海洋工程平臺(tái)改裝的可行性設(shè)計(jì)分析

李清斌，周 玉，潘 振

（1. 渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124010； 2. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

海洋工程平臺(tái)改裝的可行性設(shè)計(jì)分析

李清斌1，周 玉1，潘 振2

（1. 渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124010； 2. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

摘 要：拋整平臺(tái)是為深水航道治理而研制的專用海洋工程平臺(tái)，在基床拋石整平施工任務(wù)結(jié)束后，平臺(tái)便一直處于閑置狀態(tài)。為了減少閑置平臺(tái)的維修保養(yǎng)等附加費(fèi)用，降低試采油平臺(tái)的建造成本。通過計(jì)算分析對拋石整平平臺(tái)改裝為試采油平臺(tái)的可行性進(jìn)行論證。并作為閑置或超出服役期限平臺(tái)改裝的一個(gè)典型參考實(shí)例。

關(guān) 鍵 詞：拋石整平；試采油；改裝；升降系統(tǒng)

拋整平臺(tái)是靠四條底端裝有靴板的樁腿站立在河床軟體排上，樁腿和平臺(tái)間用液壓升降裝置聯(lián)結(jié)，平臺(tái)移動(dòng)時(shí)樁腿收起，離開河床漂浮。平臺(tái)作業(yè)時(shí)樁腿靴板坐底，液壓升降裝置將平臺(tái)升離水面，水平地固定在需要的高度上。平臺(tái)中部是空框，框邊安裝滑軌和滑塊。整平刮刀架置于滑塊中，可以上下調(diào)節(jié)定位高度。作業(yè)時(shí)牽引滑塊，刮刀推動(dòng)基床面塊石達(dá)到整平的目的。拋石用安裝在平臺(tái)兩側(cè)的克令吊進(jìn)行。電動(dòng)抓斗從運(yùn)石船抓石投入可以在刮刀架上移動(dòng)的下料溜筒中，石料按需要定點(diǎn)拋到基床上。一次坐底就位可以整平 20 m，完成后收腿移至下一船位[1-3]。

圖 1 改裝前拋石整平平臺(tái)總布置圖Fig.1 General arrangement of riprap leveling platform before conversion

試采油平臺(tái)是平臺(tái)的采油模塊與海上井口對接，完成油氣的簡單氣液兩相分離并臨時(shí)儲(chǔ)存于油艙，并通過外輸系統(tǒng)與油輪對接完成原油外輸?shù)墓δ苄宰鳂I(yè)平臺(tái)[4]。本文通過可行性分析將該平臺(tái)改造為能滿足此種功能的海上試采油平臺(tái)。改裝前拋石整平平臺(tái)總布置圖如圖1所示。

1 方案設(shè)計(jì)確定的主要改裝項(xiàng)目

根據(jù)對原拋整平臺(tái)的現(xiàn)場勘驗(yàn)和評審，確定在保持原拋整平臺(tái)的主尺度、升降系統(tǒng)及主發(fā)電機(jī)組不變的情況下進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。改裝設(shè)計(jì)后的試采油平臺(tái)滿足沿海航區(qū)施工作業(yè)，近海航區(qū)調(diào)譴的要求，同時(shí)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足 CCS 最新規(guī)范要求。主要改裝內(nèi)容如下：

⑴原平臺(tái)的刮刀架及其附屬設(shè)備拆除，拆除安裝在平臺(tái)中間的刮刀架、吊機(jī)、錨機(jī)、絞車及靠船排等設(shè)備；

⑵原平臺(tái)工作區(qū) 28 m×16 m×3.2 m（長×寬×高）改成原油儲(chǔ)備艙，油艙容量約 800 m3；

⑶平臺(tái)新增設(shè)一套火炬臂；

⑷按照規(guī)范要求在平臺(tái)上布置采油設(shè)備及設(shè)施；

⑸新增設(shè)一臺(tái) 5 t回轉(zhuǎn)吊機(jī)，吊臂長度 15 m 至20 m；

⑹生活樓移至甲板面以上，按照定員 14 人設(shè)計(jì)，一個(gè)2人間、三個(gè)4人間、一個(gè)廚房、一個(gè)浴廁室、一個(gè)冰機(jī)室、一個(gè)更衣室、一個(gè)應(yīng)急機(jī)；

⑺拆除原來的一臺(tái)停泊發(fā)電機(jī)組,新增加一臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組；

⑻原消防系統(tǒng)拆除并重新設(shè)計(jì)，包括二氧化碳、水消防、泡沫消防系統(tǒng)；

⑼救生設(shè)備重新布置，并增設(shè)一臺(tái) 14 人救生艇；

⑽壓載系統(tǒng)及艙底水系統(tǒng)重新布置設(shè)計(jì)，并增設(shè)壓載泵等；

⑾新增加一臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組；

⑿通訊系統(tǒng)重新布置設(shè)計(jì)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)接口；

⒀根據(jù)平臺(tái)的功能性改變，船體、輪機(jī)、電氣、舾裝專業(yè)進(jìn)行相關(guān)的改裝設(shè)計(jì)[5,6]。

改裝后試采油平臺(tái)總圖如圖2所示。

圖 2 改裝后試采油平臺(tái)總圖Fig.2 General arrangement of trial oil production platform after modification

2 起升狀態(tài)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算分析

2.1 平臺(tái)主要計(jì)算參數(shù)

根據(jù)平臺(tái)拆除設(shè)備和增加結(jié)構(gòu)重量對比計(jì)算可得：4個(gè)樁腿的單樁升船重量均小于獨(dú)立升降單元額定舉升負(fù)荷 450 t,平臺(tái)改造后能夠滿足舉升作業(yè)工況升船要求（升船能力計(jì)算和其它計(jì)算過程本文不做詳細(xì)論述）。

表 1 平臺(tái)主要計(jì)算參數(shù)表Table 1 Main computing parameter table of platform

2.2 計(jì)算假設(shè)

本平臺(tái)就位預(yù)壓后工作時(shí)樁靴座在沙質(zhì)或泥土海底，平臺(tái)升至水面上。本平臺(tái)在改作業(yè)狀態(tài)計(jì)算模型簡化為兩端為由4只樁柱自由支撐。本平臺(tái)材料屈服極限sσ =235 MPa。

2.3 改裝后平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)及樁柱受力簡化模型

改裝后平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)及樁柱受力簡化模型如圖3所示。

圖 3 改裝后平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)及樁柱受力簡化模型Fig.3 The simplified model of the main structure and the piles force of platform after modification

2.4 強(qiáng)度計(jì)算分析

(1)甲板板、船底板臨界應(yīng)力

a.甲板

理論彈性屈曲應(yīng)力

式中：KC=4，E=2.1×105N/mm2, tb=10 mm, s=0.5 m

臨界應(yīng)力

工作應(yīng)力

b.船底

理論彈性屈曲應(yīng)力

式中：KC=4，E=2.1×105N/mm2, tb=10 mm, s=0.5 m臨界應(yīng)力

工作應(yīng)力

(2)甲板及船底縱骨

a.甲板縱骨

理論彈性屈曲應(yīng)力

式中： Ia=256.77 cm4, A=15.81 cm2,l=2.0 m臨界應(yīng)力

工作應(yīng)力

式中：β＝1.0

b.船底縱骨

理論彈性屈曲應(yīng)力

式中：Ia=256.77 cm4, A=15.81 cm2,l=2.0 m臨界應(yīng)力

工作應(yīng)力

式中：β＝1.0

2.5 結(jié)論

基于方案設(shè)計(jì)的改裝輸入條件，經(jīng)計(jì)算校核，改裝后的試采油平臺(tái)主體總縱強(qiáng)度足夠，拋整平臺(tái)改裝為試采油平臺(tái)的實(shí)施計(jì)算可行。

3 結(jié) 語

隨著十二五規(guī)劃對海洋油氣資源的開發(fā)，對海洋工程平臺(tái)的需求也顯得尤為迫切。但新建造的海洋工程平臺(tái)從設(shè)計(jì)、設(shè)備采購、現(xiàn)場建造到檢驗(yàn)投產(chǎn)至少需要近 2 a 的周期，且新建平臺(tái)的建造成本較高。而改造閑置平臺(tái)由于平臺(tái)升降系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)主體不變，可以明顯縮短平臺(tái)的建造周期、減少平臺(tái)的建造成本。本文對平臺(tái)改裝的可行性分析，希望會(huì)給同行業(yè)擬盤活閑置平臺(tái)的用戶一些參考，也希望能與業(yè)內(nèi)人士共同探討和深層次的技術(shù)交流，共同尋求更優(yōu)化的設(shè)計(jì)理念[7]。

參考文獻(xiàn)：

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［2］王鳳．海上采油平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目中評價(jià)研究[D]. 四川：西南石油大學(xué)，2012:12-18 .

［3］林俊文，丁曉潔，張春妍．淺談鉆井平臺(tái)就位采油平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施 [J]. 東方企業(yè)文化，2012，18:32-33．

［4］滕瑤，蘭公英，韓華偉,等．海洋工程平臺(tái)批量并行總裝建造模式研究[C]. 紀(jì)念顧懋祥院士海洋工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集,2011.

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［6］許四發(fā)．自升式拋石整平平臺(tái)船技術(shù)研發(fā)工藝探討[J]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，3(25):148-152．

［7］李一勇，劉德進(jìn)，陸連洲等．深水拋石整平船的建造于應(yīng)用[J]. 中國港灣建設(shè)，2010，增 1:136-141．

中圖分類號(hào)：TE 357

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2014）03-0394-03

收稿日期：2013-08-20

作者簡介：李清斌(1981-)，男，研究方向?yàn)楹Ｑ笫蛢?chǔ)運(yùn)技術(shù)。E-mail：23678192@qq.com。

通訊作者:潘振(1981-)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)運(yùn)工程。E-mail：p6860770@126.com。

Feasibility Design and Analysis of Marine Engineering Platform Modification

LI Qing-bin1，ZHOU Yu1，PAN Zhen2
（1. China Petroleum Liaohe Equipment Company, Liaoning Panjin 124010, China；2. College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Abstract:The rubble leveling platform is a dedicated marine engineering platform that is developed for deepwater channel regulation. After the task of riprap leveling for the base bed was completed, the platform was idle all the time. In order to reduce maintenance cost of idle platforms and reduce the construction cost of trial oil production platform, the feasibility of modifying the riprap leveling platform into the trial oil production platform was analyzed by calculation.

Key words:Riprap leveling; Trial oil production; Modification; Lift system