浅谈海上起重机规范API2C

浅谈海上起重机规范ＡＰｌ２Ｃ

方福胜中海油研究总院北京１０００２７

摘要：针对海上平台起重机的特点，从设备选型的角度，介绍并分析了海上起重机的类型和设计要求，如额定起重量、动载荷、起升速度、控制与安全装置、人员吊运等，旨在探讨如何理解和使用海上起重机规范ＡＰｌ２Ｃ。关键词：海上起重机；规范；额定起重量；动载荷中图分类号：ｕ６５３．９２ｌ文献标识码：Ｂ文章编号：１００ｌ—０７８５（２０１１）０８—０００５一０３

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美国石油协会ＡＰｌ２Ｃ（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｏ凰ｈｏｒｅｐｅｄｅｓｔａｌｍｏｕｎｔｅｄｃｒａｎｅｓ）是国际上广泛采用的基座式海上起重机设计规范，从１９７１年３月发布第１版起，到即将发布的第７版（尚未发布），共发布了７版，其间大约每５年修订１次。该规范涉及海上起重机的类型、载荷、结构和机械设计要求、额定起重量、制造要求、试验、ＡＰＩ取证及ＡＰＩ会标。我国海上平台上的起重机基本上都是按这一规范设计建造的。本文将针对海上起重机的特点，从设备选型的角度，介绍和分析ＡＰｌ２Ｃ。１海上起重机的类型海上起重机一般安装在固定或浮动的海上油气田钻井或生产平台／船舶上，用以在海上平台甲板内或平台与船舶之间吊运货物或人员。这些海上平台／船舶包括固定平台、张力腿平台、ｓｐａｒ平台、半潜式平台、钻井船和ＦＰＳＯ（浮式生产、储油、卸油装置）。根据ＡＰｌ２Ｃ，海上基座式起重机分为Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ和Ｅ等５种类型，其中２种是箱形吊臂（Ａ、Ｂ型），为液压缸变幅，另外３种是桁架式吊臂（Ｃ、Ｄ、Ｅ型），为钢丝绳变幅。箱形吊臂起重机多用于海上ＦＰｓＯ，桁架式起重机多用于海上钻井和生产平台。按支承轴承分类，Ｅ型机为将军柱形轴承，其他４种均为滚子轴承，一般多为３排滚子轴承。海上钻井平台上的钻机多｛：起重运输机械》２０１１（８）选用Ｅ型将军柱形起重机。２额定起重量１）平台内起吊和平台外起吊起重机的额定起重量（ＳｗＬ）或额定载荷，是起重机在某工作半径和操作条件下所能吊运的最大载荷，由起重机厂家给出。按ＡＰｌ２Ｃ要求应建立２种作业方式下的额定起重量，即平台内起吊和平台外起吊。平台内起吊是指从安装起重机的平台／船舶甲板上吊起和放下重物，即起吊作业发生在平台甲板范围内。平台外起吊是指从安装起重机的平台／船舶甲板以外的船舶上吊运重物或将本平台的重物吊运到其他船舶甲板上，即起吊作业发生在本平台与其他船舶之间。相同的安装条件和海况条件下，起重机平台外起吊作业的动载系数大于平台内起吊作业的动载系数。起重机的额定起重量受有效波高的影响很大，随有效波高的增大而减小，故必须给出起重机在不同波高条件下的额定起重量。２）载荷表和载荷图起重机在不同的起吊半径和波高条件下，其额定起重量也不同。为了便于用户操作起重机，规范要求起重机厂商要向用户提供载荷表和载荷图。载荷表给出了在一定的操作条件下（平台倾斜角、有效波高、操作风速、起升速度等）起重机的安全工一５一

万方数据作载荷和与之对应的起升半径的关系。而载荷图直观醒目，它以曲线的形式给出了不同操作条件下，起重机额定载荷与起吊半径的关系，见图ｌ。

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３．１起重机工作状态的载荷种类起重机工作时，所承受的载荷包括自重、起吊载荷、环境载荷（风和地震载荷）、平台／船舶运动引起的动载荷、起吊、变幅和旋转运动引起的动载荷；对于平台外起吊，还有因供应船运动引起的动载荷。ＡＰＩ２Ｃ考虑了垂直设计载荷、水平设计载荷、自重载荷和环境载荷（风和地震载荷）等４种设计载荷。３．２动载荷的计算方法ＡＰｌ２Ｃ给出了特定船舶法、通用法和默认动载系数法等３种方法计算起重机工作条件下所承受的动载荷。对于浮式平台和船舶，动载荷计算可用特定船舶法和通用法。对固定式平台，可用通用法和默认动载系数法。特定船舶法仅适用于浮式平台和船舶，默认动载系数法仅适用于固定平台，而通用法适用于２者。对于安装在浮式平台／船舶上的起重机，推荐采用特定船舶法，采用该方法时用户需研究起重机吊臂头部和平台／船舶的运动特性，计算出起重机吊臂头部的速度和水平加速度（由基座运动而引起）以及平台／船舶的横倾和纵倾，并将这些参数提供给起重机厂家，用来计算动载系数。一般情况下，用户很难提供这些数据，此时采用通用法。对于通用法，ＡＰｌ２ｃ规范提供了计算动载系数和动载荷要用到的设计参数，如吊臂头部垂直速度、供应船支撑重物处甲板的垂直速度、基座横倾和纵倾以及水平和垂直加速度等。这些参数是基于各种有代表性平台／船舶（张力腿平台、ｓｐａｒ平台、半潜平台、钻井船和ＦＰｓＯ）的运动特性估——６——算出来的。虽然该法比较实用，但ＡＰｌ２ｃ并不保证按该法计算出的动载荷适用于某一特定的浮式装置上安装的起重机。所以，对于浮式装置上安装的起重机，最好采用特定船舶法。动载系数默认法仅适用于固定平台安装的起重机，该方法的要点是：起重机平台外起吊作业工况下，无论海况如何，波高大小，其动载系数一律取２，侧向载荷取额定起重量的２％，径向载荷和风载荷取Ｏ。该方法计算简单，避免了动载系数的计算，额定载荷表简单易用。但用该方法是有条件的，ＡＰｌ２Ｃ指出：该法仅适用于墨西哥湾或与墨西哥湾相似的海域。在这些海域海况非常平静，起吊作业时，供应船的位置与平台的相对位置保持不变。我国的海上油田分布在渤海、东海、南海西部和南海东部等海域，这些海域的海况条件与墨西哥湾不同，故在使用通用法时应慎重。３．３垂直设计载荷及动载系数的计算垂直设计载荷等于垂直动载系数Ｇ与额定载荷Ｓ耽的乘积。平台内起吊：Ｃ。＝１．３３（固定平台，通用法和默认动载系数法）；Ｃ。≥１．４（其他平台（具体数值视平台类型而定），通用法）厂—ｉ·一平台外起吊：ｃ。＝１＋ｌ√丽詈巧，但ｃ”≥１．３３（固定平台），ｃ。≥１．４（浮式平台）式中：ｃ。为动载系数；Ｋ为相对速度，Ｈ∥ｓ；Ｋ为刚度，ｋＮ／ｍ；５耽为安全工作载荷，ｋＮ；ｇ为重力加速度，９．８Ｉｎ／ｓ２。Ｅ＝Ｋ＋∥研；式中：Ｋ为额定起重量下的最大起吊速度，－ｎ／ｓ；Ｋ为供应船甲板垂直速度，ｎ∥ｓ；圪为由于吊车基座运动而引起的吊臂头部垂直速度，ｔｎ／ｓ。３．４水平设计载荷①由于供应船运动产生的径向力觋俨＝Ｓ耽×Ｃ。×ｔａｎ曰②由于供应船运动产生的侧向力贶池＝５耽×Ｃ。×ｔａｎ垂式中，钢丝绳径向偏角曰和侧向偏角圣的定义见图２。此外还有由于吊车静态倾斜（横倾、纵倾）产生的力和由于吊车基座运动产生的力。４最小起吊速度起重机在平台外吊运货物时，为了避免货物《起重运输机械》２０ｌｌ（８）

万方数据图２径向偏角和侧向偏角起吊后由于供应船甲板的运动而产生货物与甲板相碰，要求起吊速度足够快。ＡＰｌ２Ｃ给出了最小起升速度的计算公式，即ＫｎＩｉ。＝０．１×（ⅣＢｉ。＋１）ｎｌ／ｓ式中：皿ｋ为有效波高，ｍ。在确定最小起升速度时，需要注意：①起升绞车转速一定时，吊钩从最低点（海平面）上升到最高点，其钩速是不同的，在最低点处钩速最低。②这里的最小起升速度是吊钩位于最低点，即位于海平面时的速度。如果在最低点时起吊时的速度小于表ｌ中规定的起吊速度，就有可能产生重物与供应船相撞。

表１最小钩速与有效波高的关系有效波高／ｍ≤０．６１１．５２２．５３

速度／（ｍ·ＩＩｌｉｎ。１）１０１２１５１８２１２４有效波高／ｍ３．５４４．５５５．５６速度／（ｍ·Ｉｌｌｉｎ一）２７３０３３３６３９４２

５人员吊运要求与其他类型起重机相比，具有人员吊运功能是海上起重机的１个特点。起重机通常有主钩和副钩２个吊钩，一般副钩具有吊人和吊物２个功能。ＡＰｌ２Ｃ对人员吊运提出了如下要求：１）人员吊运额定载荷应是下面所列载荷的最小值，即非人员吊运额定载荷的３３％；由钢丝绳绕绳方式和安全系数所决定的最大载荷；由钢丝绳拉力所能承受的最大载荷。２）人员吊运钢丝绳的安全系数不能小于１０。３）当起重机动力源或控制系统失效时，应至少在１个绞车上配备人员下放装置，使人员能安全平稳下放。要满足此要求，起重机需配备独立的辅助动力源。《起重运输机械》２０１１（８）

４）吊运人员的绞车制动器须经制造商认可。６控制与安全装置要求海上平台起重机一般配备下列控制与安全保护装置。ＡＰｌ２Ｃ和ＣｃＳ（中国船级社）规范对此要求略有不同。１）起升高度限位器（２规范都有要求）；２）臂幅限位器的最大和最小角度（ＣｃＳ有要求，最小角度限位器ＡＰＩ为选择项）；３）防止吊臂向后倾翻装置（Ⅲ有要求，ＣｃＳ规范未提

及）；４）吊臂角度或载荷半径指示器（都有要求）；５）回转角度限位器，适用于回转角度有限制的起重机（ＡＰＩ规范无要求，ｃｃｓ有要求）；６）吊臂下放越程开关（ＡＰＩ规范无要求，ＣｃＳ为选择项）；７）载荷指示器或超载荷报警（ＡＰＩ规范为选择项，ＣＣＳ有要求）；８）载荷应急释放装置（埘２Ｃ未见

要求，ＣＣＳ有要求，但未提应急动力源）；９）人员应急下放装置（ＡＰｌ２ｃ有要求，并配备用动力源。ＣＣＳ未提及人员应急释放装置）。

７试验ＡＰＩ２Ｃ规定的超载荷试验的试验载荷，要高于中国船级社ＣＣＳ和其他国际船级社规定的试验载荷。超载荷试验的试验载荷为额定载荷的１．３３倍。

８结束语针对海上平台起重机的特点，从设备选型的角度，结合多年来实际使用经验，介绍并分析了海上起重机的类型、主要技术参数的确定以及设计要求，旨在探讨如何理解和使用海上起重机规范ＡＰｌ２Ｃ。

参考文献［１］ＡＰＩ２ｃ，ｓｉｘｔｈｅｄｉｔｉｏｎ，２００４，ｓｐｅｃ迈ｃａｔｉｏｎ

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［３］中国船级社．船舶与海上设施起重设备规范［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．［４］方福胜．关于编制海上起重机规范的建议［Ｊ］．起重运输机械，２０１０（１２）：１—３．

作者：方福胜地址：北京市东城区东直门外小街６号海油大厦邮编：１０００２７收稿日期：２０１１—０２—２２