海洋石油102YOKE加強(qiáng)環(huán)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(tǒng)在發(fā)生YOKE壓潰事故后，對其YOKE結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的加強(qiáng)，但改造造成的潛在影響尚未明晰。本文從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度角度，分析YOKE加強(qiáng)環(huán)改造影響，計(jì)算結(jié)果表明，認(rèn)為改造后YOKE結(jié)構(gòu)主要影響為由原有的彈性形變占主要作用變?yōu)閯傂缘膽?yīng)力集中占主要作用，改造后的儲備強(qiáng)度不完全滿足使用要求，應(yīng)盡快對其進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：YOKE 單點(diǎn)系泊 改造影響

中圖分類號：TE952 文獻(xiàn)標(biāo)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(diǎn)系泊系統(tǒng)為水上導(dǎo)管架軟鋼臂式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，由SBM公司提供，設(shè)計(jì)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(dǎo)管架后，該單點(diǎn)系泊系統(tǒng)遷移至新作業(yè)位置并進(jìn)行15年延壽大修作業(yè)。2011年4月，受惡劣海況影響，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)發(fā)生壓潰事故，導(dǎo)致YOKE結(jié)構(gòu)受損，鼻錐頭下墜，單點(diǎn)系泊頭管匯平臺處結(jié)構(gòu)、管線、電儀、機(jī)械等設(shè)施受到損壞。海洋石油102FPSO被迫緊急解脫，受損的YOKE被吊裝運(yùn)回陸地進(jìn)行修復(fù)作業(yè)。

由于該次事故造成YOKE橫撐壓潰受損，隨后對其橫撐內(nèi)加設(shè)6條加強(qiáng)環(huán)補(bǔ)足強(qiáng)度，本文對該次改造可能造成的影響進(jìn)行評估。

1 YOKE有限元計(jì)算模型系統(tǒng)描述

本次YOKE有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算使用ANSYS 14.5 WORKBENCH進(jìn)行，YOKE模型參考2011年由SBM進(jìn)行的YOKE結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行建模。由于本次計(jì)算目的為確認(rèn)加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其影響，對YOKE壓載艙區(qū)域采取簡化方法，并忽略加強(qiáng)環(huán)局部設(shè)置的通水孔。

壓載艙區(qū)域鋼材密度設(shè)置為1.135×104 kg/m（壓載艙內(nèi)附屬加強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡化），兩側(cè)壓載艙均受180t壓載水作用，YOKE橫搖軸承處存在質(zhì)量23t的縱搖/橫搖軸承重量；

模型總重5.16×105 kg；

區(qū)別于2011年SBM公司復(fù)核模型，本次計(jì)算增加考慮了橫搖軸承部分對YOKE鼻錐結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)）設(shè)置Z向約束，放開其余5個自由度約束；

縱搖軸承處Y向轉(zhuǎn)動放開，其余5自由度全部約束。

2計(jì)算工況

本次YOKE加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析共采用8種計(jì)算工況，其中，由于YOKE壓潰事故由于FPSO受順向風(fēng)浪流作用時(shí)，導(dǎo)致FPSO向系泊導(dǎo)管架方向偏移引起，增加了LC6/LC7兩個補(bǔ)充計(jì)算工況見表1。

3 計(jì)算結(jié)論

過對本章YOKE結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算結(jié)果，可得見表2。

（1）除LC3工況外，各工況局部結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力均接近或超過了YOKE材料的許用應(yīng)力，推測原因?yàn)椋釉O(shè)加強(qiáng)環(huán)前后，鼻梁筒受力下產(chǎn)生的彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)榧釉O(shè)后加強(qiáng)環(huán)內(nèi)緣的應(yīng)力集中，在極端環(huán)境下，存在局部結(jié)構(gòu)儲備強(qiáng)度不足的問題，因此，建議在外側(cè)的加強(qiáng)環(huán)增設(shè)面板，以增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

（2）各工況下最大等效應(yīng)力位置分布特征較為明顯，均集中分布于YOKE加強(qiáng)環(huán)內(nèi)緣以下位置見表5。

（3）各工況下，YOKE鼻環(huán)左右舷外側(cè)的兩個加強(qiáng)環(huán)應(yīng)力分布明顯大于內(nèi)側(cè)兩個加強(qiáng)環(huán)。

（4）根據(jù)計(jì)算工況LC4（單YOKE臂最大y向系泊力），可以推斷單側(cè)YOKE臂受較大橫向系泊力作用時(shí)，對YOKE結(jié)構(gòu)影響較大，對比工況LC3（單YOKE臂最大x向系泊力），最大單側(cè)YOKE臂縱向系泊力作用時(shí)，YOKE結(jié)構(gòu)較為安全。

（5）根據(jù)各計(jì)算工況整體應(yīng)力分布云圖，可發(fā)現(xiàn)YOKE與系泊腿連接部分承受較大應(yīng)力作用，實(shí)際情況下，還會承受交變荷載作用，是重要的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。另外，在YOKE受較大的橫向作用力作用時(shí)，YOKE橫撐與壓載艙連接區(qū)域同樣會承受較大系泊力作用見圖6。

4 結(jié)語

軟鋼臂系泊系統(tǒng)的改造涉及YOKE臂重量分布、系泊剛度、系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等各個方面影響[1]，對系泊系統(tǒng)的改造應(yīng)謹(jǐn)之又慎。海洋石油102YOKE結(jié)構(gòu)加強(qiáng)改造后，由于局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增大，類似工況下是否可能會對其他系泊結(jié)構(gòu)造成連帶影響應(yīng)慎重考慮。該文從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度角度，認(rèn)為改造后YOKE結(jié)構(gòu)主要影響為由原有的彈性形變占主要作用變?yōu)閯傂缘膽?yīng)力集中占主要作用，改造后的儲備強(qiáng)度不完全滿足使用要求，應(yīng)盡快對其進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國海洋石油總公司.海洋石油工程設(shè)計(jì)指南第九冊：海洋石油工程FPSO與單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：352.

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