東海棧橋安裝對管線布置的影響

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(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

東海棧橋安裝對管線布置的影響

李雙勝，程新宇，郭慶，王冰，王彥多

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

東海棧橋位移較大，棧橋上管線的應力分析計算難度大，耗費時間長，對管線的布置要求也很高。棧橋的安裝偏差超過既定范圍，就會對棧橋和組塊的管線連接造成影響，需要重新備料、重新布置管線并進行應力分析。結合東海某平臺的棧橋安裝案例，對棧橋安裝的高度、長度以及角度偏差對棧橋上管線布置的影響進行了分析，指出布置管線時需要充分考慮水深測量誤差以及導管架過渡段調整，針對高度偏差應當進行備料、管線規劃和管線應力分析預案，盡量避免管線從棧橋側面或者棧橋底部進入棧橋，管線進入棧橋前應當預留較長的直管段，可為東海棧橋上管線布置提供參考。

管線； 棧橋； 安裝； 偏差； 影響

棧橋是連接海上油氣田2個或者多個平臺間油氣水管線、電纜和人員通行的通道，一般采用空間框架鋼結構[1]。通過棧橋管線可以實現海上油氣田各平臺間公用系統、工藝系統、電力系統以及儀表等的連接，確保海洋石油的持續開發，減少持續開發的投資。

海洋平臺及棧橋通常是分開吊裝，棧橋及平臺安裝就位后才能進行棧橋上管線和組塊管線的連接，如果組塊、棧橋安裝偏差較大，就會給管線連接帶來較大困難，甚至無法連接。

1 東海棧橋管線布置研究重要性

棧橋管線與平臺上的管線相比，在應力分析中需考慮的載荷包括壓力、重力和各種偶然載荷(地震加速度、風載、安全閥泄放反力和水錘力)[2-4]。為了吸收棧橋管線由于載荷、熱應力、平臺位移等產生的應力，國際上主要采用中間U膨脹彎、Z字型膨脹彎、兩端U型膨脹彎以及兩端軟管連接等方法布置棧橋管線[5]。

渤海水深較淺，水深平均約20 m，水深導致的棧橋安裝誤差較小。棧橋相對位移也較小(一般在100～300 mm)，即便棧橋安裝產生偏差，應力計算也容易通過。和渤海相比，東海水深一般在90 m左右，棧橋的安裝誤差及兩平臺相對位移急劇增大。棧橋和組塊的安裝誤差較大，棧橋上管線的應力計算較困難。應力計算通過后對棧橋改變的敏感度較高，棧橋上管線直管段縮小或增大都需要重新計算應力，通過改變支架的型式及位置來實現管線位移的吸收。因此，東海棧橋的安裝對棧橋上管線布置有顯著影響。

東海某平臺棧橋x、y、z方向的推算位移分別為87.7 cm、85 cm和19.92 cm，已經遠高于渤海地區的平臺棧橋位移。該平臺應力分析后的管線布置見圖1。

圖1 東海某平臺應力分析后棧橋管線布置

雖然該平臺棧橋通過了應力計算，但由于棧橋計算位移較大，16根管線應力計算就需要25 d，而渤海棧橋管線應力計算只需7 d?？紤]到管道柔性設計問題，在滑動端平臺管線進入棧橋前預留了10～15 m的直管段，且部分支架無法添加導向或止推約束，導致該直管段管線自然頻率較低，最低僅為1.356 Hz。經計算滑動端平臺在正常操作時的頻率為1/2.253=0.44 Hz，滑動端平臺千年一遇極端條件下平臺頻率為1/2.323=0.43 Hz。當管線頻率接近和等于平臺固有頻率時會發生共振，易造成管線損壞。根據工程經驗，當管線頻率大于平臺頻率的3倍時，可避免管線振動破壞，即工程設計中需滿足3倍平臺固有頻率小于管線頻率，經核實，該平臺3倍固有頻率為1.32 Hz<1.356 Hz，可見頻率滿足要求。雖然頻率滿足要求，在管道靜態應力計算中也已經考慮了風載及地震加速度等偶然載荷的影響，但由于預留了10～15 m的直管段，且部分支架無法添加導向或止推約束，在極端自然條件下，如臺風等，還可能出現管道晃動情況。目前國內外對管道振動問題進行了大量研究，并解決了很多工程實際問題[6-10]。但往往在振動分析中，沒有將復雜管路作為一個整體來考慮，僅對局部管路進行分析，結果常出現振動轉移現象[11，12]

可以看出，東海棧橋位移較大，管線應力計算困難且時間長，還存在一定風險。一旦棧橋安裝偏差較大，組塊和棧橋的連接管線就需重新布置，重新計算應力，造成工期延遲。隨著東海平臺的增多，棧橋管線布置的研究也顯得越來越重要。

2 棧橋安裝偏差對管線布置影響以及建議措施

深水導管架安裝分析一般包括導管架的裝船、拖航、下水、扶正及坐底等過程[13，14]。為了保證就位準確，采用GPS衛星定位系統進行船舶的導航和導管架的定位[15]。組塊安裝在導管架上方，棧橋安裝在組塊上方，導管架的安裝偏差導致上部組塊和棧橋的安裝偏差，因此分析導管架安裝誤差對管線布置的影響。

2.1導管架安裝高度偏差

在一般棧橋安裝過程中，導管架與組塊的連接處都設有過渡段。過渡段是鋼樁與組塊連接的主要結構，用于海上導管架跨距和組塊水平標高的調整。過渡段結構由插尖、過渡段和直管段3部分組成，其上部與組塊立柱相連，下部與鋼樁相連，具體連接形式見圖2。過渡段的海上安裝大致分為兩個階段，一是測量鋼樁跨距，同時依據組塊實測跨距進行鋼樁樁頭切割。二是安裝過渡段，并對過渡段上部進行切割、找正、找平，保證組塊安裝后的水平度[16]。

圖2 過渡段與鋼樁、立柱連接示圖

由于組塊安裝在導管架上存在高度和水平度要求，導管架安裝偏差如果在可控范圍內，可以通過切割導管架過渡段確保上部組塊高度和水平度的設計要求，不會對棧橋高度產生影響。因此，在所給基礎數據誤差較小時，可以通過切割導管架過渡段來調整組塊安裝高度，不會對棧橋和組塊管線連接造成影響。根據相關標準，水深測量誤差為1%，100 m水深誤差達1 m，因此要充分考慮東海水深測量誤差對組塊及棧橋高度的影響。

東海某平臺所給基礎數據水深為86.9 m，經過復測水深為88.6 m，過渡段約1 m，偏差為1.7 m，如果安裝深度和復測數據一致，則調整過渡段無法滿足工程需要。而導管架已經焊接完成，若再增加過渡段，除需進行應力計算外還要重新焊接、備料，工作量大，工期也不允許。經討論認為，如果實際安裝中過渡段無法滿足工程要求，只能修改配管管線并論證組塊降低后下層甲板是否滿足工程要求，需按照1.7 m的高度差進行配管管線備料預案、管線布置及應力計算預案。雖然實際安裝中水深在可調節范圍內，備料及應力計算預案沒有實施，但筆者認為進行這樣的預案是必須的。

2.2導管架定位角度偏差及長度偏差

導管架的安裝誤差為0.5 m，方位角為2.5°。在此誤差范圍內，可以通過縮短或者加長棧橋和組塊連接管線的直管段和調整管線角度進行調節(管線設計時需考慮此偏差并進行應力分析)。如果遠超此誤差范圍，棧橋或者組塊的管線就會難以連接，需要重新計算應力。尤其對于由于安裝誤差造成實際安裝長度空間小于棧橋設計長度并且需要切割棧橋滑動端的情況，不但要重新布置進入棧橋管線還要重新計算應力，造成工期延長和工程量增加，影響較大。

某新舊兩平臺，兩平臺1軸間距為2 360 mm，舊平臺A軸和新建平臺B軸間距為47 420 mm。但棧橋定位出現較大偏差，舊平臺A軸和新建平臺B軸間距為46 160 mm，且新建平臺為滑動端，平臺間距較設計近了2.4 m，見圖3。經測量導管架角度偏差為1.1°，在誤差范圍內。

圖3 新舊平臺棧橋實際安裝測量尺寸

如果切割滑動端，由于管線相對于棧橋位置的改變，進入棧橋較大部分管線會發生碰撞，需重新調整并進行應力計算，部分支架需重新設計，U型彎部分以及伸出棧橋管線需重新調整，現場的工作量比較大。

如果切割固定端，固定端對管線的應力影響較小，管線改動相對較容易。但此時棧橋已經在東海指定區域準備安裝，如果切割固定端，需要避開固定端的銷鎖結構，在靠近固定端將棧橋切割兩個斷面，再將兩段對接焊接，此時棧橋還固定在船上，并未安裝在平臺上，船受風浪影響不?；蝿樱y以將切割的兩段棧橋對齊進行焊接，因此只能考慮切割滑動端。而對棧橋進行滑動端切割安裝之后，棧橋和組塊管線連接受到重大影響，需要重新備料、布置管線并且計算應力。

通過以上案例分析，筆者建議，布置東海棧橋上的管線時，管線盡量不要從棧橋側面或棧橋底部進入棧橋，防止因棧橋長度存在偏差，棧橋切割后管線進入棧橋時與棧橋斜撐碰撞。布置管線時還要考慮在進入棧橋前預留較長直管段，棧橋長度安裝偏差較小時可通過切割管線直管段調整棧橋管線和組塊管線的連接。

3 結語

東海棧橋位移較大，棧橋的安裝誤差對棧橋上的管線布置影響較大，進行管線布置時，需充分考慮水深測量誤差及過渡段調整，進行高度偏差備料預案，針對高度偏差進行管線規劃和管線應力分析預案。管線盡量不要從棧橋側面或棧橋底部進入棧橋，防止因棧橋長度存在偏差，棧橋切割后管線進入棧橋時與棧橋斜撐碰撞。布置管線時考慮在進入棧橋前預留較長直管段，棧橋長度安裝偏差較小時可以通過切割管線直管段來調整棧橋管線和組塊管線的連接。

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(張編)

EffectofBridgeInstallationintheEastSeaontheLayoutofCross-bridgePiping

LIShuang-sheng，CHENGXin-yu，GUOQing，WANGBing，WANGYan-duo

(Designing Company of China Offshore Oil Engineering Co. Ltd.，Tianjin 300451， China)

The pipeline of bridge displacement is larger on the East China Sea， so the piping stress analysis is more difficult to calculation and need take more time and need higher pipeline layout requirements. When the installation deviation of bridge exceeding design range，the pipeline connection between the bridge and the platform will be affected，materials need to be prepared and piping needs to be rearranged and stress analysis needs to be recalculated. Based on platform installation case on the East China Sea，the affection of the bridge installation height，length，angle deviation on pipeline arrangement was analyzed，the measurement error of the water depth and the transition segment adjustment of jacket should be fully considered and material for installation deviation of bridge installation height needs to be prepared and piping layout and pipeline stress analysis plan needs to be prepared when the piping is arranged，the pipeline should avoid enter bridge through the bridge side or at the bottom of the bridge， a long straight pipe should be reserved before the piping entering the bridge. It can provide reference for piping layout of bridge on the East China Sea.

piping； bridge； installation； deviation； affection

TQ055.8； TE973

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.03.003

1000-7466(2017)03-0010-04①

2016-11-30

李雙勝(1980-)，男，河北滄州人，工程師，碩士，現從事總體配管專業技術工作。