直升機甲板

目前，我國海洋石油行業在向深水領域進軍，海上平台的施工作業安全問題日益成為工程關注的焦點。海上直升機是海上石油平台正常運行的一種交通工具，供其降落及起飛的直升機甲板的設計在整個海洋平台的設計中是必不可少的環節。直升機甲板一般布置在整個平台的上部模組，油氣生產及處理過程中，平台上部模組的主電站等設施高溫煙氣的排放及周圍高大設備的布置，對直升機在甲板附近的安全起降存在潛在的危害。因此，在整個平台的工程設計中，海上直升機甲板的合理布置關乎直升機的作業安全。

基本介紹

• 中文名：直升機甲板
• 外文名：Helicopter Deck 
• 用途：供直升機降落及起飛
• 套用領域：海洋石油行業
• 結構：採用外伸的桁架結構
• 組成：加筋面板、T型框架、連線肘板等

總體設計

海洋石油勘探開發的惡劣環境威脅人身和設備的安全，當需要應急救援時，可以調用直升機。直升機甲板是為直升機提供起降和停放的場所，要求具有較高強度和穩定性。高端海洋工程船舶的核心設計基本都被美國、挪威、新加坡等國外知名的設計公司所壟斷，特別是直升機甲板等平台特殊結構的設計更是很難尋覓到有參考價值的文獻資料。以S-92 機型直升機甲板為例進行分析。

某船為雙螺旋槳、電力推進、航行工況為無限航區的海上運輸安裝船（如圖1），具有水上吊裝和坐底作業能力。主甲板下分為艏部區域、貨物甲板區域和艉部區域。主甲板上分為艏樓區域和船員居住區域。船舶總長144m，型寬40m，型深10.75m，設計吃水5.5m，最大坐底作業水深9.5m。直升機甲板模組布置在船舶的艏部，利用管支柱與主船體結構連線，呈外伸的桁架結構。直升機甲板為正八角形，甲板直徑2.2m，使用S-92型。直升機甲板模組如圖2所示。

圖1 安裝船總體設計

圖2 直升機甲板模型

結構設計

直升機甲板主體採用外伸的桁架結構，主要是由加筋面板、T型框架、連線肘板、管支柱焊接而成的剛性結構體。設計時需要根據規範對障礙物的限高要求確定直升機甲板平面高度和橫向肋位坐標，並充分考慮直升機甲板的總體強度以及節點連線的局部強度。

附屬檔案設計

直升機甲板模組設定有主通道、左舷通道、右舷通道3個通道；在直升機甲板邊界設定向上傾 10°且水平寬度1.5m的安全網；並在直升機甲板的起降區域設定嵌入式栓系點。

排水系統設計

在直升機甲板的周邊設有防止液體積存和流落到平台其他地方的疏排水系統，可以將平台積液獨立快排至舷外或收集。並在甲板平台的兩舷設定有左舷消防系統和右舷消防系統，達到了平台甲板面交叉全覆蓋的消防設施要求。

周邊布置設計

在直升機甲板邊界按照規範距離要求布置有周界燈和強光照明燈。

甲板標記設計

直升機甲板模組組裝完成後，需要按照規範要求在甲板面上塗裝標識H、降落環、起飛質量、起降邊界線、無障礙區V、平台名稱等甲板標記。

影響因素

主要影響因素

直升機從平台起降的過程中，其受環境條件影響的因素主要包括：高大建築物後形成的尾渦對飛機甲板的影響、燃氣透平排出的熱煙氣的影響、工藝氣體排放的影響、火炬燃燒的影響等。這些影響對直升機甲板的影響主要歸結為三方面：(1)環境氣流流過整個平台，干擾平台周邊的流場，形成的湍流流動對直升機安全操作的影響；(2)平台上層甲板的高大設備後形成湍流，對直升機安全操作產生影響；(3)燃氣透平及火炬等形成的熱煙氣對直升機甲板的熱影響及湍流流動的影響。

危險源

以上環境因素對直升機安全操作的影響，主要體現在以下方面：一方面，當大氣以較高的流速流過周圍高大的設備後，其後方會形成較大面積的“尾渦”，在該區域內氣流較混亂，湍流度較大。當直升機飛入該區域，會造成類似高速飛行時產生的激波，影響飛機的正常推力，造成動力下降；另一方面，平台上排放的高溫煙氣會造成周圍環境溫度的升高，空氣相對密度小，作用於直升機轉軸本身升力減小。同時，直升機發動機吸人的空氣和油混和後燃燒不充分，造成功率下降；快速的溫度變化也會導致發動機喘振，甚至壓縮機停轉或熄火。這些方面都會使直升飛機操作的危險性增大。因此，影響直升機安全起降的主要環境影響因素可歸結為兩大危險源，即高溫煙氣和湍流。

相關標準規範

關於海上直升機甲板的設計，英國、挪威、美國和中國的安全管理當局和一些科研諮詢機構開展了相關的研究和驗證工作，並制定了直升機甲板的設計規範標準。這些規範標準都涉及到直升機甲板受環境條件影響方面的要求。

英國標準

英國的標準CAP437對環境條件的判定標準更加清晰、明確。同時，CAA針對直升機靠近平台飛行過程中所遇到的相關環境問題進行研究，制定了與CAP437相輔相成的相關研究報告或推薦做法，如CAAPAPER99004，CAAPAPER2008/03等。這些推薦做法針對環境因素對直升機安全起降的影響都給出了具體詳盡的分析，用於指導海上直升機甲板的前期設計。

挪威標準

挪威標準NORSOK C一004考慮了直升機甲板上方高溫煙氣的溫度不能超過環境溫度3℃，但是對直升機甲板周圍湍流的限定條件並未給出明確規定。

美國標準

美國標準API RP2L提出了空氣湍流的概念，但也未給出明確量化的限定要求。國內的法規提出了風速的要求，但並未涉及直升機甲板的空氣湍流及高溫煙氣的限定條件。CAP437作為評估分析直升機甲板安全操作比較權威性的標準規範，其對直升機甲板周圍的湍流及高溫煙氣進行條件限定。根據CAP437的判定準則，在直升機甲板上部區域，湍流和煙氣溫度應滿足的條件：

(1)湍流的限定：在直升機起飛和降落的區域內，豎直方向速度的標準方差不能超過1.75m/s。

(2)煙溫的限定：在直升機起飛和降落的區域內，平均3 S時間間隔內的最大溫升不能超過環境溫度2℃。