi)嚴(yán)重腐蝕加速疲勞失效。

圖2 斷絲的分類

圖4 鋼纜的各種變形

六是變形。鋼纜的扭曲變形，可能導(dǎo)致不均勻的應(yīng)力分布。常見的鋼纜變形有扭結(jié)、彎曲、擦傷、壓皺和壓扁等，如圖4所示。

七是保護(hù)層破壞。帶有保護(hù)層的各鋼纜在安裝或服役的過程中，由于外力的作用會引起保護(hù)層的破壞，內(nèi)部的鋼絲暴露在海水環(huán)境中，將大大加速鋼纜的腐蝕，降低使用壽命。

系泊鋼纜廢棄指導(dǎo)規(guī)范

系泊鋼纜在役期間發(fā)生如上的情況和問題時，根據(jù)一定的指導(dǎo)規(guī)范對其進(jìn)行安全性評估，在超過其允許范圍時要及時更換，以防止更大的風(fēng)險出現(xiàn)。國外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及手冊對此做了詳細(xì)的規(guī)定。

一是分布式斷絲的情況。在一捻距長度可見的斷絲數(shù)量達(dá)到或超過最低限度則應(yīng)廢棄，如表1所示。該限度等同于8%的鋼纜橫截面減少或10%的強(qiáng)度降低。

二是鋼纜局部成股斷絲的情況。這種情況下，在一股中相鄰的斷絲數(shù)量達(dá)到或超過最低限度，如表1所示。該限度等同于3%的鋼纜橫截面減少或17%的該股橫截面的減少。該標(biāo)準(zhǔn)也適用于在一股中某處應(yīng)力集中損壞。

圖3 缺乏潤滑造成內(nèi)部金屬絲的磨損

三是鋼纜末端斷裂的情況。該情況下，小于12英寸的鋼纜斷裂數(shù)量達(dá)到或超過最低限度，如表1所示。該限度等同于3%的鋼纜橫截面減少。

四是磨損和拉伸。取鋼纜三處測得的直徑，平均值是原公稱直徑的94%以下，即使沒有可見的斷絲，也應(yīng)更換。

五是內(nèi)部腐蝕和磨損。當(dāng)鋼纜內(nèi)部缺少潤滑油且腐蝕和磨損比較明顯時，需要進(jìn)行更換。若內(nèi)部潤滑油存在但內(nèi)部出現(xiàn)一定的腐蝕和磨損時，可以暫時使用，但應(yīng)在6個月內(nèi)進(jìn)行檢查。

六是變形。變形包括扭結(jié)、嚴(yán)重的彎曲、嚴(yán)重的擦傷、嚴(yán)重的碾壓、嚴(yán)重的壓扁等幾種情況。由于無法對鋼纜變形進(jìn)行定量規(guī)定，需依靠檢查者的經(jīng)驗和判斷。圖4中給出了鋼纜變形的廢棄情況。

鋼纜的損壞有時是以上的幾種情況在鋼纜的一個地方同時出現(xiàn)。當(dāng)某一處鋼纜斷絲的數(shù)量接近表1，且出現(xiàn)了明顯的外部磨損和腐蝕，則該鋼纜也應(yīng)該盡快替換。

表1 分布式斷絲標(biāo)準(zhǔn)