導(dǎo)管架裙樁套筒的吊裝安裝

劉全剛 連鑫 馮英磊

海洋石油工程(青島)有限公司 山東青島 266520

導(dǎo)管架裙樁套筒的吊裝安裝

劉全剛1連鑫2馮英磊3

海洋石油工程(青島)有限公司 山東青島 266520

導(dǎo)管型樁基固定平臺(tái)作為國(guó)內(nèi)外制造與使用最多的一種形式,在海洋石油及天然氣資源開發(fā)中扮演了重要的角色,裙樁套筒作為導(dǎo)管架最重要的部件之一,研究它的安裝有著非常重要的意義。本文將詳細(xì)闡述導(dǎo)管架裙樁套筒的吊裝過(guò)程。

吊裝導(dǎo)管架裙樁套筒

據(jù)預(yù)測(cè),石油和天然氣仍是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)全世界消費(fèi)的主要能源,陸地油氣開采峰期已過(guò),能源缺口逐漸擴(kuò)大,向海洋轉(zhuǎn)移是大勢(shì)所趨。導(dǎo)管型樁基固定平臺(tái)作為國(guó)內(nèi)外制造與使用最多的一種形式,在海洋石油及天然氣資源開發(fā)中扮演了重要的角色。

導(dǎo)管架分片吊裝過(guò)程中,裙樁套筒作為最重要的部件之一,因其噸位大,安裝精度要求高,小范圍內(nèi)需要多臺(tái)履帶吊配合吊裝,所以裙樁套筒的吊裝安裝難度是很大的,研究它的吊裝安裝過(guò)程有著非常重要的意義。本文將詳細(xì)闡述導(dǎo)管架裙樁套筒的吊裝安裝設(shè)計(jì)。

1 裙樁套筒簡(jiǎn)介

裙樁套筒(skirt pile sleeve)是樁與導(dǎo)管架之間的聯(lián)結(jié)構(gòu)件,主要結(jié)構(gòu)是管狀物與板的組合形式,通過(guò)它可將平臺(tái)荷載傳遞到鋼樁。有些導(dǎo)管架的鋼樁直接從導(dǎo)管腿內(nèi)打入,不需要裙樁套筒；有些導(dǎo)管架既有腿內(nèi)樁,也有裙樁。裙樁套筒由以下幾部分組成：

(1)剪力板shear plate、軛狀作用板yoke、裙板skirt plate：特定作用及特定位置上的鋼板。

(2)裙樁套筒導(dǎo)向：用于引導(dǎo)鋼樁進(jìn)入裙樁套筒。

(3)卡樁器：其作用是緊固鋼樁。主要是在海上打樁過(guò)程中,遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)啟動(dòng)卡樁器液壓頂緊鎖鋼樁,保持導(dǎo)管架在海中的穩(wěn)定性,以及打樁后利用卡樁器的鎖樁效用,保持導(dǎo)管架穩(wěn)定的立于海中［1］。

(4)封隔器：位于各裙樁套筒的底部,包括外部膠皮和緊貼套筒內(nèi)壁的氣囊組成,兩者都是為緊固鋼樁及防止所灌的漿體流出之用,其中氣囊在鋼樁打入裙裝后,在導(dǎo)管架頂部通過(guò)管線將氣體(氮?dú)?充入囊內(nèi),氣囊漲滿包緊鋼樁,達(dá)到上述目的。

圖1 裙樁套筒照片

2 裙樁套筒的吊裝安裝

裙樁套筒預(yù)制完成以后,需要把它安裝到固定的地點(diǎn),由于其重量往往比較大,需要制定詳細(xì)的吊裝方案。下面以某導(dǎo)管架B1裙樁套筒吊裝為例,簡(jiǎn)單闡述安裝過(guò)程。

2.1 吊裝安裝流程

如圖2所示。

2.2 建立3D模型

吊裝方案的設(shè)計(jì)第一步是利用加工圖紙,建立裙樁套筒的3D模型,一般來(lái)說(shuō)需要建立2個(gè)模型,一個(gè)是TEKLA建立的詳細(xì)模型(見圖3),用來(lái)確定重心和重量,校核ANSYS模型的偏差及最后安裝的空間碰撞。另一個(gè)模型是ANSYS有限元模

型(見圖4),用來(lái)計(jì)算局部應(yīng)力、整體強(qiáng)度和吊點(diǎn)受力［2］。

圖2 安裝流程示意圖

圖3 用下EKLA軟件建的3D模型

圖4 用ANSYS軟件建立的3D模型

2.3 設(shè)計(jì)吊點(diǎn)

模型建立完以后,根據(jù)重心等信息開始設(shè)計(jì)吊點(diǎn),這是一個(gè)循環(huán)嘗試的過(guò)程,需要先確定吊點(diǎn),然后用ANSYS來(lái)進(jìn)行計(jì)算得出吊點(diǎn)受力及整體應(yīng)力和變形數(shù)據(jù),再根據(jù)得出來(lái)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行校核,只要發(fā)現(xiàn)間題就要修改,如果修改過(guò)后還是不滿足要求,則需要回到源頭重新設(shè)計(jì)吊點(diǎn)的類型、位置和數(shù)量。

吊點(diǎn)的方式可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)的不同來(lái)設(shè)計(jì),圖5所示的例子是帶6個(gè)管式吊點(diǎn),吊點(diǎn)規(guī)格均為508×25×200mm,吊點(diǎn)材質(zhì)為GB 712-2011 DH36。擋板直徑為800mm,壁厚為25mm吊裝時(shí)采用鋼絲繩兜拉吊點(diǎn)的方法［3］。

2.4 結(jié)構(gòu)校核

當(dāng)原始吊點(diǎn)設(shè)計(jì)完成以后,把吊點(diǎn)信息加載到ANSYS模型當(dāng)中計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)并配上相應(yīng)的吊索具來(lái)進(jìn)行細(xì)致的校核,包含但不限于以下內(nèi)容：

2.4.1 結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度校核

結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度校核是最關(guān)鍵的校核,這一步如果不滿足要求的話就需要重新布置吊點(diǎn)或者加上臨時(shí)支撐來(lái)增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,一直到結(jié)構(gòu)滿足整體強(qiáng)度要求,也就是計(jì)算出的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。

圖5 吊點(diǎn)布置圖例

圖6 應(yīng)力云圖

圖7 變形云圖

2.4.2 結(jié)構(gòu)整體變形校核

結(jié)構(gòu)整體變形校核也是很重要的,有時(shí)候結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度滿足要求,但是變形過(guò)大導(dǎo)致安裝誤差比較大也是不滿足要求的。一般來(lái)說(shuō)像裙樁套筒這種結(jié)構(gòu)整體允許變形量小。

2.4.3 吊點(diǎn)強(qiáng)度校核

吊點(diǎn)強(qiáng)度校核需要根據(jù)ANSYS計(jì)算出吊點(diǎn)的受力,然后根據(jù)不同的吊點(diǎn)形式來(lái)進(jìn)行校核,有手算和ANSYS模擬兩種方式,根據(jù)需要來(lái)使用。一般先用手算大致計(jì)算,然后用

ANSYS模擬計(jì)算來(lái)校核手算的結(jié)果,雙重保障。

2.4.4 吊點(diǎn)干涉校核

吊點(diǎn)干涉校核是為了校核吊點(diǎn)的位置是否和結(jié)構(gòu)或者焊縫等重合碰撞。如果和主結(jié)構(gòu)碰撞,則需要修改吊點(diǎn)的位置,如果和輔助次結(jié)構(gòu)碰撞,則需要確定輔助次結(jié)構(gòu)能否修改移位,若無(wú)法移動(dòng),則也需要修改吊點(diǎn)位置。與焊縫碰撞是校核中容易忽略的,有時(shí)候現(xiàn)場(chǎng)焊接吊點(diǎn)時(shí)才發(fā)現(xiàn),浪費(fèi)了大量前期計(jì)算的時(shí)間,所以在前期布置吊點(diǎn)的時(shí)候就要把橫縱縫在圖紙或者模型上標(biāo)示出來(lái)。另外還要注意的是鋼絲繩與結(jié)構(gòu)的碰撞,特別是需要旋轉(zhuǎn)的吊裝,由于吊點(diǎn)的位置就決定了鋼絲繩的位置,可能在平吊時(shí)并不碰撞,但旋轉(zhuǎn)后就有可能鋼絲繩和結(jié)構(gòu)或者吊機(jī)干涉。

2.4.5 吊機(jī)利用率校核

吊機(jī)利用率校核根據(jù)吊點(diǎn)受力數(shù)據(jù),考慮場(chǎng)地吊車的工況

來(lái)驗(yàn)證是否滿足吊裝要求,當(dāng)多臺(tái)吊機(jī)配合吊裝時(shí),利用率比單臺(tái)時(shí)應(yīng)該有所折減,若不滿足需要修改吊點(diǎn)布置［4］。

圖8 吊機(jī)載荷工況表

圖9 ANSYS模擬吊耳強(qiáng)度計(jì)算

2.4.6 吊機(jī)站位空間校核

吊機(jī)站位空間校核也是很重要的一步,一般來(lái)說(shuō)放在最后校核,但在布置吊點(diǎn)的時(shí)候就要大致考慮這個(gè)間題,之前的校核過(guò)后滿足要求說(shuō)明理論上可行,但有時(shí)候理論可行的方案在空間上卻不允許,所以這一步非常重要,特別是對(duì)于裙樁套筒這種需要多臺(tái)大型履帶吊車配合作業(yè)的吊裝工程來(lái)說(shuō)。吊機(jī)站位空間校核根據(jù)模型按一比一布置吊機(jī),校核履帶吊車之間、吊車和結(jié)構(gòu)之間是否碰撞,場(chǎng)地空間是否足夠［5］。

圖10 吊機(jī)碰撞校核示意圖

圖11 裙樁套筒安裝就位

2.5 現(xiàn)場(chǎng)吊裝就位

當(dāng)校核滿足要求后,裙樁套筒的吊裝方案就算制作完成,接下來(lái)要開JSA給多部門相關(guān)人員討論是否合理可行,是否適合現(xiàn)場(chǎng)的工況。多部門確認(rèn)吊裝方案可行以后,吊裝作業(yè)應(yīng)該遵守相應(yīng)的程序及方案,主要步驟如下：

(1)根據(jù)方案焊接好吊點(diǎn),并檢驗(yàn)合格。檢查所有吊索具和設(shè)備沒(méi)有間題,天氣條件允許。

(2)在作業(yè)區(qū),應(yīng)在明顯位置布置安全警戒繩。禁止與吊裝作業(yè)無(wú)關(guān)的人員進(jìn)入,吊機(jī)就位,接好吊索具。

(3)吊裝開始時(shí)先進(jìn)行試吊,將結(jié)構(gòu)緩慢平穩(wěn)地提升200～300mm,穩(wěn)定約5min。

(4)試吊沒(méi)有間題,三臺(tái)吊機(jī)起鉤將結(jié)構(gòu)緩慢提升到距離地面約6m,停止起鉤,移除下部墊墩。

(5)三臺(tái)吊機(jī)緩慢提升裙樁套筒的高度,接近安裝高度,然后緩慢移動(dòng)至預(yù)安裝位置,微調(diào)吊機(jī),使結(jié)構(gòu)就位。

(6)所有焊縫封底完成后,摘鉤,移除索具并撤離吊機(jī)。

3 結(jié)束語(yǔ)

裙樁套筒的吊裝安裝難度很大,過(guò)程很復(fù)雜,研究它的吊裝安裝過(guò)程有著非常重要的意義。本文簡(jiǎn)單的介紹了裙樁套筒的吊裝安裝過(guò)程,吊裝設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)不同的起重設(shè)備能力,不同的結(jié)構(gòu)形式,不同的場(chǎng)地工況來(lái)制定,希望本文對(duì)裙樁套筒吊裝提供一點(diǎn)思路。

1 姜宜辰,田育豐,楊樹耕. 導(dǎo)管架平臺(tái)抱樁器設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)海洋平臺(tái), 2008年05期.

2 梁永超.基于ANSYS程序二次開發(fā)的導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析［D］.青島：中國(guó)海洋大學(xué)碩士論文,2005年.

3 白增林,白新建.大型導(dǎo)管架平臺(tái)的建造與安裝［J］.中國(guó)修船,2007(20增刊),63-64.

4 孫愛萍,嚴(yán)永江,耿驚濤,等.大型設(shè)備吊裝方案優(yōu)化［J］.煤炭技術(shù), 2010年03期.

5 惠丹,王進(jìn).淺水裙樁導(dǎo)管架的安裝工藝［J］.中國(guó)修船.2013-12-01期.

TU741.1

B

1672-9323(2016)05-0047-03

2016-01-18)