廢棄平臺(tái)拆除過程中的浮吊系泊分析

周健，李曉明，韓敬艷，趙剛

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

浮吊系泊是指在施工前，按照船方通過施工經(jīng)驗(yàn)提供的拋錨就位圖，將浮吊系泊或者帶纜，保持浮吊在海上施工位置進(jìn)行施工時(shí)穩(wěn)定的作業(yè)。浮吊系泊分析主要是驗(yàn)證浮吊在此拋錨方案下是否能滿足其錨纜或者帶纜強(qiáng)度的計(jì)算分析，計(jì)算時(shí)主要考慮環(huán)境因素即在施工位置施工窗口，風(fēng)、浪、流對(duì)浮吊的作用，檢驗(yàn)浮吊在此環(huán)境條件下纜繩是否滿足規(guī)范要求，對(duì)于沒有特殊要求的項(xiàng)目，規(guī)范一般采用DNV GL 0032/ND GUIDELINES FOR MOORINGS[1]。計(jì)算程序目前通常采用的是Ultramarine公司開發(fā)的MOSES軟件。

系泊計(jì)算分析步驟主要分為：浮吊建模、定義錨纜屬性和拋錨位置、天氣窗口、完整工況及破斷工況校核4步。

1 浮吊建模

對(duì)于系泊分析的浮吊建模，主要參考浮吊的型值表和型線圖等相關(guān)文件資料。下面以泰國(guó)CEC拆除項(xiàng)目為例，浮吊使用的是南天龍：

浮吊建模：

定義船舶參數(shù)：空船重量、重心及回轉(zhuǎn)半徑[2]等。

船舶MOSES模型如下圖1所示：

坐標(biāo)系統(tǒng)：

圖2中定義了軟件中的坐標(biāo)系統(tǒng)。

風(fēng)浪流的方向?yàn)樵摥h(huán)境荷載的來向，與X軸反方向，沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。從船尾方向來的波浪其波浪角0°，從右舷方向來的波浪其波浪角為90°，從船角方向來的波浪其波浪角為45°或 135°，船艏來的波浪其波浪角為180°。

2 拋錨布置

采用懸鏈線理論[3]，在Moses中根據(jù)系泊系統(tǒng)的定義方式計(jì)算出各纜繩的剛度曲線，整合系泊系統(tǒng)的剛度施加于船體及浮式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)中，主要應(yīng)用于系泊時(shí)域計(jì)算中。

第一步，根據(jù)圖3拋錨布置圖，確定導(dǎo)纜孔在浮吊上的位置，并在計(jì)算程序中加載。

8個(gè)導(dǎo)纜孔在程序中加載，如下所示：

第二步，定義錨纜的屬性，以如下p1錨纜為例，在程序中需要定義其錨纜直徑、線密度、破斷力及拋錨水深，如下所示：

第三步，完成拋錨布置，根據(jù)拋錨布置圖計(jì)算出各個(gè)錨點(diǎn)的坐標(biāo)，在計(jì)算程序中將各個(gè)錨點(diǎn)與相應(yīng)的導(dǎo)纜孔之間連接錨纜，如下所示：

8根錨纜分別連接在8個(gè)導(dǎo)纜孔上，每根錨纜的屬性均在第二步中定義，以p1錨纜為例，從bp1導(dǎo)纜孔引出錨纜，拋錨方向?yàn)?120°，拋錨距離600米，其余錨纜也是如此。

第四步，給錨纜加載預(yù)緊力，收緊錨纜懸鏈線，以p1、p2為例，每根錨纜上增加20噸的預(yù)緊力，如下所示：

3 天氣窗口

根據(jù)施工作業(yè)窗口，選定合適的環(huán)境條件加載到程序中，海上浮吊吊裝作業(yè)需要相對(duì)平靜的天氣窗口，MOSES軟件加載環(huán)境條件為極端工況，風(fēng)、波浪和流同向作用到施工船舶上，故計(jì)算出的纜繩和錨受力結(jié)果與實(shí)際施工作業(yè)情況相比更加保守。

在軟件環(huán)境參數(shù)設(shè)置中，通常波高1.5到2米，風(fēng)速為5級(jí)風(fēng)的極限風(fēng)速10.8米/秒，流速1米/秒，計(jì)算時(shí)常10800。

波周期的計(jì)算公式為：

4 完整工況及破斷工況校核

系泊計(jì)算需要進(jìn)行完整工況，即全部錨和錨纜完好情況下，錨纜的受力和浮吊的位移情況，破斷工況即需要計(jì)算破斷每一根錨纜的情況下，其他的錨纜受力是否滿足規(guī)范要求，對(duì)于完整工況和破斷工況校核，DNV GL規(guī)范給出了相應(yīng)的要求，通常在計(jì)算運(yùn)動(dòng)時(shí)，完整工況錨纜的安全系數(shù)不小于1.67，破斷工況錨纜的安全系數(shù)不小于1.25[4]。

表1 規(guī)范對(duì)安全系數(shù)的要求

根據(jù)API RP 2SK Section 6.6.1，完整工況下錨的安全系數(shù)不小于0.8[5]。

另外，規(guī)范對(duì)船舶靠海上結(jié)構(gòu)的最小距離有專門的要求，此要求也需要用來校核完整工況及破斷工況的船舶位移結(jié)構(gòu)是否滿足要求。

海上導(dǎo)管架和組塊拆除時(shí)，浮吊距離導(dǎo)管架或者組塊的最小距離不應(yīng)該小于10米，系泊狀態(tài)，浮吊在風(fēng)浪流的作用下會(huì)產(chǎn)生一定的位移，這個(gè)最小距離的要求是基于此位移不會(huì)發(fā)生船舶與結(jié)構(gòu)物碰撞考慮的。

5 結(jié)語

本文在總結(jié)泰國(guó)CEC拆除項(xiàng)目中導(dǎo)管架拆除經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)述了進(jìn)行廢棄平臺(tái)海上浮吊系泊分析的幾個(gè)步驟，重點(diǎn)介紹了浮吊系泊分析的計(jì)算方法，由于廢棄導(dǎo)管架平臺(tái)的拆除在我國(guó)已經(jīng)逐步走向成熟，其計(jì)算方法也有很多實(shí)際工程項(xiàng)目來驗(yàn)證，因此，希望本文對(duì)未來更深入的研究起到拋磚引玉的作用。