海洋平台上部组块生活楼建造中整体翻身吊装技术的应用.pdf

38 天 津 科 技第 50 卷 第 9 期第 50 卷 第 9 期2023 年 9 月Vol.50 No.9Sept.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY收稿日期：2023-09-021 研究背景随着海洋石油勘探开发的持续推进，我国广大的沿海海域油气开发热潮不断，但国内从事海洋工程建设的企业却非常有限，每个企业都是满负荷甚至超负荷运行。以本公司为例，目前拥有天津塘沽、青岛和珠海 3 个建造基地，年钢材加工总量高达 60 万t，但拥有滑道总数仅为 16 条，每年仅国内的生产项目就多达几十个，每个生产项目所面临的场地资源短缺非常严重，如重型履带吊机、滑道等限制性资源对项目建造的进度和实施起着决定性作用。滑道资源稀缺迫使我们创新改变、尽量减少每个组块在滑道上的建造时间，这就需要尽量减少空间作业，因此，需考虑建造一体化和甲板片“反造”；目前组块的甲板片都已经采取一体化建造，而生活楼还是在组块上建造，其建造时间长，大量占用滑道资源，如果能够将其挪到场地上反造，待整体建造好后再翻身吊装到组块上，将会大幅缩短滑道的占用时间。2 研究对象以作者参与的某个油田的某期生产项目为例，应用技术海洋平台上部组块生活楼建造中整体翻身吊装技术的应用蓝国阳，胡性涛，阮胜福，李雯静（海洋石油工程股份有限公司 天津 300452）摘 要：在海洋工程设施的开发过程中，很多生产项目的进展都受限于施工场地资源。为了解决公司建造场地滑道资源紧缺的现状，通过对生活楼建造工艺的研究，创造性地将组块上面的生活楼挪到场地反向建造，再翻身吊装上组块，极大地缩短了组块在滑道上建造的时间，从而缓解滑道资源紧缺的局面。为实现这一建造工艺的优化，重点是要分析整个翻身吊装过程不利工况的受力问题，通过SACS软件进行整个翻身吊装过程的模拟，计算出吊装过程中的结构强度和变形是否满足要求，进而决定其是否可以应用于实际。关键词：生活楼 翻身吊装 偏心 强度 变形中图分类号：U673.2 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）09-0038-04Application of Integral Turnover Lifting Technology in Construction of Offshore Platform Topside Living Quarter LAN Guoyang，HU Xingtao，RUAN Shengfu，LI Wenjing（Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China）Abstract：In the development process of marine engineering facilities，the progress of many production projects is limited by the constraints of construction site resources.In order to address the current shortage of skidway resources in the company s construction site，through the research on the construction technology of living quarter，the living quarter on the module is creatively moved to the site for reverse construction，then is lifted onto the module，which greatly shortens the construction time on the skidway，thus solving the shortage of skidway resource.In order to realize the optimization of this construction technology，the key point is to analyze the stress problems of unfavorable working conditions during the integral turnover lifting process，through SACS software to simulate the integral turnover lifting，and calculate whether the structural strength and deformation in turnover lifting process meet the requirements，so as to determine whether it can be applied in practice.Key words：living quarter；turnover lifting；eccentricity；strength；deformation 39 2023 年 9 月直线上，生活楼会加速自由侧翻，进而对吊机形成瞬间冲击力，所以放置枕木之后转动到这个角度能阻止其自由侧翻的过程，以实现有效控制。利用CAD建立的吊装过程模拟图见图 3。图 2 吊装站位模拟Fig.2 Lifting position simulation 图 3 生活楼翻身模拟 1Fig.3 Lifting quarter turnover simulation 1随着右侧的上抬，左侧也会离地，当离地到一定高度直至左侧倒地枕木支撑处也离地一定高度时，利用CAD建立的吊装过程模拟图见图 4。图 4 生活楼翻身模拟 2Fig.4 Lifting quarter turnover simulation 2将钢丝绳悬挂在左侧吊点上，利用另外一台履带吊在右侧缓慢将左侧抬起到一定高度，直至翻身水平，最后利用 2 台吊机吊装就位。利用CAD建立该项目主要包括 2 个井口平台，都属于固定式海洋平台类型1，下部结构主要由导管架和钢桩组成，上部结构主要包括井口生产组块和用于员工生活的生活楼模块。生活楼模块是坐落在上部组块最顶层甲板上的独立框架式结构。生活楼模块有 3 层甲板，其中需要翻身吊装的是生活楼模块的上面 2 层。2 个平台的生活楼模块外形尺寸一样，其中最上层甲板外形尺寸为 26 m8.8 m4 m，结构重量为 45 t；中间夹层尺寸为 30.85 m16.85 m4 m，结构重量为 65 t。2.1 特点关于生活楼整体反造、翻身吊装的实践2，从建造工艺来说，它具有 2 个可操作性的特点：结构重量较小，翻身吊装完全可以实现；公司甲板片的反造技术很成熟。但是翻身吊装也面临着不少问题，因为整体反造完工的生活楼相当于一个大尺寸箱型体，但跟其他箱型体比较，它又具有自己独特的特征，这主要体现在：一是生活楼四周带有墙皮骨架，所以整体反造完的生活楼相当于一个大而空的箱型体，箱型体的翻身吊装本来就应用不多，更何况是如此大而空的箱型体，面临的难度很大；二是重量分布很不均匀，重量分布几乎在靠近甲板片一端，偏坠特别厉害，翻身过程中结构的强度和稳性是否满足要求，特别是墙皮的变形程度都需要特别关注；三是形状不规则，两侧都有外伸部分，这会给翻身时提供支撑造成很大不便。2.2 实施方法以生活楼中间层甲板片为例。2.2.1 吊装步骤首先在场地上翻身建造，完成吊装前期的准备工作，建造好的生活楼甲板片不仅包括水平片、墙皮骨架支撑和墙皮，还应该包括两侧供吊装的临时吊点，一侧 2 个，利用XSTEEL模拟的 3D模型见图 1。图 1 生活楼模型Fig.1 Living quarter 3d model以右侧底部的工字钢为支撑，利用履带吊将钢丝绳悬在左侧，先将左侧吊起，并随着高度的上升实现角度的旋转，利用CAD建立的吊装站位图见图 2。在此过程中，随着翻身角度的变大，应该在左侧墙皮倒地的地方放置一定高度的枕木，以防止当上吊到一定高度时，生活楼的重心与钢丝绳处于同一铅垂 蓝国阳等：海洋平台上部组块生活楼建造中整体翻身吊装技术的应用 40 天 津 科 技第 50 卷 第 9 期的吊装站位图见图 5。图 5 生活楼翻身吊装模拟Fig.5 Lifting quarter turnover lifting simulation2.2.2 翻身吊装过程受力分析整个吊装动态过程可以简化为几个不同吊装角度的吊装就位分析3，本文以受力比较危险的 0 和81 为例，通过SACS软件模拟吊装过程进行相应的有限元计算分析，按照API 21TH4和AISC 36020105的相关要求校核整个生活楼结构杆件的强度和刚度。0 起吊时的状态（SACS软件模拟实际吊装作业的有限元分析模型），见图 6、表 1。图 6 SACS吊装模拟 1（带杆件截面参数）Fig.6 SACS lifting simulation 1（with members section information）81 起吊时的状态（SACS软件模拟实际吊装作业的有限元分析模型），见图 7、表 2。图 7 SACS吊装模拟 2（带杆件截面参数）Fig.7 SACS lifting simulation 2（with members section information）通过SACS吊装分析发现，所有结构的整体强度均满足吊装过程的要求，个别管节点的构造UC大于1.0，而强度UC小于 1.0 是可以接受的；整个翻身吊装过程中，最大杆件变形为 1.634 cm，结构整体刚好满足要求，见图 8、表 3。表 2 SACS计算分析中杆件校核的结果概述Tab.2 Member check results summary in SACS calculation analysisSACS-IV MEMBER UNITY CHECK RANGE SUMMARYGROUP II-UNITY CHECKS GREATER THAN 0.80 AND LESS THAN 1.00 MAXIMUM LOAD DIST AXIAL BENDING STRESS SHEAR FORCE SECOND-HIGHEST THIRD-HIGHEST MEMBER GROUP COMBINED COND FROM STRESS Y Z FY FZ KLY/RY KLZ/RZ UNITY LOAD UNITY LOAD ID UNITY CK NO.END N/MM2 N/MM2 N/MM2 KN KN CHECK COND CHECK CONDA033-A146 H02 0.808 LFT1 4.0 0.20 48.90 49.62 0.71 6.61 48.4 140.9 0.703 BASE 0.000 A099-A108 H02 0.816 LFT1 0.0 -6.93 54.86 50.90 -1.28 -11.76 29.0 105.7 0.709 BASE 0.000 A137-A144 H02 0.961 LFT1 0.0 -1.51 -55.78 -29.23 0.74 7.15 48.4 176.2 0.836 BASE 0.000 A138-A145 H02 0.890 LFT1 0.0 0.04 -54.63 -27.28 0.69 7.00 48.4 176.2 0.774 BASE 0.000 A140-A147 H02 0.884 LFT1 0.0 -0.50 -53.88 -25.45 0.67 6.90 48.4 176.2 0.769 BASE 0.000 A141-A148 H02 0.883 LFT1 0.0 1.26 -54.60 -26.30 0.66 7.07 48.4 176.2 0.768 BASE 0.000 A142-A149 H02 0.875 LFT1 0.0 4.95 -55.61 -22.54 0.56 7.28 48.4 176.2 0.761 BASE 0.000 A701-A034 H01 0.804 LFT2 0.0 5.59 -64.64 59.77 -43.34 23.70 38.3 65.8 0.000 0.000 SACS-IV MEMBER UNITY CHECK RANGE SUMMARYGROUP III-UNITY CHECKS GREATER THAN 1.00 AND LESS THAN*NO UNITY CHECKS IN THIS GROUP*表 1 SACS计算分析中杆件校核的结果概述Tab.1 Member check results summary in SACS calculation analysisSACS-IV MEMBER UNITY CHECK RANGE SUMMARYGROUP II-UNITY CHECKS GREATER THAN 0.50 AND LESSTHAN 0.80*NO UNITY CHECKS IN THIS GROUP*SACS-IV MEMBER UNITY CHECK RANGE SUMMARYGROUP III-UNITY CHECKS GREATER THAN 0.80*NO UNITY CHECKS IN THIS GROUP*41 2023 年 9 月 蓝国阳等：海洋平台上部组块生活楼建造中整体翻身吊装技术的应用表 3 SACS计算分析中管节点校核的结果概述Tab.3 Joint can check results summary in SACS calculation analysis*JOINT CAN SUMMARY*(UNITY CHECK ORDER)*ORIGINAL*LOAD DESIGN*STRENGTH ANALYSIS*LOAD STRN LOAD STRN BRACE LOAD JOINT DIAMETER THICKNESS YLD STRS UC UC DIAMETER THICKNESS YLD STRS UC UC JOINT CASE(CM)(CM)(N/MM2)(CM)(CM)(N/MM2)A025 27.300 1.300 235.000 0.055 1.023 27.300 1.300 235.000 0.055 1.023 A601 LFT2 A024 27.300 1.300 235.000 0.020 1.022 27.300 1.300 235.000 0.020 1.022 A602 BASE A013 27.300 1.300 235.000 0.033 0.574 27.300 1.300 235.000 0.033 0.574 A202 LFT2 A015 27.300 1.300 235.000 0.051 0.508 27.300 1.300 235.000 0.051 0.508 A201 LFT22.2.3 需要注意的问题整个翻身过程中，吊绳和卸扣是可以随着吊臂的伸缩和吊机的移位进行转动的，这就要求吊点不能带耳板，因此，要求吊点主板强度相对高一些。整体反造完工的生活楼相近于一个大尺寸箱体，它的重心与以往所有吊装的水平片等存在很大的差异，不在甲板片平面内，相当于在Z向有一定的偏心。在吊装和翻身的过程中由于偏心的原因而产生的角度变化需要引起足够的重视。起吊时，钢丝绳与墙皮交叉在一起，此时需要注意并考虑钢丝绳对墙皮的挤压是否会产生大的变形。因此，应尽量将吊点向外延伸一些。下层生活楼的形状不规则，无法向规整箱型体提供支撑，因此，图 9 右上所示这部分应该先不安装，需要等 2 层就位后再安装。图 9 生活楼局部结构详图（cad局部截图）Fig.9 Living quarter local structure detail drawing（cad local screenshot）生活楼的体积较大，相对重量也不小，在喷砂过程中需整体拖装到喷砂车间，这就需要有足够的高度能满足小车拖着它进入车间，也需要有能提供足够支撑力的平板小车供使用。生活楼反向建造，在进入喷砂车间喷砂时，箱体内部产生的砂体需要采用合适的方法清除出来。3 结 论生活楼整体翻身吊装技术可行，但对以上注意事项要足够重视，需要注意的是，在节约滑道资源的同时，可能需要付出更多的额外资源，如翻身吊装的吊机资源和需要作为支撑的枕木。参考文献国际标准化组织.Fixed steel offshore structures：ISO 199022007 Z .2007.中国钢结构协会.2009 全国钢结构学术年会论文集 C /成都：2009 全国钢结构学术年会，2009.中国海洋石油总公司.固定式平台上部模块海上吊装设计推荐作法：Q HS GC（H）BZ02 0062014 Z .2014.API.Recommended practice for planning，designing and constructing fixed offshore platforms-working stress de-sign：API RP 2A-WSD Z .2010.AISC.Specification for structural steel buildings：AISC 360-2010 Z .2010.12345图 8 SACS吊装计算结果（节点最大变形结果）Fig.8 SACS lifting calculation result（joints maximum deformation results）