海洋石油102YOKE加強環改造影響分析

楊光 張建勇 王寧 王浩

摘 要：海洋石油102水上軟鋼臂式系泊系統在發生YOKE壓潰事故后，對其YOKE結構進行了相應的加強，但改造造成的潛在影響尚未明晰。本文從結構強度角度，分析YOKE加強環改造影響，計算結果表明，認為改造后YOKE結構主要影響為由原有的彈性形變占主要作用變為剛性的應力集中占主要作用，改造后的儲備強度不完全滿足使用要求，應盡快對其進行相應加強。

關鍵詞：YOKE 單點系泊 改造影響

中圖分類號：TE952 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（a）-0040-02

Impact Analysis of the Haiyangshiyou 102 YOKE Modification

Yang Guang

Zhang Jianyong， Wang ning， Wang hao

（Tianjin CNOOC Engineering Design Co，LTD.Tianjin Code 300000，China）

Abstract：The yokestructural was reinforced after Haiyangshiyou 102 soft YOKE mooring system collapsed，but，theres no reliable impact analysis of the modification. This paper analysed the structural impact with FEA method.Results has shown that the elastic-deformation-dominance has turned into stresses-concentration-dominance，which is not enough to meets the requirement.

Key Words：YOKE；Single Point Mooring； Modification Impact.

海洋石油102單點系泊系統為水上導管架軟鋼臂式單點系泊系統，由SBM公司提供，設計壽命20年。1988年最初安裝于BZ-35并服役接近18年，在BZ28-2S安裝新建導管架后，該單點系泊系統遷移至新作業位置并進行15年延壽大修作業。2011年4月，受惡劣海況影響，單點系泊系統發生壓潰事故，導致YOKE結構受損，鼻錐頭下墜，單點系泊頭管匯平臺處結構、管線、電儀、機械等設施受到損壞。海洋石油102FPSO被迫緊急解脫，受損的YOKE被吊裝運回陸地進行修復作業。

由于該次事故造成YOKE橫撐壓潰受損，隨后對其橫撐內加設6條加強環補足強度，本文對該次改造可能造成的影響進行評估。

1 YOKE有限元計算模型系統描述

本次YOKE有限元結構計算使用ANSYS 14.5 WORKBENCH進行，YOKE模型參考2011年由SBM進行的YOKE結構模型進行建模。由于本次計算目的為確認加強環結構強度及其影響，對YOKE壓載艙區域采取簡化方法，并忽略加強環局部設置的通水孔。

壓載艙區域鋼材密度設置為1.135×104 kg/m（壓載艙內附屬加強結構簡化），兩側壓載艙均受180t壓載水作用，YOKE橫搖軸承處存在質量23t的縱搖/橫搖軸承重量；

模型總重5.16×105 kg；

區別于2011年SBM公司復核模型，本次計算增加考慮了橫搖軸承部分對YOKE鼻錐結構的影響（橫搖軸承簡化為30 mm厚鋼筒）。

YOKE有限元模型邊界條件設置如下。

左右舷系泊腿與YOKE連接腹板上方40 cm處（系泊腿萬向節）設置Z向約束，放開其余5個自由度約束；

縱搖軸承處Y向轉動放開，其余5自由度全部約束。

2計算工況

本次YOKE加強環結構強度有限元分析共采用8種計算工況，其中，由于YOKE壓潰事故由于FPSO受順向風浪流作用時，導致FPSO向系泊導管架方向偏移引起，增加了LC6/LC7兩個補充計算工況見表1。

3 計算結論

過對本章YOKE結構有限元計算結果，可得見表2。

（1）除LC3工況外，各工況局部結構最大等效應力均接近或超過了YOKE材料的許用應力，推測原因為，加設加強環前后，鼻梁筒受力下產生的彈性變形轉變為加設后加強環內緣的應力集中，在極端環境下，存在局部結構儲備強度不足的問題，因此，建議在外側的加強環增設面板，以增加結構強度。

（2）各工況下最大等效應力位置分布特征較為明顯，均集中分布于YOKE加強環內緣以下位置見表5。

（3）各工況下，YOKE鼻環左右舷外側的兩個加強環應力分布明顯大于內側兩個加強環。

（4）根據計算工況LC4（單YOKE臂最大y向系泊力），可以推斷單側YOKE臂受較大橫向系泊力作用時，對YOKE結構影響較大，對比工況LC3（單YOKE臂最大x向系泊力），最大單側YOKE臂縱向系泊力作用時，YOKE結構較為安全。

（5）根據各計算工況整體應力分布云圖，可發現YOKE與系泊腿連接部分承受較大應力作用，實際情況下，還會承受交變荷載作用，是重要的風險點。另外，在YOKE受較大的橫向作用力作用時，YOKE橫撐與壓載艙連接區域同樣會承受較大系泊力作用見圖6。

4 結語

軟鋼臂系泊系統的改造涉及YOKE臂重量分布、系泊剛度、系泊系統結構強度等各個方面影響[1]，對系泊系統的改造應謹之又慎。海洋石油102YOKE結構加強改造后，由于局部結構強度增大，類似工況下是否可能會對其他系泊結構造成連帶影響應慎重考慮。該文從結構強度角度，認為改造后YOKE結構主要影響為由原有的彈性形變占主要作用變為剛性的應力集中占主要作用，改造后的儲備強度不完全滿足使用要求，應盡快對其進行相應加強。

參考文獻

[1] 中國海洋石油總公司.海洋石油工程設計指南第九冊：海洋石油工程FPSO與單點系泊系統設計[M].北京：石油工業出版社，2007：352.

[2] 劉雪宜.FPSO在YOKE損壞時的應急解脫[J].石油工程建設，2013（3）：26-30，24.

[3] 劉斌，張曉.水上軟剛臂系泊系統YOKE失效分析[J].天津科技，2014（1）：47-50.