劉全剛 連鑫 馮英磊

海洋石油工程(青島)有限公司 山東青島 266520

導管架裙樁套筒的吊裝安裝

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海洋石油工程(青島)有限公司 山東青島 266520

導管型樁基固定平臺作為國內(nèi)外制造與使用最多的一種形式,在海洋石油及天然氣資源開發(fā)中扮演了重要的角色,裙樁套筒作為導管架最重要的部件之一,研究它的安裝有著非常重要的意義。本文將詳細闡述導管架裙樁套筒的吊裝過程。

吊裝導管架裙樁套筒

據(jù)預(yù)測,石油和天然氣仍是未來很長一段時間內(nèi)全世界消費的主要能源,陸地油氣開采峰期已過,能源缺口逐漸擴大,向海洋轉(zhuǎn)移是大勢所趨。導管型樁基固定平臺作為國內(nèi)外制造與使用最多的一種形式,在海洋石油及天然氣資源開發(fā)中扮演了重要的角色。

導管架分片吊裝過程中,裙樁套筒作為最重要的部件之一,因其噸位大,安裝精度要求高,小范圍內(nèi)需要多臺履帶吊配合吊裝,所以裙樁套筒的吊裝安裝難度是很大的,研究它的吊裝安裝過程有著非常重要的意義。本文將詳細闡述導管架裙樁套筒的吊裝安裝設(shè)計。

1 裙樁套筒簡介

裙樁套筒(skirt pile sleeve)是樁與導管架之間的聯(lián)結(jié)構(gòu)件,主要結(jié)構(gòu)是管狀物與板的組合形式,通過它可將平臺荷載傳遞到鋼樁。有些導管架的鋼樁直接從導管腿內(nèi)打入,不需要裙樁套筒；有些導管架既有腿內(nèi)樁,也有裙樁。裙樁套筒由以下幾部分組成：

(1)剪力板shear plate、軛狀作用板yoke、裙板skirt plate：特定作用及特定位置上的鋼板。

(2)裙樁套筒導向：用于引導鋼樁進入裙樁套筒。

(3)卡樁器：其作用是緊固鋼樁。主要是在海上打樁過程中,遇到強風時啟動卡樁器液壓頂緊鎖鋼樁,保持導管架在海中的穩(wěn)定性,以及打樁后利用卡樁器的鎖樁效用,保持導管架穩(wěn)定的立于海中［1］。

(4)封隔器：位于各裙樁套筒的底部,包括外部膠皮和緊貼套筒內(nèi)壁的氣囊組成,兩者都是為緊固鋼樁及防止所灌的漿體流出之用,其中氣囊在鋼樁打入裙裝后,在導管架頂部通過管線將氣體(氮氣)充入囊內(nèi),氣囊漲滿包緊鋼樁,達到上述目的。

圖1 裙樁套筒照片

2 裙樁套筒的吊裝安裝

裙樁套筒預(yù)制完成以后,需要把它安裝到固定的地點,由于其重量往往比較大,需要制定詳細的吊裝方案。下面以某導管架B1裙樁套筒吊裝為例,簡單闡述安裝過程。

2.1 吊裝安裝流程

如圖2所示。

2.2 建立3D模型

吊裝方案的設(shè)計第一步是利用加工圖紙,建立裙樁套筒的3D模型,一般來說需要建立2個模型,一個是TEKLA建立的詳細模型(見圖3),用來確定重心和重量,校核ANSYS模型的偏差及最后安裝的空間碰撞。另一個模型是ANSYS有限元模

型(見圖4),用來計算局部應(yīng)力、整體強度和吊點受力［2］。

圖2 安裝流程示意圖

圖3 用下EKLA軟件建的3D模型

圖4 用ANSYS軟件建立的3D模型

2.3 設(shè)計吊點

模型建立完以后,根據(jù)重心等信息開始設(shè)計吊點,這是一個循環(huán)嘗試的過程,需要先確定吊點,然后用ANSYS來進行計算得出吊點受力及整體應(yīng)力和變形數(shù)據(jù),再根據(jù)得出來的數(shù)據(jù)來進行校核,只要發(fā)現(xiàn)間題就要修改,如果修改過后還是不滿足要求,則需要回到源頭重新設(shè)計吊點的類型、位置和數(shù)量。

吊點的方式可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)的不同來設(shè)計,圖5所示的例子是帶6個管式吊點,吊點規(guī)格均為508×25×200mm,吊點材質(zhì)為GB 712-2011 DH36。擋板直徑為800mm,壁厚為25mm吊裝時采用鋼絲繩兜拉吊點的方法［3］。

2.4 結(jié)構(gòu)校核

當原始吊點設(shè)計完成以后,把吊點信息加載到ANSYS模型當中計算出相關(guān)數(shù)據(jù)并配上相應(yīng)的吊索具來進行細致的校核,包含但不限于以下內(nèi)容：

2.4.1 結(jié)構(gòu)整體強度校核

結(jié)構(gòu)整體強度校核是最關(guān)鍵的校核,這一步如果不滿足要求的話就需要重新布置吊點或者加上臨時支撐來增加結(jié)構(gòu)的強度,一直到結(jié)構(gòu)滿足整體強度要求,也就是計算出的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。

圖5 吊點布置圖例

圖6 應(yīng)力云圖

圖7 變形云圖

2.4.2 結(jié)構(gòu)整體變形校核

結(jié)構(gòu)整體變形校核也是很重要的,有時候結(jié)構(gòu)的整體強度滿足要求,但是變形過大導致安裝誤差比較大也是不滿足要求的。一般來說像裙樁套筒這種結(jié)構(gòu)整體允許變形量小。

2.4.3 吊點強度校核

吊點強度校核需要根據(jù)ANSYS計算出吊點的受力,然后根據(jù)不同的吊點形式來進行校核,有手算和ANSYS模擬兩種方式,根據(jù)需要來使用。一般先用手算大致計算,然后用

ANSYS模擬計算來校核手算的結(jié)果,雙重保障。

2.4.4 吊點干涉校核

吊點干涉校核是為了校核吊點的位置是否和結(jié)構(gòu)或者焊縫等重合碰撞。如果和主結(jié)構(gòu)碰撞,則需要修改吊點的位置,如果和輔助次結(jié)構(gòu)碰撞,則需要確定輔助次結(jié)構(gòu)能否修改移位,若無法移動,則也需要修改吊點位置。與焊縫碰撞是校核中容易忽略的,有時候現(xiàn)場焊接吊點時才發(fā)現(xiàn),浪費了大量前期計算的時間,所以在前期布置吊點的時候就要把橫縱縫在圖紙或者模型上標示出來。另外還要注意的是鋼絲繩與結(jié)構(gòu)的碰撞,特別是需要旋轉(zhuǎn)的吊裝,由于吊點的位置就決定了鋼絲繩的位置,可能在平吊時并不碰撞,但旋轉(zhuǎn)后就有可能鋼絲繩和結(jié)構(gòu)或者吊機干涉。

2.4.5 吊機利用率校核

吊機利用率校核根據(jù)吊點受力數(shù)據(jù),考慮場地吊車的工況

來驗證是否滿足吊裝要求,當多臺吊機配合吊裝時,利用率比單臺時應(yīng)該有所折減,若不滿足需要修改吊點布置［4］。

圖8 吊機載荷工況表

圖9 ANSYS模擬吊耳強度計算

2.4.6 吊機站位空間校核

吊機站位空間校核也是很重要的一步,一般來說放在最后校核,但在布置吊點的時候就要大致考慮這個間題,之前的校核過后滿足要求說明理論上可行,但有時候理論可行的方案在空間上卻不允許,所以這一步非常重要,特別是對于裙樁套筒這種需要多臺大型履帶吊車配合作業(yè)的吊裝工程來說。吊機站位空間校核根據(jù)模型按一比一布置吊機,校核履帶吊車之間、吊車和結(jié)構(gòu)之間是否碰撞,場地空間是否足夠［5］。

圖10 吊機碰撞校核示意圖

圖11 裙樁套筒安裝就位

2.5 現(xiàn)場吊裝就位

當校核滿足要求后,裙樁套筒的吊裝方案就算制作完成,接下來要開JSA給多部門相關(guān)人員討論是否合理可行,是否適合現(xiàn)場的工況。多部門確認吊裝方案可行以后,吊裝作業(yè)應(yīng)該遵守相應(yīng)的程序及方案,主要步驟如下：

(1)根據(jù)方案焊接好吊點,并檢驗合格。檢查所有吊索具和設(shè)備沒有間題,天氣條件允許。

(2)在作業(yè)區(qū),應(yīng)在明顯位置布置安全警戒繩。禁止與吊裝作業(yè)無關(guān)的人員進入,吊機就位,接好吊索具。

(3)吊裝開始時先進行試吊,將結(jié)構(gòu)緩慢平穩(wěn)地提升200～300mm,穩(wěn)定約5min。

(4)試吊沒有間題,三臺吊機起鉤將結(jié)構(gòu)緩慢提升到距離地面約6m,停止起鉤,移除下部墊墩。

(5)三臺吊機緩慢提升裙樁套筒的高度,接近安裝高度,然后緩慢移動至預(yù)安裝位置,微調(diào)吊機,使結(jié)構(gòu)就位。

(6)所有焊縫封底完成后,摘鉤,移除索具并撤離吊機。

3 結(jié)束語

裙樁套筒的吊裝安裝難度很大,過程很復(fù)雜,研究它的吊裝安裝過程有著非常重要的意義。本文簡單的介紹了裙樁套筒的吊裝安裝過程,吊裝設(shè)計應(yīng)該根據(jù)不同的起重設(shè)備能力,不同的結(jié)構(gòu)形式,不同的場地工況來制定,希望本文對裙樁套筒吊裝提供一點思路。

1 姜宜辰,田育豐,楊樹耕. 導管架平臺抱樁器設(shè)計［J］.中國海洋平臺, 2008年05期.

2 梁永超.基于ANSYS程序二次開發(fā)的導管架平臺結(jié)構(gòu)分析［D］.青島：中國海洋大學碩士論文,2005年.

3 白增林,白新建.大型導管架平臺的建造與安裝［J］.中國修船,2007(20增刊),63-64.

4 孫愛萍,嚴永江,耿驚濤,等.大型設(shè)備吊裝方案優(yōu)化［J］.煤炭技術(shù), 2010年03期.

5 惠丹,王進.淺水裙樁導管架的安裝工藝［J］.中國修船.2013-12-01期.

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