LW3-1項目超大型深水導(dǎo)管架總裝技術(shù)

鄧 推, 張子良

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

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LW3-1項目超大型深水導(dǎo)管架總裝技術(shù)

鄧 推, 張子良

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

對重量達(dá)31 375 t的LW3-1中心平臺項目導(dǎo)管架按照滑道布置、分片預(yù)制、總裝、裝船運(yùn)輸?shù)慕ㄔ祉樞蜻M(jìn)行研究，集中分析導(dǎo)管架建造場地滑靴裝船技術(shù)、主結(jié)構(gòu)桁架建造方法、導(dǎo)管架分片有限元分析、結(jié)構(gòu)吊裝動態(tài)分析技術(shù)以及裙裝吊裝技術(shù)，總結(jié)LW3-1導(dǎo)管架順利建造的關(guān)鍵因素，對同類型導(dǎo)管架的建造具有積極的指導(dǎo)意義。

深水導(dǎo)管架；中心桁架；裙裝套筒；吊裝；總裝

0 引言

LW 3-1項目為一座8腿固定鋼制導(dǎo)管架平臺，工作海域水深為189.5 m。海洋石油工程股份有限公司作為總包方負(fù)責(zé)其設(shè)計、采辦、建造及安裝工作。其具體建造工作在海洋石油工程(青島)有限公司場地完成。

LW 3-1項目導(dǎo)管架總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，該導(dǎo)管架主要由滑靴、導(dǎo)管、拉筋、裙裝套筒、防沉板，靠船件、陽極塊、注水放空系統(tǒng)、灌漿系統(tǒng)、立管、電纜護(hù)管、陰極監(jiān)控系統(tǒng)、防海生物結(jié)構(gòu)、防渦激振動裝置、吊點(diǎn)、人行走道及其他輔助結(jié)構(gòu)組成。4個中心導(dǎo)管腿位于導(dǎo)管架中部(圖1中軸線2.1和軸線2.3所在位置)，導(dǎo)管腿與其相連的拉筋構(gòu)成下水桁架。采用臥式建造法時，中心桁架底部2根導(dǎo)管腿焊接在滑靴上，將導(dǎo)管架的重量傳遞給建造場地和駁船的滑道梁。中心桁架是建造過程、滑靴裝船、運(yùn)輸及下水安裝過程中主要承受載荷的結(jié)構(gòu)。中心桁架外側(cè)位于軸線1和軸線4位置的4角分別布置有1根主導(dǎo)管腿。 每根導(dǎo)管腿上安裝有乙二醇儲罐。在每根導(dǎo)管腿底部安裝4個裙裝套筒。裙裝套筒在整個平臺最終就位后傳遞上部組塊及導(dǎo)管架重量到鋼樁過程中發(fā)揮著重要的作用。

圖1 LW 3-1項目導(dǎo)管架軸線圖

LW 3-1項目導(dǎo)管架重31 375 t，噸位規(guī)模處于亞洲前列，僅次于Bullwinkle導(dǎo)管架、Pompano導(dǎo)管架、Harmony導(dǎo)管架和Heritage導(dǎo)管架。 LW 3-1項目導(dǎo)管架的卷制鋼管直徑最大達(dá)4 200 mm，厚度最大達(dá)100 mm。導(dǎo)管架底部框架尺寸為96.7 m×100 m，頂部框架尺寸為34 m×72 m。建造中的導(dǎo)管架最高點(diǎn)距離地面104.4 m。導(dǎo)管架臥式建造總長度201 m，其中173.7 m的中心桁架布置在場地滑道梁上。

鑒于所建導(dǎo)管架質(zhì)量巨大，建造過程中面臨巨大挑戰(zhàn)， 需要精心考慮滑道梁底座加強(qiáng)、有限吊機(jī)資源的分配、最優(yōu)建造順序的確定、超大型結(jié)構(gòu)物吊裝方法等。本文主要介紹成功應(yīng)用于LW 3-1項目導(dǎo)管架建造過程中的關(guān)鍵核心技術(shù)。

1 建造場地滑道布置

海洋石油工程(青島)有限公司場地北端的4號滑道用于建造LW 3-1項目導(dǎo)管架。為了滿足總重31 375 t，超過200 m長的導(dǎo)管架建造要求，對4號滑道進(jìn)行加強(qiáng)， 其主要包含鋼筋混凝土樁、鋼筋混凝土滑道塊、滑道。

滑道上有2層滑道塊：位于下層的滑道塊截面高2.1 m，寬3.5 m；位于上層的滑道塊截面高2.1 m，寬2 m?；タ傞L177.6 m，距離碼頭邊緣48 m?；兰敖孛嫒鐖D2和圖3所示。

圖2 滑道整體

圖3 滑道截面

2 LW 3-1導(dǎo)管架預(yù)制及建造過程

導(dǎo)管架總體建造順序?yàn)橛缮隙?、桁架?nèi)至桁架外。導(dǎo)管架整體分為中心桁架、左側(cè)外桁架和右側(cè)外桁架等3部分，如圖4和圖5所示。

圖4 中心桁架總裝

圖5 兩側(cè)外桁架總裝

中心桁架總裝完成的同時，中心桁架外開始總裝。采用這種建造順序提高了建造效率，同時可縮短整體建造工期。

中心桁架在預(yù)制階段分為28個分片進(jìn)行預(yù)制，其中單個分片最重可達(dá)1 200 t，垂直高度70 m ；中心桁架外分為48個分片預(yù)制，其中單個分片最重達(dá)750 t，垂直高度105 m。1臺起重能力1 600 t履帶起重機(jī)、1臺1 250 t履帶起重機(jī)配合數(shù)臺750 t、600 t及400 t履帶起重機(jī)共同承擔(dān)總裝過程中的吊裝任務(wù)。采用多臺吊機(jī)聯(lián)合作業(yè)的方法確保在建造過程中的工程質(zhì)量和施工進(jìn)度。導(dǎo)管架建造過程中共完成77個分片的預(yù)制、198次吊裝任務(wù)?？傮w建造順序如圖6所示。

圖6 導(dǎo)管架總體建造順序

3 中心桁架建造技術(shù)

3.1 計算軟件分析

導(dǎo)管架建造過程中主要采用ANSYS和SCAS軟件對吊裝過程中的應(yīng)力和應(yīng)變計算進(jìn)行分析。

3.2 風(fēng)荷載

計算導(dǎo)管架所受風(fēng)荷載，設(shè)計風(fēng)速為13.8 m/s，但考慮到風(fēng)速的動態(tài)變化，取最大允許風(fēng)速為10.8 m/s。

3.3 應(yīng)力校核

導(dǎo)管架采用API PR2A-WSD規(guī)范要求對桿件和節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力進(jìn)行校核，所有桿件和節(jié)點(diǎn)滿足API規(guī)范的要求。

3.4 節(jié)點(diǎn)撓度校核

在所有工況下，最大撓度應(yīng)該在R/L<1/80的范圍內(nèi)。R和L的定義如圖7所示。

圖7 最大撓度定義

3.5 吊裝應(yīng)力應(yīng)變校核

中心桁架由6個框架組成，豎向位于軸線2.1和軸線2.3之間,橫向位于軸線A和軸線B之間。其中最大導(dǎo)管腿直徑為3 500mm，最大拉筋直徑為1 800mm。文中對LW3-1導(dǎo)管架中心桁架B軸線一處分片進(jìn)行有限元分析，圖8為該分片在ANSYS軟件中的建模及劃分網(wǎng)格模型。

圖8 分片有限元模型

中心桁架分為28個分片預(yù)制，其中單個分片最重可達(dá)1 200t，吊裝時垂直高度超過70m。這對青島建造場地是前所未有的挑戰(zhàn)，桁架的吊裝由1臺1 600t履帶起重機(jī)、1臺1 250t履帶起重機(jī)、2臺750t履帶起重機(jī)共同配合。

通過軟件計算分析，顯示總的風(fēng)荷載是55 879N，風(fēng)荷載對z方向的最大位移沒有影響。計算結(jié)果顯示吊裝時由于風(fēng)荷載的存在會有輕微擺動。分片應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)鐖D9和圖10所示，圖中最大的吊裝應(yīng)力為62.2MPa，小于許用最大應(yīng)力242MPa，最大應(yīng)變值為0.068m，滿足撓度校核要求。

圖9 分片應(yīng)力云圖

圖10 分片應(yīng)變云圖

3.6 總裝步驟

在吊裝過程中，導(dǎo)管用帆布包裹避免傷害母材?？傃b過程的吊裝作業(yè)由1臺1 600t履帶起重機(jī)、1臺1 250t履帶起重機(jī)、2臺750t履帶起重機(jī)共同配合完成。

首先，1 250t履帶起重機(jī)和1 600t履帶吊抬升分片的一端(EL-81m處)，抬升角度小于18°，然后2臺750t履帶起重機(jī)抬升分片另一端。通過吊點(diǎn)的移動慢慢將分片移動到就位位置。吊機(jī)站位圖及移動路線如圖11所示。

圖11 吊機(jī)站位圖

采用4臺吊機(jī)吊裝的技術(shù)難點(diǎn)在于鉤頭力分配不確定，通過理論方法計算得到鉤頭力數(shù)值也較為困難。分片重心對鉤頭荷載的分配也有影響，鉤頭力對轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的影響也很敏感。因此，吊機(jī)操作者和指揮者間的密切合作是成功完成吊裝任務(wù)的基礎(chǔ)。

吊裝分析時，假設(shè)重心在每個方向上的偏移量不超過1m，計算吊機(jī)鉤頭力?？紤]鉤頭力的變化在吊機(jī)額定吊重下留有充足的余量。吊裝操作中保持最大的鉤頭力。通過對計算結(jié)果的分析，操作者對每臺吊機(jī)鉤頭承載力進(jìn)行調(diào)整，同時調(diào)整每臺吊機(jī)的工作半徑，監(jiān)控每臺吊機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)使之控制在計算數(shù)據(jù)5%以內(nèi)。當(dāng)鉤頭力減少時，意味著起升速度低于預(yù)設(shè)速度，這時需要微調(diào)加速吊機(jī)鉤頭起升速度。當(dāng)鉤頭力增加時，則需降低吊機(jī)的鉤頭起升速度。每臺吊機(jī)均用這種方法調(diào)整直至吊機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定。方法同樣適用于橫向移動分片的情況。操作者基于鉤頭力的讀數(shù)變化調(diào)整吊機(jī)起升速度。

4 裙裝套筒的總裝

與以往的導(dǎo)管架項目不同，LW3-1項目導(dǎo)管架外側(cè)有4個裙裝套筒。采用臥式建造時，裙裝套筒位于軸線A底部靠近地面處，其中1個套筒位于樁腿對角線上，這給總裝工作帶來一定的困難。以往的經(jīng)驗(yàn)是先安裝導(dǎo)管腿，然后安裝剪力板和YOKE板，最后安裝裙裝套筒。然而在本項目中采用以往的安裝順序會增加施工難度，同時不具有可行性。經(jīng)過研究分析，最終確定安裝順序?yàn)橄葘?個套筒就位在安裝位置，然后安裝剪力板、YOKE板和導(dǎo)管腿。這種建造順序提高了12%的總裝效率。

為減少高空作業(yè)時間，位于軸線B的底部導(dǎo)管腿和3個套筒作為一個整體進(jìn)行預(yù)制與吊裝。整體重量達(dá)750t，吊裝高度105m，采用3臺大型吊機(jī)(1 600t吊機(jī)、1 250t吊機(jī)和750t吊機(jī))聯(lián)合作業(yè)。

重心及吊點(diǎn)布置如圖12所示。吊裝桿件采用GB712-2006D36材料，所有全熔透坡口焊進(jìn)行100%UT檢驗(yàn)，所有填角焊采用100%MT檢驗(yàn)。

圖12 重心及吊點(diǎn)布置

對于裙裝套筒的吊裝和總裝工作，采用1 600t吊機(jī)、1 250t吊機(jī)和750t吊機(jī)作業(yè)。首先3臺吊機(jī)抬升結(jié)構(gòu)緩慢移動至4號滑道就位位置附近，將結(jié)構(gòu)吊裝至一定高度，使結(jié)構(gòu)的樁腿在導(dǎo)管架樁腿上部，然后吊機(jī)旋轉(zhuǎn)裙裝套筒并緩慢移動結(jié)構(gòu)至安裝位置。

5 結(jié)語

LW3-1項目導(dǎo)管架的總裝是一項具有挑戰(zhàn)性的工作，整個項目一個相對小的作業(yè)環(huán)節(jié)相比其他項目都意味著巨大的工作量。合理的總裝順序確保項目良好的建造質(zhì)量和施工進(jìn)度。多吊機(jī)聯(lián)合作業(yè)技術(shù)的運(yùn)用極大地提高總裝效率。桁架及裙裝套筒的總裝技術(shù)很好地應(yīng)用于場地實(shí)踐中，保證進(jìn)度，確保各項目節(jié)點(diǎn)按時完工。LW3-1導(dǎo)管架建造技術(shù)對未來同類型結(jié)構(gòu)總裝具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

[1] STUART C, DIGRE K， RODRIQUE M. The Fabrication of the Bullwinkle Platform[C]//Offshore Technology Conference, 1989.

Erection Technology for Deep-Water Jacket in LW 3-1 Project

DENG Tui, ZHANG Ziliang

(Offshore Oil Engineering (Qingdao) Co., Ltd., Qingdao 266520, Shandong, China)

The construction sequence of the jacket for LW3-1 center platform project with a weight of 31 375 t in accordance with the skid-way layout, panel prefabrication, assembly process, load out is researched. The fabrication yard skid-way layout, erection method for the main launch truss, finite element analysis of panel, dynamic analysis techniques for structure lifting, and joint lifting are analyzed. The important factors to build LW3-1 successfully are concluded. It provides positive guiding significance for construction of same type jackets.

deep-water jacket; central launch truss; pile sleeve; lifting; erection

鄧 推 (1984-)，男，工程師,從事海洋石油工程，船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造

1000-3878(2017)03-0054-05

U671

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