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海洋平台组块双船浮托整体迁移方法支撑结构设计

2019-07-26 20:16:51 来源:能威(天津)海洋工程技术有限公司 中海石油(中国)有限公司天津分公司

随着近年来部分海上石油平台的服役期满,对这部分完成使命的平台的拆除再利用工作也陆续开展起来,而如何维护平台组块在拆除及运输过程中的完整及稳定,是一直以来的研究热点。本文以双船浮托技术为基础,主要针对我国渤海海域1500吨~6000吨重量组块的整体拆除及整体迁移,设计总结了一套可通用的方案,并对方案实施中结构强度校核计算进行了分析。

关键词:双船浮托;组块拆除;整体迁移;绑扎固定;强度校核

中图分类号:U674.38 文献标识码:A 文章编号:1006—7973(2017)07-0042-03

1 组块整体拆除和迁移过程简介

采用双船浮托法进行组块拆除,有如下几个优点:①组块整体拆除、整体再利用;②减少了对大型浮吊的依赖;③与传统吊装方法拆除平台相比,可以节省一定的费用。

本方案以渤海区域6000吨重量组块为例,进行了拆除方案的分析和研究,而目标平台模型参照渤海区域某实际的组块搭建,重量重心与组块资料一致。主要研究采用双船浮托法进行组块整体拆除和迁移过程中,如何进行绑扎固定最为安全有效。

方案中需要的船舶资源主要有:两艘相同的新建浮托船,一艘半潜运输船(海洋石油278)。

表1 船舶资源主尺度信息

主尺度新建驳船半潜船

总长(m)40.00220.00

型宽(m)60.0042.00

型深(m)7.0013.30

设计吃水(m)4.6010.50

肋距(m)2.000.80

最大下潜吃水(m)---26.80

1.1 组块整体与导管架的分离

首先,为使组块两侧的支撑点具有足够的强度,保证组块的结构整体完整性,便于组块的二次整体利用,需要对组块两侧焊接支撑点并对附近的结构进行加强。浮托船舷侧安装组块支撑结构,支撑结构上方放置桩腿对接缓冲器(LMU);导管架外侧四个主腿上安装有碰球,用于缓冲浮托船对导管架的碰撞并起到定位作用。两艘浮托船通过排载调整到一定横倾角,同步向导管架靠拢并停靠在碰球处,再同步调平船体,实现LMU与支撑节点的对接;对接完成后,通过对浮托船排载操作,上浮逐步承担起组块的重量,从而使组块整体与导管架分离。

1.2 双船浮托组块至半潜船

组块整体与导管架分离后,浮托船在缆绳和绞车的协助下支撑组块完成短距离运输,最终到达半潜船上方指定位置。为实现这一过程,在浮托船上安装了导轨装置及纵向防撞装置,相应在半潜船甲板上安装了横向和纵向定位桩,半潜船下潜到水面下设计吃水位置,露出水面的定位桩将引导浮托船驶入。在半潜船甲板上方及对应两条浮托船正下方布置并固定枕木;浮托船进入到最终位置后,保持其平衡并使浮托船底与枕木最上方保留1.6m的垂直距离。

1.3 组块与沙箱缓冲装置(DSU)对接

在半潜船甲板上预定设计位置,提前焊接好组块支撑框架结构,支撑框架顶部设置沙箱缓冲装置(DSU)。组块与浮托船到达半潜船上方预定设计位置后,DSU结构对准组块主腿插尖,首先对半潜船进行排载操作使其上浮,完成DSU结构与组块主腿的对接。此时,枕木与浮托船底仍有一定间隙,继续对半潜船进行排载,浮托船将坐落在枕木上,LMU与组块外侧支撑节点分离,组块的重量完全转移到半潜船甲板支撑框架。

1.4 组块整体迁移再利用

继续对半潜船排载,使其达到设计的运输吃水,然后进行浮托船及组块的绑扎固定。最后,半潜船将载着两艘浮托船及组块直接运输到海上固定平台安装现场,并将组块安装到一个新建导管架上,从而实现组块的整体迁移并直接再利用。

2 组块支撑结构设计

2.1 设计基础

浮托船舷侧组块支撑结构强度校核,使用有限元分析软件ANSYS完成;考虑渤海海域常规浮托作业环境条件,并使用MOSES时域计算得到LMU位置的反力,作为组块支撑结构设计载荷。设计环境条件,详见表2。

表2 设计环境条件

工况浪向

(deg.)有义波高 (m)波浪周期

(s)风速

(m/s)流速

(m/s)

等待0~3152.05.10, 6.43, 7.75151.14

操作0~3151.03.61, 4.55, 5.48151.14

浮托0, 1800.52.55, 3.22, 3.8861.14

45, 1350.753.12, 3.93, 4.7471.14

901.03.61, 4.55, 5.48101.14

2.2 支撑结构详细设计

为了保证新建驳船的船体强度,采取了舷侧贴加强板的设计形式,加强板选用20mm厚Q345B材质的钢板,焊接形式采用开孔塞焊+外侧环焊的焊接形式。

考虑到与其他设备仪器管道的干涉,以及新建驳船尾封板的弧形设计,最终将支撑结构焊接在加强板上。

2.3 计算载荷及边界条件

使用MOSES软件计算得到了以下三个过程的设计载荷:组块整体与导管架的分离、双船浮托组块至半潜船、组块与沙箱缓冲装置(DSU)对接。

在本设计中,将组块与导管架的分离、双船浮托组块至半潜船过程作为最危险工况进行分析。两条新建驳船及支撑结构完全对称,因此只进行单侧新建驳船及其附属支撑结构设计。

提取上述两个最危险工况的最大LMU作用力作为结构设计载荷,加载在LMU外套筒中心上。

在新建驳船支撑结构的对侧加载1000MT水泥块配重,通过船舱内部压载水和水泥块配重来平衡组块对于支撑结构的载荷,并在新建驳船船底约束节点位移。

组合整理后得到本次计算最终设计载荷,详见表3。

表3组块支撑结构设计载荷

工况LMU位置FX(MT)FY(MT)FZ(MT)

工况 1A1/B1-36.750.001019.19

A2/B2-38.040.001407.71

A3/B3-38.250.00522.58

工况2A1/B10.00187.120.00

A2/B20.00-188.94154.63

A3/B30.00-196.1660.76

工况3A1/B10.000.001374.25

A2/B20.000.001661.39

A3/B30.0044.31736.20

工况 4A1/B10.000.001374.25

A2/B20.000.001661.39

A3/B30.0044.31736.20

工况5A1/B10.000.001374.25

A2/B20.000.001661.39

A3/B30.0044.31736.20

工况6A1/B10.00187.120.00

A2/B20.00-188.94154.63

A3/B30.00-196.1660.76

工况说明:

工况1:Fx取最大值,Fy,Fz取Fx最大值对应工况下的值。

工况2:Fy取最大值,Fx,Fz取Fy最大值对应工况下的值。

工况3:Fz取最大值,Fx,Fy取Fz最大值对应工况下的值。

工况4:取Fx与Fz合力最大值工况, Fy取对应工况下的值。

工况5:取Fy与Fz合力最大值工况, Fx取对应工况下的值。

工况6:取Fx与Fy合力最大值工况, Fz取对应工况下的值。

2.4 计算结果

(1)材质:支撑结构选用DH36材质,屈服强度为355MPa;新建驳船选用Q235B材质钢板进行结构设计,屈服强度为235MPa;舷侧加强板选用Q345B材质钢板,屈服强度为345MPa。

(2)所有结构等效应力取屈服强度的0.9倍,应力结果如下:支撑结构的最大等效应力为309.84MPa,小于许用应力319.5MPa;新建驳船的最大等效应力为183.37MPa,小于许用应力211.5MPa;驳船舷侧加强板的最大等效应力为174.82MPa,小于许用应力310.5MPa。

3 结论

本文以渤海海域6000T组块为例,解析了海洋平台组块双船浮托整体拆除和整体迁移方法中支撑结构强度校核内容及结果,为后续渤海区域其他组块的拆除工作提供了参考。

综上可知,采用双船浮托法进行渤海区域组块的整体拆除及整体迁移是可行的,期间支撑系统的设计安全可靠,结构强度均能满足设计需求。

本方案在双船浮托的基础上进行了两处改进:一是新建两艘浮托船,更具有针对性,且覆盖组块重量范围更广,可以满足渤海海域1500吨~6000吨重量级别的组块拆除需求;二是使用一艘半潜船将组块及两艘浮托船整体运输到目标海域,解决了海洋平台组块海上整体迁移并直接再利用的长距离运输问题。

参考文献:

[1]郝静辉,杨树耕.海上石油平台拆除技术的发展现状[J].中国港湾建设,2004,2004(04).

[2]田永花,李敏雪,廖凌之.浅谈国外平台拆除新方法[J].中国水运,2016,16(7):327-331.

[3]AISC, Manual of Steel Construction – Allowable Stress Design, 9th Edition.

[4]API RP 2A–WSD, Recommended Practice for Planning and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design, 2007,2007(10).

[5]李成钢,张敬安,郑辉,等.海洋油气退役平台弃置方案研究[J].中国石油和化工标准与质量,2013,2013(09):69-70.

[6]李美求,段梦兰,施昌威,陈祥余,钟德理.海洋废弃桩基平台拆除的工程模式和方案选择[J].中国海洋平台,2008,2008(03).

[7]王勇,戴兵,高军伟.废弃海洋石油平台的拆除[J].机械工程师,2010,2010(01).


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