LW3-1項目超大型深水導管架總裝技術

鄧 推, 張子良

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

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LW3-1項目超大型深水導管架總裝技術

鄧 推, 張子良

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

對重量達31 375 t的LW3-1中心平臺項目導管架按照滑道布置、分片預制、總裝、裝船運輸的建造順序進行研究，集中分析導管架建造場地滑靴裝船技術、主結構桁架建造方法、導管架分片有限元分析、結構吊裝動態分析技術以及裙裝吊裝技術，總結LW3-1導管架順利建造的關鍵因素，對同類型導管架的建造具有積極的指導意義。

深水導管架；中心桁架；裙裝套筒；吊裝；總裝

0 引言

LW 3-1項目為一座8腿固定鋼制導管架平臺，工作海域水深為189.5 m。海洋石油工程股份有限公司作為總包方負責其設計、采辦、建造及安裝工作。其具體建造工作在海洋石油工程(青島)有限公司場地完成。

LW 3-1項目導管架總體結構如圖1所示，該導管架主要由滑靴、導管、拉筋、裙裝套筒、防沉板，靠船件、陽極塊、注水放空系統、灌漿系統、立管、電纜護管、陰極監控系統、防海生物結構、防渦激振動裝置、吊點、人行走道及其他輔助結構組成。4個中心導管腿位于導管架中部(圖1中軸線2.1和軸線2.3所在位置)，導管腿與其相連的拉筋構成下水桁架。采用臥式建造法時，中心桁架底部2根導管腿焊接在滑靴上，將導管架的重量傳遞給建造場地和駁船的滑道梁。中心桁架是建造過程、滑靴裝船、運輸及下水安裝過程中主要承受載荷的結構。中心桁架外側位于軸線1和軸線4位置的4角分別布置有1根主導管腿。 每根導管腿上安裝有乙二醇儲罐。在每根導管腿底部安裝4個裙裝套筒。裙裝套筒在整個平臺最終就位后傳遞上部組塊及導管架重量到鋼樁過程中發揮著重要的作用。

圖1 LW 3-1項目導管架軸線圖

LW 3-1項目導管架重31 375 t，噸位規模處于亞洲前列，僅次于Bullwinkle導管架、Pompano導管架、Harmony導管架和Heritage導管架。 LW 3-1項目導管架的卷制鋼管直徑最大達4 200 mm，厚度最大達100 mm。導管架底部框架尺寸為96.7 m×100 m，頂部框架尺寸為34 m×72 m。建造中的導管架最高點距離地面104.4 m。導管架臥式建造總長度201 m，其中173.7 m的中心桁架布置在場地滑道梁上。

鑒于所建導管架質量巨大，建造過程中面臨巨大挑戰， 需要精心考慮滑道梁底座加強、有限吊機資源的分配、最優建造順序的確定、超大型結構物吊裝方法等。本文主要介紹成功應用于LW 3-1項目導管架建造過程中的關鍵核心技術。

1 建造場地滑道布置

海洋石油工程(青島)有限公司場地北端的4號滑道用于建造LW 3-1項目導管架。為了滿足總重31 375 t，超過200 m長的導管架建造要求，對4號滑道進行加強， 其主要包含鋼筋混凝土樁、鋼筋混凝土滑道塊、滑道。

滑道上有2層滑道塊：位于下層的滑道塊截面高2.1 m，寬3.5 m；位于上層的滑道塊截面高2.1 m，寬2 m。滑靴總長177.6 m，距離碼頭邊緣48 m。滑道及截面如圖2和圖3所示。

圖2 滑道整體

圖3 滑道截面

2 LW 3-1導管架預制及建造過程

導管架總體建造順序為由上而下、桁架內至桁架外。導管架整體分為中心桁架、左側外桁架和右側外桁架等3部分，如圖4和圖5所示。

圖4 中心桁架總裝

圖5 兩側外桁架總裝

中心桁架總裝完成的同時，中心桁架外開始總裝。采用這種建造順序提高了建造效率，同時可縮短整體建造工期。

中心桁架在預制階段分為28個分片進行預制，其中單個分片最重可達1 200 t，垂直高度70 m ；中心桁架外分為48個分片預制，其中單個分片最重達750 t，垂直高度105 m。1臺起重能力1 600 t履帶起重機、1臺1 250 t履帶起重機配合數臺750 t、600 t及400 t履帶起重機共同承擔總裝過程中的吊裝任務。采用多臺吊機聯合作業的方法確保在建造過程中的工程質量和施工進度。導管架建造過程中共完成77個分片的預制、198次吊裝任務。總體建造順序如圖6所示。

圖6 導管架總體建造順序

3 中心桁架建造技術

3.1 計算軟件分析

導管架建造過程中主要采用ANSYS和SCAS軟件對吊裝過程中的應力和應變計算進行分析。

3.2 風荷載

計算導管架所受風荷載，設計風速為13.8 m/s，但考慮到風速的動態變化，取最大允許風速為10.8 m/s。

3.3 應力校核

導管架采用API PR2A-WSD規范要求對桿件和節點的應力進行校核，所有桿件和節點滿足API規范的要求。

3.4 節點撓度校核

在所有工況下，最大撓度應該在R/L<1/80的范圍內。R和L的定義如圖7所示。

圖7 最大撓度定義

3.5 吊裝應力應變校核

中心桁架由6個框架組成，豎向位于軸線2.1和軸線2.3之間,橫向位于軸線A和軸線B之間。其中最大導管腿直徑為3 500mm，最大拉筋直徑為1 800mm。文中對LW3-1導管架中心桁架B軸線一處分片進行有限元分析，圖8為該分片在ANSYS軟件中的建模及劃分網格模型。

圖8 分片有限元模型

中心桁架分為28個分片預制，其中單個分片最重可達1 200t，吊裝時垂直高度超過70m。這對青島建造場地是前所未有的挑戰，桁架的吊裝由1臺1 600t履帶起重機、1臺1 250t履帶起重機、2臺750t履帶起重機共同配合。

通過軟件計算分析，顯示總的風荷載是55 879N，風荷載對z方向的最大位移沒有影響。計算結果顯示吊裝時由于風荷載的存在會有輕微擺動。分片應力及應變如圖9和圖10所示，圖中最大的吊裝應力為62.2MPa，小于許用最大應力242MPa，最大應變值為0.068m，滿足撓度校核要求。

圖9 分片應力云圖

圖10 分片應變云圖

3.6 總裝步驟

在吊裝過程中，導管用帆布包裹避免傷害母材。總裝過程的吊裝作業由1臺1 600t履帶起重機、1臺1 250t履帶起重機、2臺750t履帶起重機共同配合完成。

首先，1 250t履帶起重機和1 600t履帶吊抬升分片的一端(EL-81m處)，抬升角度小于18°，然后2臺750t履帶起重機抬升分片另一端。通過吊點的移動慢慢將分片移動到就位位置。吊機站位圖及移動路線如圖11所示。

圖11 吊機站位圖

采用4臺吊機吊裝的技術難點在于鉤頭力分配不確定，通過理論方法計算得到鉤頭力數值也較為困難。分片重心對鉤頭荷載的分配也有影響，鉤頭力對轉動產生的影響也很敏感。因此，吊機操作者和指揮者間的密切合作是成功完成吊裝任務的基礎。

吊裝分析時，假設重心在每個方向上的偏移量不超過1m，計算吊機鉤頭力。考慮鉤頭力的變化在吊機額定吊重下留有充足的余量。吊裝操作中保持最大的鉤頭力。通過對計算結果的分析，操作者對每臺吊機鉤頭承載力進行調整，同時調整每臺吊機的工作半徑，監控每臺吊機的實時數據使之控制在計算數據5%以內。當鉤頭力減少時，意味著起升速度低于預設速度，這時需要微調加速吊機鉤頭起升速度。當鉤頭力增加時，則需降低吊機的鉤頭起升速度。每臺吊機均用這種方法調整直至吊機狀態穩定。方法同樣適用于橫向移動分片的情況。操作者基于鉤頭力的讀數變化調整吊機起升速度。

4 裙裝套筒的總裝

與以往的導管架項目不同，LW3-1項目導管架外側有4個裙裝套筒。采用臥式建造時，裙裝套筒位于軸線A底部靠近地面處，其中1個套筒位于樁腿對角線上，這給總裝工作帶來一定的困難。以往的經驗是先安裝導管腿，然后安裝剪力板和YOKE板，最后安裝裙裝套筒。然而在本項目中采用以往的安裝順序會增加施工難度，同時不具有可行性。經過研究分析，最終確定安裝順序為先將3個套筒就位在安裝位置，然后安裝剪力板、YOKE板和導管腿。這種建造順序提高了12%的總裝效率。

為減少高空作業時間，位于軸線B的底部導管腿和3個套筒作為一個整體進行預制與吊裝。整體重量達750t，吊裝高度105m，采用3臺大型吊機(1 600t吊機、1 250t吊機和750t吊機)聯合作業。

重心及吊點布置如圖12所示。吊裝桿件采用GB712-2006D36材料，所有全熔透坡口焊進行100%UT檢驗，所有填角焊采用100%MT檢驗。

圖12 重心及吊點布置

對于裙裝套筒的吊裝和總裝工作，采用1 600t吊機、1 250t吊機和750t吊機作業。首先3臺吊機抬升結構緩慢移動至4號滑道就位位置附近，將結構吊裝至一定高度，使結構的樁腿在導管架樁腿上部，然后吊機旋轉裙裝套筒并緩慢移動結構至安裝位置。

5 結語

LW3-1項目導管架的總裝是一項具有挑戰性的工作，整個項目一個相對小的作業環節相比其他項目都意味著巨大的工作量。合理的總裝順序確保項目良好的建造質量和施工進度。多吊機聯合作業技術的運用極大地提高總裝效率。桁架及裙裝套筒的總裝技術很好地應用于場地實踐中，保證進度，確保各項目節點按時完工。LW3-1導管架建造技術對未來同類型結構總裝具有現實的指導意義。

[1] STUART C, DIGRE K， RODRIQUE M. The Fabrication of the Bullwinkle Platform[C]//Offshore Technology Conference, 1989.

Erection Technology for Deep-Water Jacket in LW 3-1 Project

DENG Tui, ZHANG Ziliang

(Offshore Oil Engineering (Qingdao) Co., Ltd., Qingdao 266520, Shandong, China)

The construction sequence of the jacket for LW3-1 center platform project with a weight of 31 375 t in accordance with the skid-way layout, panel prefabrication, assembly process, load out is researched. The fabrication yard skid-way layout, erection method for the main launch truss, finite element analysis of panel, dynamic analysis techniques for structure lifting, and joint lifting are analyzed. The important factors to build LW3-1 successfully are concluded. It provides positive guiding significance for construction of same type jackets.

deep-water jacket; central launch truss; pile sleeve; lifting; erection

鄧 推 (1984-)，男，工程師,從事海洋石油工程，船舶與海洋結構物設計制造

1000-3878(2017)03-0054-05

U671

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