分段式吊裝撐桿設計

劉 超 李文博 黃山田 黃海濱 李雪松

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

企鵝FPSO 安裝集成項目包含多個大小模塊的吊裝，大部分模塊的吊裝操作均需要使用德浮3600 吊船并借助吊裝撐桿來完成。根據現有資源，巴西FPSO 項目設計的上撐桿可以滿足模塊吊裝的要求，僅需要設計一套能用于大型模塊吊裝的下撐桿。企鵝FPSO 最大模塊吊點間距26.11 米，浮吊船爬桿間距24米，考慮撐桿的通用性及便捷性，下撐桿分三節設計，且截面設計為多孔式，方便快捷調整吊柱間距。企鵝FPSO 上部模塊包括F10～U50 及多個較輕的小功能模塊（F10，重量在100MT 以下），該撐桿主要用于F20～U40 模塊的吊裝，模塊重量約250MT～1800MT，浮吊船使用的是煙臺打撈局的德浮3600。

1 正文

1.1 下撐桿結構形式選取

參照巴西FPSO P67/P70 撐桿設計形式，選取下撐桿為箱形梁式結構形式。考慮撐桿的通用性及便捷性，撐桿分三節設計。對于大型模塊及模塊吊點跨距較大時，可選用三節撐桿整體吊裝，對于質量較輕及吊點跨距較小時，可采用兩節撐桿或者單節撐桿吊裝。截面設計為多孔式，方便根據不同吊點跨距選擇對應孔距吊裝。下撐桿截面形式如圖1 所示：

圖1 下撐桿基本形式圖

1.2 下撐桿強度校核

下撐桿整體強度采用SACS 軟件進行校核，由于SACS 軟件無法校核截面開孔，因此采用ANSYS 軟件對截面開孔處進行局部校核。下撐桿的連接處參照Herrma 設計吊耳進行校核。

1.2.1 下撐桿整體強度校核

應用SACS 對不同截面進行撐桿強度校核，撐桿截面形式如圖2 所示。選取模塊吊裝計算最大吊繩力作為撐桿設計載荷，不同截面下SACS 計算結果統計如表1 所示。

表1 中總結了不同材質及不同截面SACS 計算UC 值。

表1 結果表明巴西FPSO P67/P70 撐桿截面形式不適用，查看sacs 計算結果，表明撐桿縱向承受彎矩能力不足，因此考慮增大撐桿高度，具體截面形式如圖3 所示。

圖2 SACS 計算模型及下撐桿截面形式示意圖

表1 下撐桿SACS 計算結果統計

圖3 SACS 計算模型及下撐桿截面形式示意圖

表2 下撐桿變截面SACS 計算結果統計

由于SACS 無法模擬下撐桿開孔結構，采用ANSYS 對下撐桿進行局部結構校核，校核結果如圖4 所示：

圖4 ANSYS 計算模型及結果示意圖

1.2.2 下撐桿連接處校核

下撐桿連接處參考Heerma 設計吊耳的方法采用MathCAD校核，下撐桿連接處示意圖如圖5 所示：

圖5 下撐桿連接處校核截面示意圖（參考Heerma 吊耳設計）

采用900MT 作為輸入載荷，提取下撐桿SACS 整體計算連接處的桿件內力，校核結果如表3 所示。

表3 統計結果表明，吊點跨距對連接處彎矩影響較大，較大彎矩值直接影響水平焊縫的強度。因此對撐桿截面參數進行優化，增大撐桿高度，同時適當增大水平焊縫距離，優化后的撐桿連接處強度校核結果如表4 所示：

表3 900MT 設計載荷不同跨距校核連接銷軸及連接板結果總結

表4 900MT 設計載荷不同跨距校核連接銷軸及連接板結果總結

由表4 統計結果，最終確定下撐桿選用截面尺寸為25000 x 900 x 3000，結構形式如圖6 所示：

圖6 下撐桿結構形式示意圖

2 結論

結合巴西FPSO P67/P70 項目的實際情況，對撐桿設計進行了改進，減少了撐桿整體重量，改變了撐桿設計形式，從使用效率及經濟性都有了較大提升，為后續吊裝撐桿設計提供了參考和借鑒經驗。