老齡海上移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全管理初探

李紅濤

(中國(guó)船級(jí)社海工審圖中心，天津 300457)

老齡海上移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全管理初探

李紅濤

(中國(guó)船級(jí)社海工審圖中心，天津 300457)

主要介紹了中國(guó)船級(jí)社對(duì)老齡海上移動(dòng)平臺(tái)加強(qiáng)檢驗(yàn)的管理要求，對(duì)船齡超過30年的老齡移動(dòng)平臺(tái)實(shí)行特別現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)際測(cè)厚數(shù)據(jù)進(jìn)行平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，最終確定平臺(tái)安全狀況是否滿足主管機(jī)關(guān)要求。以一個(gè)實(shí)際老齡自升式鉆井平臺(tái)為例，介紹了現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和檢測(cè)要求，并通過實(shí)際計(jì)算分析指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，保證了此老齡平臺(tái)日后的作業(yè)安全。中國(guó)船級(jí)社對(duì)老齡移動(dòng)平臺(tái)的管理手段開創(chuàng)了超期服役海上移動(dòng)平臺(tái)安全管理的新模式，對(duì)保障我國(guó)海洋工程裝備安全生產(chǎn)具有重要意義。

老齡移動(dòng)平臺(tái);加強(qiáng)檢驗(yàn);結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估;安全管理

海上移動(dòng)平臺(tái)是指根據(jù)需要從一個(gè)作業(yè)地點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)作業(yè)地點(diǎn)的海上平臺(tái)［1］，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為自升式平臺(tái)、柱穩(wěn)式平臺(tái)、坐底式平臺(tái)及水面式平臺(tái)。海上移動(dòng)平臺(tái)一般為開采海上油氣，需長(zhǎng)期工作在惡劣的海洋環(huán)境中，受到波浪抨擊、沖刷、腐蝕、構(gòu)件損傷變形、疲勞等不利因素的影響，尤其當(dāng)平臺(tái)進(jìn)入超期服役階段，其結(jié)構(gòu)抗力的衰減、疲勞損傷的加速及安全環(huán)保等問題日益突出，存在很大的安全隱患。

目前，國(guó)外對(duì)于超期服役的老齡移動(dòng)平臺(tái)，沒有形成完善、成熟的監(jiān)管體系;對(duì)于我國(guó)營(yíng)運(yùn)船舶，交通運(yùn)輸部2006年下發(fā)了《老舊運(yùn)輸船舶管理規(guī)定》［2］，對(duì)不同的船舶類別規(guī)定了強(qiáng)制報(bào)廢船齡;海上移動(dòng)平臺(tái)作為特殊的海上作業(yè)設(shè)施，和傳統(tǒng)的營(yíng)運(yùn)船舶不同，并沒有強(qiáng)制報(bào)廢船齡。我國(guó)海上移動(dòng)平臺(tái)的擁有者一般為中海油、中石油、中石化等石油公司，其建造或購(gòu)買的海上移動(dòng)平臺(tái)很大一部分為20世紀(jì)70或80年代，海上移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)壽命一般為20年或30年，這些早期的移動(dòng)平臺(tái)陸續(xù)進(jìn)入后服役期，因此如何對(duì)超期服役的海上移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行安全管理已經(jīng)成為主管機(jī)關(guān)的一個(gè)新課題。

主要介紹了中國(guó)船級(jí)社(以下簡(jiǎn)稱CCS)對(duì)老齡海上移動(dòng)平臺(tái)加強(qiáng)檢驗(yàn)的管理要求，對(duì)船齡超過30年的老齡移動(dòng)平臺(tái)實(shí)行特別現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)際測(cè)厚數(shù)據(jù)進(jìn)行平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，最終確定平臺(tái)安全狀況是否滿足主管機(jī)關(guān)要求;以一個(gè)實(shí)際老齡自升式鉆井平臺(tái)為例，介紹了現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和檢測(cè)要求，并通過實(shí)際計(jì)算分析指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，保證了此老齡平臺(tái)日后的作業(yè)安全。中國(guó)船級(jí)社對(duì)老齡移動(dòng)平臺(tái)的管理手段開創(chuàng)了超期服役海上移動(dòng)平臺(tái)安全管理的新模式，對(duì)保障我國(guó)海洋工程裝備安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 CCS加強(qiáng)老齡移動(dòng)平臺(tái)檢驗(yàn)規(guī)定

CCS于2009年6月下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)老齡移動(dòng)平臺(tái)檢驗(yàn)管理的規(guī)定》通函(以下簡(jiǎn)稱“通函”)［3］，其中明確規(guī)定，對(duì)于船齡超過30年以上的老齡平臺(tái)，應(yīng)進(jìn)行特別檢驗(yàn)和檢測(cè)，主要包括平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)和根據(jù)實(shí)際測(cè)厚的平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。

1.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和檢測(cè)

“通函”規(guī)定，老齡移動(dòng)平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)、檢測(cè)應(yīng)滿足如下要求:

1)平臺(tái)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)、檢測(cè)應(yīng)按特別檢驗(yàn)(包括相關(guān)塢內(nèi)檢驗(yàn))的相應(yīng)范圍與要求實(shí)施，檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集應(yīng)能滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核所必需的要求。

2)首次按本通函要求實(shí)施檢驗(yàn)前，執(zhí)行檢驗(yàn)單位應(yīng)會(huì)同海工審圖中心、業(yè)主、檢測(cè)專業(yè)公司(必要時(shí))制訂盡可能詳細(xì)的“結(jié)構(gòu)特別檢驗(yàn)、檢測(cè)計(jì)劃”:①計(jì)劃應(yīng)滿足規(guī)范、規(guī)則和審圖中心為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核建模所需數(shù)據(jù)采集的需要;②在“結(jié)構(gòu)特別檢驗(yàn)、檢測(cè)計(jì)劃”經(jīng)本社社總部海工營(yíng)運(yùn)處批準(zhǔn)后，在本次以及隨后的相關(guān)檢驗(yàn)中實(shí)施。

3)第二次及以后按照本通函要求實(shí)施檢驗(yàn)時(shí)，執(zhí)行檢驗(yàn)單位應(yīng)會(huì)同海工審圖中心、業(yè)主，根據(jù)上次結(jié)構(gòu)校核的結(jié)論，修訂前次批準(zhǔn)的“結(jié)構(gòu)特別檢驗(yàn)、檢測(cè)計(jì)劃”，經(jīng)本社社總部海工營(yíng)運(yùn)處批準(zhǔn)后予以實(shí)施。

4)上述檢驗(yàn)實(shí)施中，應(yīng)嚴(yán)格實(shí)施經(jīng)批準(zhǔn)的“結(jié)構(gòu)特別檢驗(yàn)、檢測(cè)計(jì)劃”。必要時(shí)，驗(yàn)船師可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，要求對(duì)重要構(gòu)件的尺寸、變形以及全船龍骨基線的測(cè)量，并可根據(jù)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)及探傷的情況，要求適當(dāng)增加無損檢測(cè)范圍。

以上是“通函”對(duì)老齡移動(dòng)平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)、檢測(cè)的主要規(guī)定。從“通函”要求可以看出，老齡移動(dòng)平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)、檢測(cè)較常規(guī)塢檢、特檢，范圍更廣，探傷、測(cè)厚要求更為嚴(yán)格，且檢驗(yàn)、檢測(cè)結(jié)果應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核的建模要求。

1.2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

平臺(tái)每次進(jìn)行塢內(nèi)檢驗(yàn)和特別檢驗(yàn)，都需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)厚結(jié)果、結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，找出結(jié)構(gòu)薄弱或危險(xiǎn)區(qū)域，用以指導(dǎo)驗(yàn)船師現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和業(yè)主對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的維護(hù)保養(yǎng)。

主要強(qiáng)度校核要求如下:

1)總體性能分析/總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析:考察平臺(tái)的重量、重心、受風(fēng)面積及水密完整性，如變化較大，應(yīng)進(jìn)行平臺(tái)的總體性能/總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，主要包括:平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核;平臺(tái)的完整穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性;自升式平臺(tái)的站立穩(wěn)性;自升式平臺(tái)的樁腿屈服、屈曲強(qiáng)度分析;平臺(tái)壓載能力校核;自升式平臺(tái)的升降系統(tǒng)承載能力校核(如有鎖緊裝置，應(yīng)進(jìn)行鎖緊系統(tǒng)承載能力校核);自升式平臺(tái)的樁靴承載能力校核;柱穩(wěn)式平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析(總體模型范圍應(yīng)涵蓋平臺(tái)的所有主體結(jié)構(gòu)，包括整個(gè)甲板、上、下殼體、立柱、撐桿以及參與總體強(qiáng)度的主要附屬結(jié)構(gòu)等)。

2)局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核:對(duì)平臺(tái)上的主要結(jié)構(gòu)，或由于使用頻率較多產(chǎn)生嚴(yán)重磨損的部位、高應(yīng)力區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的部位、出現(xiàn)嚴(yán)重化學(xué)腐蝕的部位，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)對(duì)如下重點(diǎn)部位進(jìn)行局部強(qiáng)度校核。

①自升式平臺(tái)圍阱區(qū)域結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

主要考慮齒輪齒條(插銷或銷孔)的磨損及結(jié)構(gòu)實(shí)際腐蝕，對(duì)圍阱區(qū)域結(jié)構(gòu)，包括:升降系統(tǒng)基礎(chǔ)、上、下導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、鎖緊系統(tǒng)基礎(chǔ)、升降系統(tǒng)間拉緊結(jié)構(gòu)及圍阱艙壁進(jìn)行屈服、屈曲強(qiáng)度校核等，是否滿足規(guī)范要求。

②自升式平臺(tái)樁靴結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

樁靴工作環(huán)境惡劣，易產(chǎn)生腐蝕、變形及裂紋，應(yīng)根據(jù)樁靴實(shí)際狀態(tài)，對(duì)樁靴結(jié)構(gòu)按規(guī)范要求工況，進(jìn)行屈服、屈曲強(qiáng)度校核。

③自升式平臺(tái)懸臂梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

根據(jù)懸臂梁實(shí)際狀態(tài)，包括重量、變形及最大伸出位置，校核其屈服、屈曲強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求。

④大型設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

懸臂梁基礎(chǔ)、鉆臺(tái)基礎(chǔ)、吊機(jī)基座支撐結(jié)構(gòu)屬于使用頻次高，易產(chǎn)生磨損與變形的主要結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際重量和尺寸，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果，必要時(shí)對(duì)其屈服、屈曲強(qiáng)度進(jìn)行分析;此外，根據(jù)實(shí)際情況，考慮是否進(jìn)行承受較重甲板負(fù)荷作用的局部甲板結(jié)構(gòu)及其支撐結(jié)構(gòu)、直升機(jī)甲板支撐基礎(chǔ)、發(fā)電機(jī)基座、泥漿泵基座等結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核。

⑤泥漿池、壓載艙結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

泥漿池、壓載艙極易產(chǎn)生腐蝕，應(yīng)根據(jù)實(shí)際腐蝕情況，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范強(qiáng)度校核。

3)構(gòu)件尺寸規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式校核:自升式平臺(tái)船體、沉墊以及柱穩(wěn)式平臺(tái)上殼體、立柱、柱靴、下殼體應(yīng)按照《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范》(2005)、我社現(xiàn)行有效版《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》中有關(guān)的水密艙壁和深艙艙壁構(gòu)件尺寸經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行校核。

4)對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)實(shí)施連續(xù)的監(jiān)測(cè)和強(qiáng)度計(jì)算。在平臺(tái)每次塢檢時(shí)，都要對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)本次測(cè)厚報(bào)告中型材的腐蝕情況和現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)狀況修改模型的相關(guān)部分，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，以確定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、平臺(tái)目前的結(jié)構(gòu)狀況、改造或加強(qiáng)的要求。

從“通函”對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核的要求可以看出，此強(qiáng)度分析的范圍涵蓋了平臺(tái)的所有主要結(jié)構(gòu)，根據(jù)平臺(tái)的實(shí)際勘查狀況，通過直接計(jì)算確定平臺(tái)的安全狀態(tài)。

1.3 平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全狀況評(píng)價(jià)

CCS依據(jù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全狀況初步評(píng)估結(jié)果，確定平臺(tái)保持或縮短特別檢驗(yàn)和塢內(nèi)檢驗(yàn)正常間隔期、或必需的安全措施，以此作為簽發(fā)法定及入級(jí)證書的基礎(chǔ)。

2 CCS級(jí)老齡移動(dòng)平臺(tái)檢驗(yàn)案例

某一CCS級(jí)老齡移動(dòng)平臺(tái)2009年需進(jìn)塢進(jìn)行特檢，因其船齡超過30年，此船應(yīng)按CCS“通函”要求進(jìn)行檢驗(yàn)。此船為懸臂梁式自升式鉆井平臺(tái)，始建于1976年，采用三角形箱形主船體，配有三個(gè)桁架式樁腿，艏一尾二，升降系統(tǒng)為浮動(dòng)式電動(dòng)齒輪升降系統(tǒng)，每個(gè)樁腿弦桿一套;平臺(tái)每個(gè)樁腿帶有一個(gè)圓形的樁靴，拖航時(shí)可收回船底;目前最大作業(yè)能力水深為45.72 m(150英尺)。

按“通函”要求，CCS組織相關(guān)專業(yè)檢驗(yàn)人員對(duì)此老齡平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)地勘驗(yàn)，并會(huì)同船東共同制定了檢驗(yàn)、檢測(cè)計(jì)劃。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、檢測(cè)計(jì)劃

2.1.1 測(cè)厚、探傷總體要求

1)所有測(cè)厚范圍需滿足特檢要求和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核所必需的數(shù)據(jù)要求，探傷范圍應(yīng)滿足特檢要求;

2)板材測(cè)厚應(yīng)按板縫線進(jìn)行，沒有明顯銹蝕情況下每塊板5個(gè)點(diǎn)，否則按現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)船師要求進(jìn)行;

3)骨材在沒有明顯銹蝕的情況下每根測(cè)2點(diǎn)，否則按現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)船師要求進(jìn)行;

4)測(cè)厚結(jié)果板厚超標(biāo)后應(yīng)換板，最終測(cè)厚報(bào)告一律按新?lián)Q板后的數(shù)據(jù)填寫。

2.1.2 測(cè)厚范圍具體要求

通過此案例平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、檢測(cè)計(jì)劃可以看出，其測(cè)厚、探傷范圍和數(shù)量較特檢要求增加了很多，主要是考慮為了滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核所必需的數(shù)據(jù)以及最大程度的保證老齡平臺(tái)的結(jié)構(gòu)完整、安全性(見表1)。

表1 測(cè)厚范圍Tab.1 Scope of Thickness Measurement

2.2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

根據(jù)對(duì)案例平臺(tái)的實(shí)際勘驗(yàn)，CCS海工審圖中心對(duì)此老齡移動(dòng)平臺(tái)的在位整體性能、平臺(tái)船體、圍阱區(qū)以及樁靴4個(gè)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度分析。對(duì)于懸臂梁、鉆臺(tái)、直升機(jī)甲板及設(shè)備底座等結(jié)構(gòu)，由于狀況良好，本次結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核沒有包括在內(nèi)。

2.2.1 在位整體性能分析

自升式鉆井平臺(tái)的在位性能分析主要是考核站立工作狀態(tài)下的整體安全表現(xiàn)［4］，主要包括樁腿強(qiáng)度、升降系統(tǒng)承載性能、樁靴承載性能、抗傾穩(wěn)性、預(yù)壓載性能及預(yù)壓時(shí)升降齒輪的保持能力。在位性能將直接影響到平臺(tái)操作安全及作業(yè)能力，是平臺(tái)使用者最為關(guān)注的重點(diǎn)。

表2 計(jì)算工況及分析結(jié)果Tab.2 Design condition and analysis results

根據(jù)該平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用有限元軟件SACS建立如圖1所示的有限元模型，所有結(jié)構(gòu)由梁?jiǎn)卧M。坐標(biāo)原點(diǎn)位于靜水面，x方向指向船首，y方向指向左舷，z向豎直向上。

計(jì)算工況主要選取操作手冊(cè)規(guī)定的工況，樁腿構(gòu)件尺寸按實(shí)際測(cè)厚數(shù)據(jù)模擬，模型重量、重心位置由最近傾斜試驗(yàn)結(jié)果得到，計(jì)算工況及分析結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，此案例平臺(tái)的樁腿強(qiáng)度、升降系統(tǒng)能力、樁靴承載能力、預(yù)壓載能力及升降齒輪保持能力的承載比(載荷與能力比值UC)均小于1.0;抗傾穩(wěn)性安全系數(shù)大于1.3/1.5，因此平臺(tái)在位整體性能滿足CCS規(guī)范要求［5］。

2.2.2 平臺(tái)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

平臺(tái)體是所有設(shè)備及人員操作的承載體，應(yīng)確保具有足夠的強(qiáng)度，抵御環(huán)境載荷及功能載荷產(chǎn)生的不利影響。使用Ansys有限元軟件，建立如圖2所示的船體有限元模型，模型中采用了板殼單元、梁?jiǎn)卧肮軉卧鹊倪m當(dāng)組合，按實(shí)際測(cè)厚數(shù)據(jù)將平臺(tái)模擬為空間板殼、梁的組合結(jié)構(gòu)。計(jì)算工況主要分為作業(yè)和自存兩種工況。

圖1 有限元模型Fig.1 FE model for global performance

圖2 平臺(tái)體有限元模型Fig.2 FE model for hull

有限元分析結(jié)果表明，船體結(jié)構(gòu)的最大相當(dāng)應(yīng)力為202 MPa，小于許用應(yīng)力212 MPa，發(fā)生在懸臂梁固定底座下縱艙壁處，是由于懸臂梁外伸載荷引起。因此船體主要結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度滿足要求;選取受壓或剪應(yīng)力較大的板格按CCS規(guī)范［5］進(jìn)行屈曲分析，計(jì)算結(jié)果表明，屈曲因子均小于1，表明屈曲強(qiáng)度滿足要求。

作業(yè)工況、環(huán)境條件90°入射下，船體的相當(dāng)應(yīng)力云圖如圖3所示。

2.2.3 圍阱區(qū)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

圍阱區(qū)主要包括升降室、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、固樁支撐結(jié)構(gòu)及部分圍阱艙室，是船體與樁腿的連接部位，其結(jié)構(gòu)安全是平臺(tái)安全作業(yè)的保障。使用Ansys有限元軟件，建立如圖4所示的圍阱區(qū)有限元模型。計(jì)算工況主要分為拖航、作業(yè)及自存三種工況。

圖3 船體應(yīng)力云圖Fig.3 Von mises stress plot for hull

圖4 圍阱區(qū)有限元模型Fig.4 FE model for leg well

有限元分析結(jié)果表明，風(fēng)暴工況下，固樁垂向支撐型材應(yīng)力超過許用應(yīng)力320 MPa，不滿足強(qiáng)度要求，因此建議增加10 mm的加強(qiáng)板，即可滿足規(guī)范要求，如圖5所示。圍阱區(qū)其它結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度均滿足要求;選取受壓或剪應(yīng)力較大的板格屈曲分析，計(jì)算結(jié)果表明，屈曲因子均小于1，表明屈曲強(qiáng)度滿足要求。

作業(yè)工況、環(huán)境條件90°入射下，圍阱區(qū)的相當(dāng)應(yīng)力云圖如圖6所示。

圖5 加強(qiáng)的垂向支撐構(gòu)件Fig.5 Strengthened vertical support member

圖6 圍阱區(qū)應(yīng)力云圖Fig.6 Von mises stress plot for leg well

2.2.4 樁靴結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

樁靴是支撐平臺(tái)站立的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)能抵抗各種工況下載荷的作用。使用Ansys有限元軟件，按實(shí)際測(cè)厚數(shù)據(jù)建立如圖7所示的樁靴有限元模型。按CCS規(guī)范要求，樁靴強(qiáng)度分析工況主要有4種:①載荷均勻分布作用在樁靴與海底的初始接觸面上;②載荷均布作用在樁靴底面50%的區(qū)域;③載荷均布作用在樁靴底面整個(gè)區(qū)域;④載荷線性分布作用在樁靴底面整個(gè)區(qū)域，一端為0，一端為2倍。

有限元分析結(jié)果表明，樁靴結(jié)構(gòu)的最大相當(dāng)應(yīng)力為186 MPa，小于許用應(yīng)力212 MPa，發(fā)生在徑向輻射板處，因此樁靴屈服強(qiáng)度滿足要求;選取受壓或剪應(yīng)力較大的板格進(jìn)行屈曲分析，計(jì)算結(jié)果表明，屈曲因子均小于1，表明屈曲強(qiáng)度滿足要求。

作業(yè)工況、環(huán)境條件90°入射下，樁靴的相當(dāng)應(yīng)力云圖如圖8所示。

圖7 樁靴有限元模型Fig.7 FE model for spud can

圖8 樁靴應(yīng)力云圖Fig.8 Von mises stress plot for spud can

2.3 平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全狀況評(píng)價(jià)

CCS對(duì)案例老齡自升式鉆井平臺(tái)的加強(qiáng)檢驗(yàn)，一方面通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、檢驗(yàn)，對(duì)腐蝕超標(biāo)的板材進(jìn)行換新，對(duì)出現(xiàn)裂紋的位置進(jìn)行修理;另一方面通過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的位置進(jìn)行加強(qiáng)，最終評(píng)價(jià)此案例平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全狀況良好。因此正常簽發(fā)了5年的法定及入級(jí)證書，并且通過此期間建立的有限元分析模型，為平臺(tái)下一次進(jìn)塢評(píng)估奠定了基礎(chǔ)，從而有力地保證了此老齡平臺(tái)的安全運(yùn)營(yíng)。

3 結(jié)語(yǔ)

介紹了中國(guó)船級(jí)社對(duì)老齡海上移動(dòng)平臺(tái)加強(qiáng)檢驗(yàn)的管理要求，并通過一個(gè)實(shí)際案例平臺(tái)，詳細(xì)論述了加強(qiáng)檢驗(yàn)的方法和流程。此管理手段已被證明適用于我國(guó)海洋工程裝備的安全監(jiān)管方式，有效地填補(bǔ)了超期服役老齡移動(dòng)平臺(tái)的安全監(jiān)管空白，但在以下幾個(gè)方面仍需進(jìn)一步探討和完善:

1)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)問題。目前老齡移動(dòng)平臺(tái)的計(jì)算校核按新建平臺(tái)對(duì)待，所依據(jù)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)仍按建造規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，此處理是否合理、準(zhǔn)確仍需進(jìn)一步討論;

2)疲勞問題。移動(dòng)平臺(tái)經(jīng)常在海上變換作業(yè)區(qū)域，如何統(tǒng)計(jì)、計(jì)算其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的疲勞損傷成為一個(gè)難點(diǎn);

3)對(duì)老齡移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)計(jì)算校核受到原始設(shè)計(jì)資料、歷次改造資料及結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀等的影響，為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)老齡移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)狀，必須獲取完整、準(zhǔn)確的平臺(tái)結(jié)構(gòu)資料，建議從設(shè)計(jì)階段開始采用結(jié)構(gòu)完整性管理方法管理新建平臺(tái)。

［1］國(guó)際海事組織.海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則［M］.北京:人民交通出版社，1989:1-2.

［2］中華人民共和國(guó)交通部.老舊運(yùn)輸船舶管理規(guī)定［S］.2006年8號(hào)令.

［3］中國(guó)船級(jí)社海工營(yíng)運(yùn)處.關(guān)于加強(qiáng)老齡移動(dòng)平臺(tái)檢驗(yàn)管理的規(guī)定［S］.中國(guó)船級(jí)社，2009.

［4］Li Hong-tao，Yang Qing-xia，Li Ye.Study on general performance of jack-up under elevated condition［J］.China Ocean Engineering，2009，23(3):577-584.

［5］中國(guó)船級(jí)社.海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2005:45-49.

Discussion on structure safety management of aged mobile offshore drilling unit

LI Hong-tao
(Offshore Engineering Plan Approval Center of CCS，Tianjin 300457，China)

CCS circular of enhanced survey for aged MODU is introduced in this paper.The circular requests that the CCS class MODU whose age is older than 30 years needs special site survey and structure strength assessments according to actual thickness measurement by which the platform safety status is decided whether to satisfy government’s requirements.As an example，the site survey plan for an aged jack-up and structure strengthening plan by structural analysis are recommended.By these measures，the operation safety should be ensured for the example MODU.The CCS method is a new manner for aged MODU safety management and is of great significance for safety of domestic offshore engineering equipment.

aged MODU;enhanced survey;structure strength assessment;safety management

P752

A

1005-9865(2012)02-0123-06

2011-07-21

李紅濤 (1976－)，男，天津人，博士，高級(jí)工程師，從事海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究工作。E-mail:htli@ccs.org.cn