海上浮式裝置傾斜、搖擺載荷下管道應力分析研究

王偉，張富美，張立德，肖夢凡，田顯偉

（中廣核研究院有限公司，深圳 518000）

隨著石油、化工、核電等領域迅速的發展，海上浮式裝置得到了廣泛應用。巨大的海上風浪會使海上浮式裝置發生傾斜，并產生劇烈的搖擺，有可能破壞裝置內的管道系統，造成巨大的安全隱患和經濟損失。為了確保管道系統在海洋條件下的各項功能，對海上浮式裝置管道進行力學分析時，必須考慮海洋條件的傾斜、搖擺載荷。

與陸上常規工業管道相比，海上浮式裝置空間有限，管道布置復雜，還需額外考慮傾斜、搖擺等海洋條件特殊載荷。本文利用PepS[1]管道應力分析軟件，采用逆向工程[2]與有限元相結合的方法進行計算建模，考慮了壓力、自重、熱膨脹、傾斜、搖擺、沖擊等載荷，對海上浮式裝置管道實例進行了數值模擬研究分析，并對海上浮式裝置管道載荷系數法給出了修正建議，更加真實地反應海上浮式裝置管道的結構應力情況，為海上浮式裝置管道的應力分析提供了有效示例。

1 管道基本情況

1.1 管道參數

計算中使用的管線截面尺寸：外徑為48.3 mm、壁厚為3.68 mm，管線材料為TP304L[3]。根據石油、化工、核電等領域管道評定要求，規范等級評定時使用美國機械工程師學會（ASME）鍋爐及壓力容器規范中的B31.1 壓力管道標準[4]。

1.2 管道建模

海上浮式裝置的相對空間狹小，布置環境復雜，因此為了保證后續管道有限建模計算的可靠性，采用了基于三維激光掃描的逆向工程技術建立復雜管道模型[5]，以三維激光掃描方法獲取海上浮式裝置實際管道的表面三維坐標數據，基于該坐標數據進行管道關鍵節點位置的建模，從而建立完整的海上浮式裝置管道模型，逆向工程管道模型如圖1 所示。……