淺談海上平臺(tái)上部組塊吊裝技術(shù)方案

周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設(shè)計(jì)公司，天津 300450）

對(duì)石油需要的日益劇增，海洋導(dǎo)管架式、坐底式等鉆井石油平臺(tái)隨之迅速發(fā)展；同時(shí)，海洋平臺(tái)建造規(guī)模越來越大，平臺(tái)上部組塊結(jié)構(gòu)重量越來越重，體積越來越大，同一平臺(tái)分幾次吊裝技術(shù)也日趨成熟。上部組塊在海上的吊裝，往往是制約整個(gè)工程的進(jìn)度、成本和安全的關(guān)鍵因素，風(fēng)險(xiǎn)較大，同時(shí)也是海洋工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)所在，也最能展現(xiàn)企業(yè)的技術(shù)能力、管理能力和裝備能力。為了給安裝方實(shí)施海上吊裝順利展開和安全性提供有力的技術(shù)支持，在上部組塊詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行吊裝計(jì)算分析，根據(jù)技術(shù)文件設(shè)計(jì)吊點(diǎn)位置、尺寸等，合理地選擇吊裝所需起重浮吊船和運(yùn)輸駁船等資源，是極為重要的。

1 上部組塊吊裝重量、重心確定

影響海上平臺(tái)上部組塊吊裝重量、重心主要因素是平臺(tái)結(jié)構(gòu)自重和機(jī)械、管線、電氣、儀表等設(shè)備的重量、重心，所以平臺(tái)組塊上各專業(yè)重量、重心的準(zhǔn)確性是整個(gè)組塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和根本，是設(shè)計(jì)前期的重中之重。

詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)主要根據(jù)平臺(tái)總布置圖和廠家資料等來確認(rèn)各自專業(yè)的設(shè)備重量和重心，匯總制成重控報(bào)告后，即可確定平臺(tái)上部組塊吊裝重量和重心。通過SACS軟件模擬上部組塊結(jié)構(gòu)和各專業(yè)設(shè)備荷載，對(duì)上部組塊整體進(jìn)行靜力分析、地震分析、裝船分析、拖航分析等，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整上部組塊結(jié)構(gòu)梁的規(guī)格或結(jié)構(gòu)形式。調(diào)整后的組塊結(jié)構(gòu)重量和重心須在重控報(bào)告中更新替換。

2 上部組塊吊裝分析

根據(jù)重控報(bào)告中組塊吊裝重量重心，首先確定組塊吊裝吊點(diǎn)的位置，吊點(diǎn)位置選擇原則：上部組塊重心須在兩吊點(diǎn)中間±1/6距離范圍內(nèi)，吊繩與水平面的夾角一般不小于60度。除此之外，組塊吊裝時(shí)還應(yīng)該考慮組塊結(jié)構(gòu)因偏心對(duì)吊繩力與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。

在開敞暴露海域（即海上）進(jìn)行吊裝，在設(shè)計(jì)吊點(diǎn)和形成于吊點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)并將吊裝力傳遞到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的其他內(nèi)部構(gòu)件時(shí)，應(yīng)使用最小為2．0的荷載系數(shù)計(jì)算靜荷載。對(duì)于屬于其他的傳遞吊裝力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)使用1．35的最小荷載系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

用SACS軟件對(duì)平臺(tái)組塊吊裝時(shí)吊鉤及吊繩進(jìn)行模擬，邊界處理等，進(jìn)而運(yùn)行計(jì)算，得出結(jié)果文件。

3 吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

經(jīng)過吊裝計(jì)算分析后，所有桿件UC值、管節(jié)點(diǎn)沖剪校核、結(jié)構(gòu)相對(duì)位移等滿足要求后，需進(jìn)行吊點(diǎn)設(shè)計(jì)。

在吊點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，從SACS吊裝計(jì)算結(jié)果文件中得出動(dòng)態(tài)分析（2．0載荷的系數(shù)）下的各吊繩的力，如表1，由此來計(jì)算并設(shè)計(jì)吊點(diǎn)。除此之外，還需考慮以下幾點(diǎn)：

（1）5%的額外面外彎矩。

（2）因組塊重心偏心導(dǎo)致吊繩與吊點(diǎn)主板存在夾角導(dǎo)致的面外彎矩。

（3）需結(jié)合安裝方提供的卸扣、吊裝鋼絲繩信息表來設(shè)計(jì)吊點(diǎn)。

表1 各吊點(diǎn)處吊裝力

一般平臺(tái)組塊結(jié)構(gòu)常規(guī)吊點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度比較高，用專用的吊裝吊點(diǎn)表格進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，如圖1，滿足要求即可。

圖1 吊點(diǎn)計(jì)算表格部分示意圖

對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)化的吊裝吊點(diǎn)，須采用ANSYS軟件進(jìn)行吊點(diǎn)處局部有限元計(jì)算，結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜。

4 吊裝方案

吊裝方案是完成上部組塊吊裝任務(wù)的核心，是整個(gè)吊裝作業(yè)策劃的結(jié)果。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，正確合理的選擇運(yùn)輸駁船和海上浮吊顯得尤為重要，為保證以后海上吊裝順利實(shí)施的提供基礎(chǔ)。

根據(jù)上部組塊的自身的特點(diǎn)，如組塊重量重心、井口位置、主腿長寬間距、外型尺寸等，可以初步確定運(yùn)輸駁船的船寬。根據(jù)基本設(shè)計(jì)時(shí)提供的海上浮吊，確定吊裝技術(shù)方案時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面。

（1）海上浮吊回轉(zhuǎn)半徑和回轉(zhuǎn)中心距離浮吊船艉的距離。

（2）安裝時(shí)運(yùn)輸駁船與浮吊之間的安全距離。

（3）上部組塊在運(yùn)輸駁船上位置，及組塊重心距離浮吊方向船舷距離。

（4）上部組塊結(jié)構(gòu)重心的偏心問題。

（5）吊裝安裝就位時(shí)上部組塊距離導(dǎo)管架高度。

（6）海上浮吊自身主鉤至頂端滑輪組距離，組塊吊點(diǎn)距駁船甲板高度（包括滑道高度、滑靴高度和組塊自身高度等），鎖具高度等。

（7）吊裝安裝時(shí)上部組塊是否與海上浮吊吊臂發(fā)生干涉等問題。

（8）上部組塊海上吊裝的安全系數(shù)。

綜合以上考慮情況，根據(jù)海上浮吊的吊裝曲線和經(jīng)計(jì)算過的吊裝半徑，如圖2，求得在上述條件下的浮吊的最大吊裝重，根據(jù)多余吊裝量來確定安全吊裝半徑的范圍。

圖2 浮吊吊裝曲線及最大吊裝力核算示意圖

將吊裝方案中的各種信息，如運(yùn)輸駁船寬度要求、吊裝半徑、最大吊裝重、安全吊裝的范圍等，經(jīng)項(xiàng)目組反饋至安裝公司。由安裝公司確定運(yùn)輸駁船、起重浮吊船資源和駁船上滑道布置位置，再由設(shè)計(jì)方進(jìn)行核算之前初步吊裝方案的可行性。如可行，即可鎖定海上浮吊和運(yùn)輸駁船資源和駁船滑道布置等，形成文件形式以供安裝后續(xù)確定具體吊裝實(shí)施方案使用。

5 結(jié)語

海洋大型結(jié)構(gòu)物的吊裝一直以來都是海洋工程的熱門課題和難點(diǎn)，隨著人類對(duì)海洋資源的不斷開發(fā)，海上大型結(jié)構(gòu)物安裝的規(guī)模和復(fù)雜度也在不斷增加，對(duì)吊裝作業(yè)工藝和管理要求不斷提高。詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)制定有效合理的吊裝技術(shù)方案，從先進(jìn)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、因地制宜等方面進(jìn)行技術(shù)可行性的論證，提前鎖定船舶資源，避免了日后進(jìn)度工期風(fēng)險(xiǎn)，為施工方制定吊裝方案提供有力的技術(shù)保障。

[1]American Petroleum Institute． Recommended practice for planning． designing and constructing fixed offshore platformsworking stress design[S]． API RP 2A-WSD,2000．