上部结构物安装方法比较分析.doc

平台组块海上安装方法比较研究罗超 (海洋石油工程股份有限公司，天津 塘沽 300451) 摘 要：本文针对目前海洋平台组块海上安装的主要方法的作业程序和计算分析及关键技术 进行了详细阐述，并通过比较吊装安装和浮托法安装两种平台组块海上安装方法， 提出了两 种方法的优缺点关键词：吊装；浮托引言在海洋油气田开发工程设计阶段中，海洋石油工程安装设计是继概念设计、基本设计、 详细设计和加工设计之后的海上安装工程所进行的施工设计， 它是海上油气开发工程设计的重要组成部分海上安装是把安装设计付诸实践的施工过程， 它大体可以分为三个阶段： 码头装船、拖航运输和海上安装海上安装所用的各类船舶和专用机具主要包括： 起重铺管船、 起重船、工程驳船、半潜驳船、下水驳船、拖轮、打桩锤、线性绞车等组块海上安装方法常用的有两种：吊装安装和浮托法安装( float-over )通常根据组块 的尺度、重量、起重船的技术性能和装组块的驳船的技术性能决定组块的海上安装方法 吊 装安装需要综合考虑组块的尺度、 重量、加上吊装索具的总高度， 导管架顶部高度以及起重 船的技术性能等多个因素， 这些因素都满足海上安装的要求， 可采用起重船吊装的方式安装。

浮托法安装就是使用一个可调载的重型驳船将组块运输到导管架的正上方， 然后通过压载调 节驳船的吃水，使组块慢慢落在导管架的桩腿耦合缓冲器( Leg Mating Units, LMU )上；浮 托法安装需要将组块和导管架作为整体进行设计， 导管架要事先安上桩腿耦合缓冲器， 桩腿 顶部之间也需要为驳船调载留出足够的空间， 驳船也需要有防碰撞设施 (Fendering System )较之吊装安装，浮托法能够安装大型组块本文将主要就此两种组块安装方法程序和需要进行的计算分析进行说明， 并对两种方法进行比较，提出大型组块海上安装的可行性施工方案1. 采用的技术标准和规范 组块安装采用的技术标准和规范如下： ALSC Manual of Steel ConstructionAPI.RP2A API Recommended Practice for Planning ， Designing, and Constructing FixedOffshore PlatformsAWSD1.1 Structural Welding Code-SteelAPI Recommended Practice 2SKDNV Rules for Planning and Execution of Marine OperationsND General Guidelines for Marine TransportationIMO Intact Stability for All Types of Ships Covered by IMO InstrumentsLOC Guidelines for Marine OperationsCCS 海上拖航指南Hydrodynamics of offshore structure (by S.K. Chakrabarti)2. 组块吊装安装环境条件的限制：海上吊装作业均须在开阔的海域进行， 受环境条件的影响因素所制约，因此环境因素是人力不可抗拒的重要因素， 安装设计时必须根据安装项目的重要性、 安装工作的性质及施工的船舶抗风浪能力制定出该项安装工作的限定环境条件， 以此来界定海上安装活动中各阶段、各种作业、现场待机、现场撤离的最大允许环境条件，包括：风、浪、流 等等。

下面给出蓝疆号起重铺管船吊装作业主限定环境条件： 风速w 16m/s有效波高w 2m流速W4 节(1 节=0.5144m/s;则 2.06m/s)a. 安装计划编制组块安装计划一般情况下采用 project编制，安装计划应包括如下内容： 1、主作业船航 行2、抛锚就位3、过渡段安装4、必要的准备工作 5、装组块的驳船就位 6、切割固定7、 组块起吊&组块定位9、过度段上、下两道焊口焊接 10、住房组块起吊就位 11、附件安装 12、验收13、返航；每个过程从开始到结束的时间点等图 1为组块吊装安装组织机构图图1组块吊装安装组织机构图b .分析计算(1) 吊装分析主要依照 API RP 2A-WSD，针对结构在吊装过程中的强度进行计算分析， 检验其是否满足规范要求计算程序目前通用的是采用美国的 Engineering Dynamics, Inc公司的SACS(Structure Analysis Computer System )用SACS软件对平台组块及吊具进行 建模，加载，边界条件处理，结构强度和稳性校核，冲剪应力校核根据总重选择吊装锁具 及起重机起重能力进行吊索索具设计和强度校核图 2为平台组块sacs模型。

图2.平台组块SACS模型(2) 起重船舶及驳船稳性计算需要注意的是，在吊索上不仅要加上静载荷，还要根据波浪导致的船舶运动加上动力载荷船舶稳性计算可采用 MOSES软件，也可采用 NAPA，GHS等软件最重要的是要得到船舶稳性曲线是否满足规范标准要求c.吊装关键技术(1) 吊装机具的选择及确认应根据组块的重量合理选择浮吊和吊索锁具，结合组块的 重量重心数据进行驳船的选型及确认2) 过渡段切割根据导管架水平度，钢桩跨距，对角线尺寸，钢桩纵逢位置进行现场 切割工ru图3.过渡段切割示意图3. 组块浮托安装浮托法(float-over )是指通过调整驳船上组块高度将组块置于预先安装的导管架顶部 的一种安装方法当海上起重船能力不足或者不具备起重船作业条件的情况下进行对接作业 时，可采用浮托法进行安装作业 一般来讲，组块采用浮托法安装可以节省组块海上调试时间及安装费用目前国际上已有的浮托技术有分为单船浮托和双船浮托两种a. 浮托法的作业流程如下：1. 导管架海上安装就位；2. 装有护舷系统和缓冲器的驳船运载组块进入施工现场；3. 调节驳船浮态，进入导管架腿柱之间，称为进船阶段 （entry）；4. 驳船到达到指定位置，开始注水压载，使驳船吃水增加，同时上部组块结构与导管架承 载结构进行对接，组块结构的重量逐渐由驳船上转移到导管架腿柱上，称为对接阶段（mating）；5. 对接完成后，驳船继续增加吃水，使驳船与导管架上部组块结构脱离，驳船驶离导管架 腿柱间区域，称为出船阶段 （exit）。

b. 关键设备：1. LMU 和 DSU见图 4LMU和DSU是浮托安装的重要的关键设备， 对于整个浮托安装的成功与否起着至关重要的作用LMU和DSU结构复杂，精度要求高，因此对 LMU和DSU的尺寸，刚度，冲程需进行仔细校核I SAND *i 图2. 护舷护舷是横荡护舷以及纵荡护舷的统称， 它们是在浮托安装中起到水平方向的定位和缓冲作用的设备护舷的刚度及横向的进船间隙大小，直接影响护舷碰撞力的大小图5横荡护舷和纵荡护舷3. 系泊系统应对安场址的环境条件有准确的了解， 在此基础上根据锚的能力，锚链特性，绞车功率,系泊缆的极限强度等因素进行系泊系统设计两艘拖轮对驳船采用交叉缆系泊，进行进船4. 组块支撑结构与滑道应根据组块支撑结构的形式， 滑道的承载能力等因素布置装船方案， 进行紧固件的安装I云航叭 『鼻拖去便3?卓ffti注卿沖繇fl世计•沁七貝胆山旳曲趙计■于片直戟FE本解想忖甜斬 时却■相LMUftBaU寸W*神BtLfJlJftDiU 尺〒 fW 丽d沪住眸 刖廈珂fi你■I庙通盼:L匚匚二，卫曰血岁:咒审曲」总〔miLMU4DBU 備大住讦Ifi誓ran护联冋踊n蹲迤■羞4W厲■上 iMWitia 沪聪「甘證城i：・ifHMKLTT沪is图5.典型浮托安装考虑因素c. 浮托安装关键技术1. 船舶的选择及确认应根据拖航以及浮托安装的要求，结合组块的重量重心数据进行驳船的选型及确认。

2. 尺寸设计驳船资源锁定之后，应根据所选船型进行导管架的尺寸设计， 包括槽口宽度，第一层水平撑高程，进船间隙，出船间隙等3. 系泊系统设计包括待机和预进船阶段的布锚方案规划以及进出船和对接阶段的交叉缆， 纵向平行缆的4. 进出船和对接分析这一阶段，根据所掌握的数据应进行进出船和对接过程的模拟 考虑安装过程的非线性特征，采用时域模拟通常采用 MOSES(Multi-Operational Structural Engineering Simulator)或者 SESAM(Structure Engineering System Analysis Model) 软件进行分析1) 用Sesam/Wamdar进行Flaotover 驳船的运动分析；2) 用Sesam/Mimosa进行Floatover 驳船的系泊分析；3) 用SACS进行Substructure 的结构分析；4) 用 Sesam/Simo 进行 Mating 分析SESAh主要模块及功能见表 1表1. SESAM模块及主要功能SESAM模块主要功用ManagerSesam的管理模块，用于管理Sesam各种文件，控制Sesam各程序模块的执行，检查输 入数据的一致性和正确性，简化输入文件的准备和程序模块的执行。

Patran-PreSesam的前处理模块，通用有限元建模，适用于船舶结构，计划建立常用船舶的有限元 模型库，以便今后项目使用PreselSesam的前处理模块，用 Superelements组合Patran或GeniE建立有限元模型，以便 Sestra 分析WadamSesam的环境载荷分析模块，用 3D波浪理论和Morison公式计算波浪载荷和运动响应分析，包括一阶二阶波浪力以及多物体之间的相互作用PostrespSesam的后处理模块，用于频域分析中作短期或长期响应预报，二阶随机分析，用 S-N曲线进行疲劳计算，以及时域分析中响应预报SestraSesam的结构强度有限元分析模块，用线性静力，拟静力或动力分析结构强度，可用直 接分析或Superelement分析方法作静力分析、频域分析、时域分析XtractSesam的后处理模块，用高性能的 3D图观察和显示模型及其结果，这一通用后处理模块可选择、处理、呈现、动漫模拟静力和动力分析结果MimosaSesam的系泊分析模块，用于静力或动力分析系泊浮体，静力和动力分析风浪流作用力， 包括6 DOF波频作用力和低频慢漂力，计算系泊浮体的运动，系泊缆的张力。

SimoSesam的非线性时域系泊分析模块，模拟复杂系泊浮体系统的运动和定位， 包括多物体间相互偶合，波频作用力和低频慢漂力，分析风浪流作用，以及主动式被动式控制力作用Sesam其它模块主要包括前处理建模： GeniE、Submod环境分析：Installjac 、Wajac、Wasim 强度分析：Riflex、Splice、Usfos，后处理：Concode Cutres、Framework. Platework、 Profast、Stofat，专用波浪分析：DeepC HydroD,辅助工具：Brix Explorer 、Prepost、 Siftool 4. 两种方法优缺点比较分析吊装安装与浮托法安装优缺点比较如下：（1）目前，平台组块日趋集成化、模块化，重量和体积都越来越大庞大，虽然目前已经配 备。