海洋平臺組塊雙船浮托整體遷移方法支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

阮志豪　劉登輝　袁廷廷　王南海　王峰

摘 要：隨著近年來部分海上石油平臺的服役期滿，對這部分完成使命的平臺的拆除再利用工作也陸續(xù)開展起來，而如何維護平臺組塊在拆除及運輸過程中的完整及穩(wěn)定，是一直以來的研究熱點。本文以雙船浮托技術(shù)為基礎(chǔ)，主要針對我國渤海海域1500噸～6000噸重量組塊的整體拆除及整體遷移，設(shè)計總結(jié)了一套可通用的方案，并對方案實施中結(jié)構(gòu)強度校核計算進行了分析。

關(guān)鍵詞：雙船浮托；組塊拆除；整體遷移；綁扎固定；強度校核

中圖分類號：U674.38 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）07-0040-03

1 組塊整體拆除和遷移過程簡介

采用雙船浮托法進行組塊拆除，有如下幾個優(yōu)點：①組塊整體拆除、整體再利用；②減少了對大型浮吊的依賴；③與傳統(tǒng)吊裝方法拆除平臺相比，可以節(jié)省一定的費用。

本方案以渤海區(qū)域6000噸重量組塊為例，進行了拆除方案的分析和研究，而目標平臺模型參照渤海區(qū)域某實際的組塊搭建，重量重心與組塊資料一致。主要研究采用雙船浮托法進行組塊整體拆除和遷移過程中，如何進行綁扎固定最為安全有效。

方案中需要的船舶資源主要有：兩艘相同的新建浮托船，一艘半潛運輸船（海洋石油278）。

1.1 組塊整體與導(dǎo)管架的分離

首先，為使組塊兩側(cè)的支撐點具有足夠的強度，保證組塊的結(jié)構(gòu)整體完整性，便于組塊的二次整體利用，需要對組塊兩側(cè)焊接支撐點并對附近的結(jié)構(gòu)進行加強。浮托船舷側(cè)安裝組塊支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)上方放置樁腿對接緩沖器（LMU）；導(dǎo)管架外側(cè)四個主腿上安裝有碰球，用于緩沖浮托船對導(dǎo)管架的碰撞并起到定位作用。兩艘浮托船通過排載調(diào)整到一定橫傾角，同步向?qū)Ч芗芸繑n并停靠在碰球處，再同步調(diào)平船體，實現(xiàn)LMU與支撐節(jié)點的對接；對接完成后，通過對浮托船排載操作，上浮逐步承擔起組塊的重量，從而使組塊整體與導(dǎo)管架分離。

1.2 雙船浮托組塊至半潛船

組塊整體與導(dǎo)管架分離后，浮托船在纜繩和絞車的協(xié)助下支撐組塊完成短距離運輸，最終到達半潛船上方指定位置。為實現(xiàn)這一過程，在浮托船上安裝了導(dǎo)軌裝置及縱向防撞裝置，相應(yīng)在半潛船甲板上安裝了橫向和縱向定位樁，半潛船下潛到水面下設(shè)計吃水位置，露出水面的定位樁將引導(dǎo)浮托船駛?cè)搿Ｔ诎霛摯装迳戏郊皩?yīng)兩條浮托船正下方布置并固定枕木；浮托船進入到最終位置后，保持其平衡并使浮托船底與枕木最上方保留1.6m的垂直距離。

1.3 組塊與沙箱緩沖裝置（DSU）對接

在半潛船甲板上預(yù)定設(shè)計位置，提前焊接好組塊支撐框架結(jié)構(gòu)，支撐框架頂部設(shè)置沙箱緩沖裝置（DSU）。組塊與浮托船到達半潛船上方預(yù)定設(shè)計位置后，DSU結(jié)構(gòu)對準組塊主腿插尖，首先對半潛船進行排載操作使其上浮，完成DSU結(jié)構(gòu)與組塊主腿的對接。此時，枕木與浮托船底仍有一定間隙，繼續(xù)對半潛船進行排載，浮托船將坐落在枕木上，LMU與組塊外側(cè)支撐節(jié)點分離，組塊的重量完全轉(zhuǎn)移到半潛船甲板支撐框架。

1.4 組塊整體遷移再利用

繼續(xù)對半潛船排載，使其達到設(shè)計的運輸吃水，然后進行浮托船及組塊的綁扎固定。最后，半潛船將載著兩艘浮托船及組塊直接運輸?shù)胶Ｉ瞎潭ㄆ脚_安裝現(xiàn)場，并將組塊安裝到一個新建導(dǎo)管架上，從而實現(xiàn)組塊的整體遷移并直接再利用。

2 組塊支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 設(shè)計基礎(chǔ)

浮托船舷側(cè)組塊支撐結(jié)構(gòu)強度校核，使用有限元分析軟件ANSYS完成；考慮渤海海域常規(guī)浮托作業(yè)環(huán)境條件，并使用MOSES時域計算得到LMU位置的反力，作為組塊支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計載荷。設(shè)計環(huán)境條件，詳見表2。

2.2 支撐結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計

為了保證新建駁船的船體強度，采取了舷側(cè)貼加強板的設(shè)計形式，加強板選用20mm厚Q345B材質(zhì)的鋼板，焊接形式采用開孔塞焊+外側(cè)環(huán)焊的焊接形式。

考慮到與其他設(shè)備儀器管道的干涉，以及新建駁船尾封板的弧形設(shè)計，最終將支撐結(jié)構(gòu)焊接在加強板上。

2.3 計算載荷及邊界條件

使用MOSES軟件計算得到了以下三個過程的設(shè)計載荷：組塊整體與導(dǎo)管架的分離、雙船浮托組塊至半潛船、組塊與沙箱緩沖裝置（DSU）對接。

在本設(shè)計中，將組塊與導(dǎo)管架的分離、雙船浮托組塊至半潛船過程作為最危險工況進行分析。兩條新建駁船及支撐結(jié)構(gòu)完全對稱，因此只進行單側(cè)新建駁船及其附屬支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計。

提取上述兩個最危險工況的最大LMU作用力作為結(jié)構(gòu)設(shè)計載荷，加載在LMU外套筒中心上。

在新建駁船支撐結(jié)構(gòu)的對側(cè)加載1000MT水泥塊配重，通過船艙內(nèi)部壓載水和水泥塊配重來平衡組塊對于支撐結(jié)構(gòu)的載荷，并在新建駁船船底約束節(jié)點位移。

組合整理后得到本次計算最終設(shè)計載荷，詳見表3。

工況說明：

工況1：Fx取最大值，F(xiàn)y，F(xiàn)z取Fx最大值對應(yīng)工況下的值。

工況2：Fy取最大值，F(xiàn)x，F(xiàn)z取Fy最大值對應(yīng)工況下的值。

工況3：Fz取最大值，F(xiàn)x，F(xiàn)y取Fz最大值對應(yīng)工況下的值。

工況4：取Fx與Fz合力最大值工況， Fy取對應(yīng)工況下的值。

工況5：取Fy與Fz合力最大值工況， Fx取對應(yīng)工況下的值。

工況6：取Fx與Fy合力最大值工況， Fz取對應(yīng)工況下的值。

2.4 計算結(jié)果

（1）材質(zhì)：支撐結(jié)構(gòu)選用DH36材質(zhì)，屈服強度為355MPa；新建駁船選用Q235B材質(zhì)鋼板進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，屈服強度為235MPa；舷側(cè)加強板選用Q345B材質(zhì)鋼板，屈服強度為345MPa。

（2）所有結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力取屈服強度的0.9倍，應(yīng)力結(jié)果如下：支撐結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力為309.84MPa，小于許用應(yīng)力319.5MPa；新建駁船的最大等效應(yīng)力為183.37MPa，小于許用應(yīng)力211.5MPa；駁船舷側(cè)加強板的最大等效應(yīng)力為174.82MPa，小于許用應(yīng)力310.5MPa。

3 結(jié)論

本文以渤海海域6000T組塊為例，解析了海洋平臺組塊雙船浮托整體拆除和整體遷移方法中支撐結(jié)構(gòu)強度校核內(nèi)容及結(jié)果，為后續(xù)渤海區(qū)域其他組塊的拆除工作提供了參考。

綜上可知，采用雙船浮托法進行渤海區(qū)域組塊的整體拆除及整體遷移是可行的，期間支撐系統(tǒng)的設(shè)計安全可靠，結(jié)構(gòu)強度均能滿足設(shè)計需求。

本方案在雙船浮托的基礎(chǔ)上進行了兩處改進：一是新建兩艘浮托船，更具有針對性，且覆蓋組塊重量范圍更廣，可以滿足渤海海域1500噸～6000噸重量級別的組塊拆除需求；二是使用一艘半潛船將組塊及兩艘浮托船整體運輸?shù)侥繕撕Ｓ颍鉀Q了海洋平臺組塊海上整體遷移并直接再利用的長距離運輸問題。

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