基于GHS軟件的裝載混輸管道作業(yè)分析

張晨晨　張建國(guó)　戴青

【摘 要】 為確保海上混輸軟管和滾筒的運(yùn)輸安全，將混輸軟管連同滾筒一并放置于運(yùn)輸駁船上，最終倒駁至鋪管船內(nèi)。由于貨物重心較高，質(zhì)量較大，受風(fēng)面積較大，駁船穩(wěn)性較傳統(tǒng)運(yùn)輸方式差，因此需要對(duì)駁船的穩(wěn)性進(jìn)行精確計(jì)算。運(yùn)用GHS軟件對(duì)此種運(yùn)輸工況進(jìn)行精確的穩(wěn)性分析，為運(yùn)輸安全提供技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】 軟管運(yùn)輸;GHS軟件;穩(wěn)性分析

0 引 言

潿洲6-13油田位于南海北部灣海域，西距潿洲12-1油田綜合處理平臺(tái)6.2 km、東北方向距廣西北海市約72 km、東北偏東方向距潿洲島約31 km，水深29～32 m。

潿洲6-13油田開發(fā)工程項(xiàng)目擬新建一座WZ6- 13WHPA井口平臺(tái)，其中需要新鋪設(shè)一條WZ6- 13WHPA―WZ12-1PUQB約4.92 km直徑33.3 cm的保溫混輸軟管。軟管生產(chǎn)場(chǎng)地位于濱州港套爾河港區(qū)內(nèi)，原計(jì)劃將軟管從生產(chǎn)場(chǎng)地直接倒駁至運(yùn)輸駁船的臥式轉(zhuǎn)盤內(nèi)，然后再由運(yùn)輸駁船運(yùn)輸至深水區(qū)域倒駁給鋪管船。但由于軟管生產(chǎn)工期延誤，在滿足運(yùn)輸條件時(shí)已至12月底，氣溫較低，采用原定的運(yùn)輸?shù)柜g方式可能會(huì)損壞軟管。因此，決定將軟管連同軟管滾筒一并吊裝至運(yùn)輸駁船上，再將軟管從運(yùn)輸駁船上倒駁至鋪管船內(nèi)。

由于運(yùn)輸?shù)呢浳锕灿?個(gè)直徑為11.5 m的滾筒，質(zhì)量較大、重心較高，因此需要對(duì)駁船的穩(wěn)性進(jìn)行精確計(jì)算，確保裝卸和運(yùn)輸安全。

1 滾筒吊裝步驟

滾筒吊裝的步驟主要分為施工船舶就位、滾筒吊裝及浮吊船移位將滾筒放置于駁船設(shè)計(jì)位置。每個(gè)裝有軟管的滾筒質(zhì)量為180 t，滾筒底座質(zhì)量為4 t，考慮到軟管清管結(jié)束后可能殘留淡水，因此每卷吊裝的滾筒質(zhì)量約為200 t。受碼頭附近水深、浮吊船跨距等因素的影響，根據(jù)浮吊船吊重曲線，需要提前通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)車將滾筒運(yùn)輸至距離碼頭邊緣5 m的位置。

1.1 施工船舶布場(chǎng)

在運(yùn)輸駁船及浮吊船到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，相繼完成施工船舶布場(chǎng)作業(yè)。具體操作如下：運(yùn)輸駁船靠泊在碼頭邊已有的插樁船左舷，與碼頭呈平行角度，左舷艏艉各拋一個(gè)錨，右舷艏艉各連接一根纜繩至碼頭纜樁上，用以穩(wěn)定船位;浮吊船與碼頭呈垂直布置，艏連接兩根纜繩至碼頭纜樁，用于絞動(dòng)浮吊船以靠近碼頭;四周共拋4個(gè)錨，用以起吊軟管滾筒后移船作業(yè)。施工船舶布場(chǎng)方式見圖1。

1.2 滾筒吊裝

在施工船舶布場(chǎng)完成后，滾筒吊裝作業(yè)開始。根據(jù)裝有軟管的滾筒質(zhì)量配置吊索具，具體參數(shù)見表1。根據(jù)計(jì)算，每根吊索具的安全系數(shù)均大于5，滿足強(qiáng)度要求。吊裝形式見圖2。

1.3 移船放置滾筒

浮吊船將滾筒吊離碼頭地面后，開始進(jìn)行移位，將軟管滾筒放置于駁船設(shè)計(jì)位置。此項(xiàng)分兩個(gè)步驟：（1）浮吊船向艉方向平行移動(dòng)80 m，然后再向左平行移動(dòng)至放置軟管滾筒的船位。（2）平行向艉方向移動(dòng)時(shí)，艉的兩根鋼纜緩慢絞緊，艏的兩根鋼纜同步慢松，直至浮吊船向后移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置;然后左舷的兩根鋼纜慢絞，右舷的兩根鋼纜同步慢松，直至浮吊船向左移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置;待浮吊船船位穩(wěn)定后，下放滾筒至駁船設(shè)計(jì)位置。浮吊船移位放置軟管滾筒過(guò)程見圖3和圖4。

1.4 吊裝強(qiáng)度校核

為了確保吊裝的安全，吊裝之前需要對(duì)整個(gè)吊裝系統(tǒng)的強(qiáng)度進(jìn)行校核，其中吊索具的強(qiáng)度已滿足要求。另外，吊裝系統(tǒng)采用了撐桿結(jié)構(gòu)作為中間的傳力構(gòu)件，此構(gòu)件的作用是確保連接于滾筒兩側(cè)吊索槽內(nèi)的起吊鋼絲垂直向上，不會(huì)因觸碰滾筒盤面而損壞軟管滾筒。撐桿主體為管狀結(jié)構(gòu)，兩端布置4個(gè)吊耳。

撐桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的工況為4級(jí)海況條件下軟管滾筒完全起吊。滾筒重量通過(guò)吊索作用于撐桿下方的兩個(gè)吊耳上，每個(gè)吊耳受力大小為 kN，方向垂直向下。

撐桿結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力較小，其最大等效應(yīng)力為62.7 MPa，且最大應(yīng)力出現(xiàn)在加強(qiáng)筋與吊耳交點(diǎn)的位置。該應(yīng)力是由有限元計(jì)算的局限性導(dǎo)致的?？鄢邢拊窒迣?dǎo)致的應(yīng)力集中，校核結(jié)果滿足規(guī)范要求，即撐桿結(jié)構(gòu)在吊裝作業(yè)過(guò)程中比較安全，不會(huì)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。

2 駁船穩(wěn)性分析

2.1 模型建立

GHS建模包括軟件界面操作、編輯運(yùn)行文件及第三方軟件模型轉(zhuǎn)化等，本次采用模型轉(zhuǎn)換方式。運(yùn)輸駁船總布置及GHS計(jì)算模型見圖5和圖6。

2.2 計(jì)算參數(shù)輸入

計(jì)算運(yùn)輸駁船穩(wěn)性時(shí)需要輸入駁船重心、裝載貨物重心及駁船各艙室壓載情況等必要的數(shù)據(jù)信息。本次駁船裝載情況見圖7，駁船及裝載貨物的重心數(shù)據(jù)見表2。由于駁船裝載的其他構(gòu)件質(zhì)量較小、重心較低，對(duì)船舶的穩(wěn)性影響較小，故忽略不計(jì)。

根據(jù)質(zhì)量加載信息，在GHS調(diào)載界面對(duì)駁船各艙室進(jìn)行調(diào)載模擬操作，使船舶處于最優(yōu)的運(yùn)輸狀態(tài)，為實(shí)際調(diào)載作業(yè)提供可靠的技術(shù)支持。調(diào)載后的各艙室壓載情況見圖8。

2.3 駁船穩(wěn)性計(jì)算

根據(jù)輸入的信息，計(jì)算出運(yùn)輸駁船的靜穩(wěn)性曲線（見圖9）及回復(fù)面積曲線（見圖10）。從圖9可以看出，駁船的最大回復(fù)力臂出現(xiàn)在橫傾25.36埃畬蠡馗戳Ρ畚？.294 m，初穩(wěn)心高度為1.867 m穜ad，分別滿足ISO規(guī)定的橫傾大于25昂突馗戳Ρ鄞笥？.15 m的標(biāo)準(zhǔn);從圖10可以看出，駁船橫傾0啊？0笆鋇幕馗疵婊？.379 5 m穜ad，滿足ISO規(guī)定的大于0.055 m穜ad的標(biāo)準(zhǔn)：因此駁船在此種裝載條件下的穩(wěn)性滿足要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

吊裝系統(tǒng)強(qiáng)度的校核確定了吊裝方式的安全性;運(yùn)用GHS穩(wěn)性計(jì)算軟件對(duì)駁船進(jìn)行壓載模擬，使駁船處于良好的運(yùn)輸狀態(tài)，為實(shí)際駁船壓載操作提供可靠的技術(shù)支持;由穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果可知，按照設(shè)計(jì)的位置擺放滾筒及根據(jù)模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行艙室壓載，運(yùn)輸駁船的穩(wěn)性滿足要求，為駁船運(yùn)輸?shù)陌踩峁┝擞辛ΡＵ稀?/p>