論海洋平臺鋼結構的加工設計

摘 要：本篇論文主要論述海上石油鉆井平臺鋼結構的加工設計，論文中將以實際項目為例，介紹加工設計的整個過程以及相關軟件的應用方法，目的在于提高設計人員的工作效率、減少錯誤的發生。論文包括如下幾個部分：一、工況概述；二、建造方案；三、加設圖；四、單件圖與排版圖。

關鍵詞：型材；有限元；板材；吊點；吊裝

1工況概述

海上石油鉆井平臺是以鋼結構為主體的多專業協同工作的采油平臺，在加工設計階段，由于詳細設計已經基本繪制了結構圖紙，加工設計只需要制定施工方案，完成圖紙桿件的標號和每個桿件的單件圖和排版圖的繪制。本篇論文以平臺改造項目為例，論述加工設計的基本方法和工作思路。

工況概述：平臺改造項目的目的是為了在平臺上增加一臺設備，以更好的進行原油處理，減少資源浪費。該設備重70噸外形尺寸為長2米寬12米，放置于平臺東側，目前設備就位區沒有結構，需要增加結構放置設備。

詳細設計已經提供結構平面圖和節點圖。

大梁選用H588X300X12X20的H型鋼，小梁選用H300X300X10X15的H型鋼，材料為Q345B， 甲板板選用8毫米厚的碳素結構鋼材質為Q235B， 選擇直徑為273毫米壁厚為10毫米的20#鋼的無縫鋼管。節點板選用13毫米厚的碳素結構鋼材質為Q345B。

2 建造方案

加工設計的建造方案主要是甲板片的預制方案，吊裝方案等。預制方案一般用正造法或者反造法。

正造法是在建造場地上放置墊敦，將甲板片放置于墊敦上建造。

反造法是在車間里翻轉建造，將甲板板平鋪于水泥地上劃線并翻轉組對梁格，最后翻身。

由于反造法不像正造法那樣需要高度調整，劃線也很容易，所以組對迅速，建造效率很高，所以只要建造方有車間資源我們就首選反造法。但是反造法需要設計人員制作翻身方案，所以增加了加工設計人員的工作量。

甲板片預制的技術要求如下：

a.立柱的中心線公差在±10mm以內，在平面圖中，立柱的對角線公差在±19mm以內。

b.所有節點位置的標高偏差在±25mm范圍內。

c.水平拉筋的標高公差在±12mm以內。

d.在節點區域內筋板與隔板的位置偏差不能超過±3 mm 與 t/10，二者取小值，（t=筋板或隔板的厚度），節點外部的筋板位置偏差應小于t/6或6mm，二者取小值（t=筋板厚）。

e.凡未提到的誤差要求均按技術規格書或規范執行；

f. 以上所給誤差為制造的最終誤差，施工時應嚴格控制各個工序的誤差，以保證誤差控制在允許誤差范圍內。

g.所有臨時附件用后必須在距母材表面至少5mm地方用氣炬割除，并用砂輪打磨，使其與母材光滑平齊。具體位置由M.P.I檢查是否存在瑕疵。

翻身方案一般是利用車間里面的兩臺天車聯合作業，在甲板片的兩端焊接翻身吊點，將甲板片翻轉180度。結構計算軟件一般用SACS5.2，分別分析翻轉30度、60度、90度、120度、150度時的結構強度，整個翻身過程結構體不離開地面，核算結構翻身強度，如果強度不夠可以增加臨時加強梁，然后設計翻身吊點，設計軟件一般用SOLIDWORKS，建模以后導入ANSYS10.0進行分析，最后確定吊點形式。

吊裝方案是設計平吊吊點，確定吊點位置，并設計履帶吊的行走路線和配重方案，計算吊機使用率等工作。用于指導起重作業將甲板片安裝就位。

吊裝方案的計算同樣是SACS5.2進行結構計算，只需要分析平吊狀態一種工況，平吊吊點也是用SOLIDWORKS建模以后導入ANSYS10.0進行分析。

場地要求如下：

a.在進行吊裝作業之前，應清理吊車行走路線上的障礙物；

b.清掃行車通道，盡量保證車道的平整；

c.行車通道不能橫跨電纜溝及其他危險區域；

d.在進行吊裝作業時，吊車的旋轉半徑范圍內不能有任何障礙物；

e.任何靠近吊裝作業區的施工人員必須遠離至安全區域；

f.場地地基承載能力應滿足吊車在滿負荷狀態下的承載要求。

吊點的技術要求如下：

a.吊點主板局部加強材料等級為D36或D36以上；

b.吊點所用材料應使用直探針（0？）進行100%超聲檢測。吊點主板軋制方向和吊點的受力的方向一致，并且在鋼板做方向鋼印；

c.所有焊縫吊裝前要作磁粉檢驗， 吊點主板和側板與組合梁翼緣板焊接后要做100% UT；

d.與吊點主板和側板相接的組合梁上翼緣板需要在吊點安裝前檢查紋理結構；

e.吊點主板應與吊繩受力方向一致。

3加設圖

加設圖是在祥設圖的基礎上，給每個桿件或者節點板增加一個編號并統計數量，以便于建造人員下料和組對。

加設圖技術要求如下：

a.標號一律使用<1><2><3>順序增加。

b.從上到下，從左向右順序標號。

c.桿件要先標大梁后標小梁。

d.節點板要標出數量。

e.圖紙中的英文全部翻譯成中文。

f.標號需要增加說明。

g.附屬結構可以不標號，但是要細化圖紙。這個項目的附屬結構只有欄桿和擋水扁鋼，需要注意的是欄桿的細化后的類型盡量要少以便于施工。

做加設圖的時候最好能夠同時制作XSTEEL模型，同時在模型上標號，按照每個節點圖依次切口。模型制作完可以直接輸出材料清單，我們可以利用模型計算的材料用量編寫采辦料單。XSTEEL模型也能計算重量和重心，而且比SACS還要準確，所以它也是編寫吊裝方案的基礎。

4 單件圖與排版圖

通過XSTEEL模型的制作可以直接輸出每個桿件的圖形，可以加工一下圖形使之成為型材單件圖，單件圖的制作技術要求如下：

a.分別畫出上翼緣，腹板，下翼緣的加工形狀。

b.分別標注出上翼緣，腹板，下翼緣的焊接形式。

c.如果需要單面坡口焊一定要標明開口方向，盡量讓施工人員俯焊。

d.標明桿件的加設編號，號碼與加設圖要一致。

e.標明桿件的位置信息，以便于將來的組對焊接。

通過XSTEEL模型輸出桿件清單，并掃描型材排版圖，通過XSTEEL模型的CNC接口可以輸出板材排版圖。排版圖的制作技術要求如下：

a.排版要注意切割鈍刀，每個桿件或者板材之間要留出切割縫，切割縫的大小根據企業的建造能力而定。

b.標明桿件的加設編號，號碼與加設圖要一致。

c.注意板材的各向異性，盡量橫排版。

d.注意剩余材料的利用，將余料編號以便于將來尋找。

e.下發排版圖的同時一定要同時下發施工料單。

至此我們就完成了全部加工設計任務。

參考文獻

[1]馬愛軍，李全祺·海洋石油工程設計指南4海洋石油工程平臺結構設計（第四冊）：石油工業出版社，2010。

[2]王明明，方勇·中國石油和化工產業結構·1版：化學工業出版社，2007。