論海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的加工設(shè)計(jì)

摘 要：本篇論文主要論述海上石油鉆井平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的加工設(shè)計(jì)，論文中將以實(shí)際項(xiàng)目為例，介紹加工設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程以及相關(guān)軟件的應(yīng)用方法，目的在于提高設(shè)計(jì)人員的工作效率、減少錯(cuò)誤的發(fā)生。論文包括如下幾個(gè)部分：一、工況概述；二、建造方案；三、加設(shè)圖；四、單件圖與排版圖。

關(guān)鍵詞：型材；有限元；板材；吊點(diǎn)；吊裝

1工況概述

海上石油鉆井平臺(tái)是以鋼結(jié)構(gòu)為主體的多專業(yè)協(xié)同工作的采油平臺(tái)，在加工設(shè)計(jì)階段，由于詳細(xì)設(shè)計(jì)已經(jīng)基本繪制了結(jié)構(gòu)圖紙，加工設(shè)計(jì)只需要制定施工方案，完成圖紙桿件的標(biāo)號(hào)和每個(gè)桿件的單件圖和排版圖的繪制。本篇論文以平臺(tái)改造項(xiàng)目為例，論述加工設(shè)計(jì)的基本方法和工作思路。

工況概述：平臺(tái)改造項(xiàng)目的目的是為了在平臺(tái)上增加一臺(tái)設(shè)備，以更好的進(jìn)行原油處理，減少資源浪費(fèi)。該設(shè)備重70噸外形尺寸為長(zhǎng)2米寬12米，放置于平臺(tái)東側(cè)，目前設(shè)備就位區(qū)沒(méi)有結(jié)構(gòu)，需要增加結(jié)構(gòu)放置設(shè)備。

詳細(xì)設(shè)計(jì)已經(jīng)提供結(jié)構(gòu)平面圖和節(jié)點(diǎn)圖。

大梁選用H588X300X12X20的H型鋼，小梁選用H300X300X10X15的H型鋼，材料為Q345B， 甲板板選用8毫米厚的碳素結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì)為Q235B， 選擇直徑為273毫米壁厚為10毫米的20#鋼的無(wú)縫鋼管。節(jié)點(diǎn)板選用13毫米厚的碳素結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì)為Q345B。

2 建造方案

加工設(shè)計(jì)的建造方案主要是甲板片的預(yù)制方案，吊裝方案等。預(yù)制方案一般用正造法或者反造法。

正造法是在建造場(chǎng)地上放置墊敦，將甲板片放置于墊敦上建造。

反造法是在車間里翻轉(zhuǎn)建造，將甲板板平鋪于水泥地上劃線并翻轉(zhuǎn)組對(duì)梁格，最后翻身。

由于反造法不像正造法那樣需要高度調(diào)整，劃線也很容易，所以組對(duì)迅速，建造效率很高，所以只要建造方有車間資源我們就首選反造法。但是反造法需要設(shè)計(jì)人員制作翻身方案，所以增加了加工設(shè)計(jì)人員的工作量。

甲板片預(yù)制的技術(shù)要求如下：

a.立柱的中心線公差在±10mm以內(nèi)，在平面圖中，立柱的對(duì)角線公差在±19mm以內(nèi)。

b.所有節(jié)點(diǎn)位置的標(biāo)高偏差在±25mm范圍內(nèi)。

c.水平拉筋的標(biāo)高公差在±12mm以內(nèi)。

d.在節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)筋板與隔板的位置偏差不能超過(guò)±3 mm 與 t/10，二者取小值，（t=筋板或隔板的厚度），節(jié)點(diǎn)外部的筋板位置偏差應(yīng)小于t/6或6mm，二者取小值（t=筋板厚）。

e.凡未提到的誤差要求均按技術(shù)規(guī)格書或規(guī)范執(zhí)行；

f. 以上所給誤差為制造的最終誤差，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制各個(gè)工序的誤差，以保證誤差控制在允許誤差范圍內(nèi)。

g.所有臨時(shí)附件用后必須在距母材表面至少5mm地方用氣炬割除，并用砂輪打磨，使其與母材光滑平齊。具體位置由M.P.I檢查是否存在瑕疵。

翻身方案一般是利用車間里面的兩臺(tái)天車聯(lián)合作業(yè)，在甲板片的兩端焊接翻身吊點(diǎn)，將甲板片翻轉(zhuǎn)180度。結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件一般用SACS5.2，分別分析翻轉(zhuǎn)30度、60度、90度、120度、150度時(shí)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，整個(gè)翻身過(guò)程結(jié)構(gòu)體不離開(kāi)地面，核算結(jié)構(gòu)翻身強(qiáng)度，如果強(qiáng)度不夠可以增加臨時(shí)加強(qiáng)梁，然后設(shè)計(jì)翻身吊點(diǎn)，設(shè)計(jì)軟件一般用SOLIDWORKS，建模以后導(dǎo)入ANSYS10.0進(jìn)行分析，最后確定吊點(diǎn)形式。

吊裝方案是設(shè)計(jì)平吊吊點(diǎn)，確定吊點(diǎn)位置，并設(shè)計(jì)履帶吊的行走路線和配重方案，計(jì)算吊機(jī)使用率等工作。用于指導(dǎo)起重作業(yè)將甲板片安裝就位。

吊裝方案的計(jì)算同樣是SACS5.2進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，只需要分析平吊狀態(tài)一種工況，平吊吊點(diǎn)也是用SOLIDWORKS建模以后導(dǎo)入ANSYS10.0進(jìn)行分析。

場(chǎng)地要求如下：

a.在進(jìn)行吊裝作業(yè)之前，應(yīng)清理吊車行走路線上的障礙物；

b.清掃行車通道，盡量保證車道的平整；

c.行車通道不能橫跨電纜溝及其他危險(xiǎn)區(qū)域；

d.在進(jìn)行吊裝作業(yè)時(shí)，吊車的旋轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)不能有任何障礙物；

e.任何靠近吊裝作業(yè)區(qū)的施工人員必須遠(yuǎn)離至安全區(qū)域；

f.場(chǎng)地地基承載能力應(yīng)滿足吊車在滿負(fù)荷狀態(tài)下的承載要求。

吊點(diǎn)的技術(shù)要求如下：

a.吊點(diǎn)主板局部加強(qiáng)材料等級(jí)為D36或D36以上；

b.吊點(diǎn)所用材料應(yīng)使用直探針（0？）進(jìn)行100%超聲檢測(cè)。吊點(diǎn)主板軋制方向和吊點(diǎn)的受力的方向一致，并且在鋼板做方向鋼??；

c.所有焊縫吊裝前要作磁粉檢驗(yàn)， 吊點(diǎn)主板和側(cè)板與組合梁翼緣板焊接后要做100% UT；

d.與吊點(diǎn)主板和側(cè)板相接的組合梁上翼緣板需要在吊點(diǎn)安裝前檢查紋理結(jié)構(gòu)；

e.吊點(diǎn)主板應(yīng)與吊繩受力方向一致。

3加設(shè)圖

加設(shè)圖是在祥設(shè)圖的基礎(chǔ)上，給每個(gè)桿件或者節(jié)點(diǎn)板增加一個(gè)編號(hào)并統(tǒng)計(jì)數(shù)量，以便于建造人員下料和組對(duì)。

加設(shè)圖技術(shù)要求如下：

a.標(biāo)號(hào)一律使用<1><2><3>順序增加。

b.從上到下，從左向右順序標(biāo)號(hào)。

c.桿件要先標(biāo)大梁后標(biāo)小梁。

d.節(jié)點(diǎn)板要標(biāo)出數(shù)量。

e.圖紙中的英文全部翻譯成中文。

f.標(biāo)號(hào)需要增加說(shuō)明。

g.附屬結(jié)構(gòu)可以不標(biāo)號(hào)，但是要細(xì)化圖紙。這個(gè)項(xiàng)目的附屬結(jié)構(gòu)只有欄桿和擋水扁鋼，需要注意的是欄桿的細(xì)化后的類型盡量要少以便于施工。

做加設(shè)圖的時(shí)候最好能夠同時(shí)制作XSTEEL模型，同時(shí)在模型上標(biāo)號(hào)，按照每個(gè)節(jié)點(diǎn)圖依次切口。模型制作完可以直接輸出材料清單，我們可以利用模型計(jì)算的材料用量編寫采辦料單。XSTEEL模型也能計(jì)算重量和重心，而且比SACS還要準(zhǔn)確，所以它也是編寫吊裝方案的基礎(chǔ)。

4 單件圖與排版圖

通過(guò)XSTEEL模型的制作可以直接輸出每個(gè)桿件的圖形，可以加工一下圖形使之成為型材單件圖，單件圖的制作技術(shù)要求如下：

a.分別畫出上翼緣，腹板，下翼緣的加工形狀。

b.分別標(biāo)注出上翼緣，腹板，下翼緣的焊接形式。

c.如果需要單面坡口焊一定要標(biāo)明開(kāi)口方向，盡量讓施工人員俯焊。

d.標(biāo)明桿件的加設(shè)編號(hào)，號(hào)碼與加設(shè)圖要一致。

e.標(biāo)明桿件的位置信息，以便于將來(lái)的組對(duì)焊接。

通過(guò)XSTEEL模型輸出桿件清單，并掃描型材排版圖，通過(guò)XSTEEL模型的CNC接口可以輸出板材排版圖。排版圖的制作技術(shù)要求如下：

a.排版要注意切割鈍刀，每個(gè)桿件或者板材之間要留出切割縫，切割縫的大小根據(jù)企業(yè)的建造能力而定。

b.標(biāo)明桿件的加設(shè)編號(hào)，號(hào)碼與加設(shè)圖要一致。

c.注意板材的各向異性，盡量橫排版。

d.注意剩余材料的利用，將余料編號(hào)以便于將來(lái)尋找。

e.下發(fā)排版圖的同時(shí)一定要同時(shí)下發(fā)施工料單。

至此我們就完成了全部加工設(shè)計(jì)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]馬愛(ài)軍，李全祺·海洋石油工程設(shè)計(jì)指南4海洋石油工程平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第四冊(cè)）：石油工業(yè)出版社，2010。

[2]王明明，方勇·中國(guó)石油和化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)·1版：化學(xué)工業(yè)出版社，2007。