海洋平臺組塊雙船浮托整體遷移方法支撐結構設計

阮志豪　劉登輝　袁廷廷　王南海　王峰

摘 要：隨著近年來部分海上石油平臺的服役期滿，對這部分完成使命的平臺的拆除再利用工作也陸續開展起來，而如何維護平臺組塊在拆除及運輸過程中的完整及穩定，是一直以來的研究熱點。本文以雙船浮托技術為基礎，主要針對我國渤海海域1500噸～6000噸重量組塊的整體拆除及整體遷移，設計總結了一套可通用的方案，并對方案實施中結構強度校核計算進行了分析。

關鍵詞：雙船浮托；組塊拆除；整體遷移；綁扎固定；強度校核

中圖分類號：U674.38 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）07-0040-03

1 組塊整體拆除和遷移過程簡介

采用雙船浮托法進行組塊拆除，有如下幾個優點：①組塊整體拆除、整體再利用；②減少了對大型浮吊的依賴；③與傳統吊裝方法拆除平臺相比，可以節省一定的費用。

本方案以渤海區域6000噸重量組塊為例，進行了拆除方案的分析和研究，而目標平臺模型參照渤海區域某實際的組塊搭建，重量重心與組塊資料一致。主要研究采用雙船浮托法進行組塊整體拆除和遷移過程中，如何進行綁扎固定最為安全有效。

方案中需要的船舶資源主要有：兩艘相同的新建浮托船，一艘半潛運輸船（海洋石油278）。

1.1 組塊整體與導管架的分離

首先，為使組塊兩側的支撐點具有足夠的強度，保證組塊的結構整體完整性，便于組塊的二次整體利用，需要對組塊兩側焊接支撐點并對附近的結構進行加強。浮托船舷側安裝組塊支撐結構，支撐結構上方放置樁腿對接緩沖器（LMU）；導管架外側四個主腿上安裝有碰球，用于緩沖浮托船對導管架的碰撞并起到定位作用。兩艘浮托船通過排載調整到一定橫傾角，同步向導管架靠攏并停靠在碰球處，再同步調平船體，實現LMU與支撐節點的對接；對接完成后，通過對浮托船排載操作，上浮逐步承擔起組塊的重量，從而使組塊整體與導管架分離。

1.2 雙船浮托組塊至半潛船

組塊整體與導管架分離后，浮托船在纜繩和絞車的協助下支撐組塊完成短距離運輸，最終到達半潛船上方指定位置。為實現這一過程，在浮托船上安裝了導軌裝置及縱向防撞裝置，相應在半潛船甲板上安裝了橫向和縱向定位樁，半潛船下潛到水面下設計吃水位置，露出水面的定位樁將引導浮托船駛入。在半潛船甲板上方及對應兩條浮托船正下方布置并固定枕木；浮托船進入到最終位置后，保持其平衡并使浮托船底與枕木最上方保留1.6m的垂直距離。

1.3 組塊與沙箱緩沖裝置（DSU）對接

在半潛船甲板上預定設計位置，提前焊接好組塊支撐框架結構，支撐框架頂部設置沙箱緩沖裝置（DSU）。組塊與浮托船到達半潛船上方預定設計位置后，DSU結構對準組塊主腿插尖，首先對半潛船進行排載操作使其上浮，完成DSU結構與組塊主腿的對接。此時，枕木與浮托船底仍有一定間隙，繼續對半潛船進行排載，浮托船將坐落在枕木上，LMU與組塊外側支撐節點分離，組塊的重量完全轉移到半潛船甲板支撐框架。

1.4 組塊整體遷移再利用

繼續對半潛船排載，使其達到設計的運輸吃水，然后進行浮托船及組塊的綁扎固定。最后，半潛船將載著兩艘浮托船及組塊直接運輸到海上固定平臺安裝現場，并將組塊安裝到一個新建導管架上，從而實現組塊的整體遷移并直接再利用。

2 組塊支撐結構設計

2.1 設計基礎

浮托船舷側組塊支撐結構強度校核，使用有限元分析軟件ANSYS完成；考慮渤海海域常規浮托作業環境條件，并使用MOSES時域計算得到LMU位置的反力，作為組塊支撐結構設計載荷。設計環境條件，詳見表2。

2.2 支撐結構詳細設計

為了保證新建駁船的船體強度，采取了舷側貼加強板的設計形式，加強板選用20mm厚Q345B材質的鋼板，焊接形式采用開孔塞焊+外側環焊的焊接形式。

考慮到與其他設備儀器管道的干涉，以及新建駁船尾封板的弧形設計，最終將支撐結構焊接在加強板上。

2.3 計算載荷及邊界條件

使用MOSES軟件計算得到了以下三個過程的設計載荷：組塊整體與導管架的分離、雙船浮托組塊至半潛船、組塊與沙箱緩沖裝置（DSU）對接。

在本設計中，將組塊與導管架的分離、雙船浮托組塊至半潛船過程作為最危險工況進行分析。兩條新建駁船及支撐結構完全對稱，因此只進行單側新建駁船及其附屬支撐結構設計。

提取上述兩個最危險工況的最大LMU作用力作為結構設計載荷，加載在LMU外套筒中心上。

在新建駁船支撐結構的對側加載1000MT水泥塊配重，通過船艙內部壓載水和水泥塊配重來平衡組塊對于支撐結構的載荷，并在新建駁船船底約束節點位移。

組合整理后得到本次計算最終設計載荷，詳見表3。

工況說明：

工況1：Fx取最大值，Fy，Fz取Fx最大值對應工況下的值。

工況2：Fy取最大值，Fx，Fz取Fy最大值對應工況下的值。

工況3：Fz取最大值，Fx，Fy取Fz最大值對應工況下的值。

工況4：取Fx與Fz合力最大值工況， Fy取對應工況下的值。

工況5：取Fy與Fz合力最大值工況， Fx取對應工況下的值。

工況6：取Fx與Fy合力最大值工況， Fz取對應工況下的值。

2.4 計算結果

（1）材質：支撐結構選用DH36材質，屈服強度為355MPa；新建駁船選用Q235B材質鋼板進行結構設計，屈服強度為235MPa；舷側加強板選用Q345B材質鋼板，屈服強度為345MPa。

（2）所有結構等效應力取屈服強度的0.9倍，應力結果如下：支撐結構的最大等效應力為309.84MPa，小于許用應力319.5MPa；新建駁船的最大等效應力為183.37MPa，小于許用應力211.5MPa；駁船舷側加強板的最大等效應力為174.82MPa，小于許用應力310.5MPa。

3 結論

本文以渤海海域6000T組塊為例，解析了海洋平臺組塊雙船浮托整體拆除和整體遷移方法中支撐結構強度校核內容及結果，為后續渤海區域其他組塊的拆除工作提供了參考。

綜上可知，采用雙船浮托法進行渤海區域組塊的整體拆除及整體遷移是可行的，期間支撐系統的設計安全可靠，結構強度均能滿足設計需求。

本方案在雙船浮托的基礎上進行了兩處改進：一是新建兩艘浮托船，更具有針對性，且覆蓋組塊重量范圍更廣，可以滿足渤海海域1500噸～6000噸重量級別的組塊拆除需求；二是使用一艘半潛船將組塊及兩艘浮托船整體運輸到目標海域，解決了海洋平臺組塊海上整體遷移并直接再利用的長距離運輸問題。

參考文獻：

[1]郝靜輝，楊樹耕.海上石油平臺拆除技術的發展現狀[J].中國港灣建設，2004，2004（04）.

[2]田永花，李敏雪，廖凌之.淺談國外平臺拆除新方法[J].中國水運，2016，16（7）：327-331.

[3]AISC， Manual of Steel Construction – Allowable Stress Design， 9th Edition.

[4]API RP 2A–WSD， Recommended Practice for Planning and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design， 2007，2007（10）.

[5]李成鋼，張敬安，鄭輝，等.海洋油氣退役平臺棄置方案研究[J].中國石油和化工標準與質量，2013，2013（09）：69-70.

[6]李美求，段夢蘭，施昌威，陳祥余，鐘德理.海洋廢棄樁基平臺拆除的工程模式和方案選擇[J].中國海洋平臺，2008，2008（03）.

[7]王勇，戴兵，高軍偉.廢棄海洋石油平臺的拆除[J].機械工程師，2010，2010（01）.