周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設(shè)計公司，天津 300450）

對石油需要的日益劇增，海洋導(dǎo)管架式、坐底式等鉆井石油平臺隨之迅速發(fā)展；同時，海洋平臺建造規(guī)模越來越大，平臺上部組塊結(jié)構(gòu)重量越來越重，體積越來越大，同一平臺分幾次吊裝技術(shù)也日趨成熟。上部組塊在海上的吊裝，往往是制約整個工程的進度、成本和安全的關(guān)鍵因素，風(fēng)險較大，同時也是海洋工程的關(guān)鍵節(jié)點所在，也最能展現(xiàn)企業(yè)的技術(shù)能力、管理能力和裝備能力。為了給安裝方實施海上吊裝順利展開和安全性提供有力的技術(shù)支持，在上部組塊詳細設(shè)計階段，進行吊裝計算分析，根據(jù)技術(shù)文件設(shè)計吊點位置、尺寸等，合理地選擇吊裝所需起重浮吊船和運輸駁船等資源，是極為重要的。

1 上部組塊吊裝重量、重心確定

影響海上平臺上部組塊吊裝重量、重心主要因素是平臺結(jié)構(gòu)自重和機械、管線、電氣、儀表等設(shè)備的重量、重心，所以平臺組塊上各專業(yè)重量、重心的準確性是整個組塊設(shè)計的基礎(chǔ)和根本，是設(shè)計前期的重中之重。

詳細設(shè)計階段，各專業(yè)主要根據(jù)平臺總布置圖和廠家資料等來確認各自專業(yè)的設(shè)備重量和重心，匯總制成重控報告后，即可確定平臺上部組塊吊裝重量和重心。通過SACS軟件模擬上部組塊結(jié)構(gòu)和各專業(yè)設(shè)備荷載，對上部組塊整體進行靜力分析、地震分析、裝船分析、拖航分析等，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整上部組塊結(jié)構(gòu)梁的規(guī)格或結(jié)構(gòu)形式。調(diào)整后的組塊結(jié)構(gòu)重量和重心須在重控報告中更新替換。

2 上部組塊吊裝分析

根據(jù)重控報告中組塊吊裝重量重心，首先確定組塊吊裝吊點的位置，吊點位置選擇原則：上部組塊重心須在兩吊點中間±1/6距離范圍內(nèi)，吊繩與水平面的夾角一般不小于60度。除此之外，組塊吊裝時還應(yīng)該考慮組塊結(jié)構(gòu)因偏心對吊繩力與結(jié)構(gòu)強度的影響。

在開敞暴露海域（即海上）進行吊裝，在設(shè)計吊點和形成于吊點相連的節(jié)點并將吊裝力傳遞到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的其他內(nèi)部構(gòu)件時，應(yīng)使用最小為2．0的荷載系數(shù)計算靜荷載。對于屬于其他的傳遞吊裝力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)使用1．35的最小荷載系數(shù)進行設(shè)計。

用SACS軟件對平臺組塊吊裝時吊鉤及吊繩進行模擬，邊界處理等，進而運行計算，得出結(jié)果文件。

3 吊點設(shè)計

經(jīng)過吊裝計算分析后，所有桿件UC值、管節(jié)點沖剪校核、結(jié)構(gòu)相對位移等滿足要求后，需進行吊點設(shè)計。

在吊點設(shè)計時，從SACS吊裝計算結(jié)果文件中得出動態(tài)分析（2．0載荷的系數(shù)）下的各吊繩的力，如表1，由此來計算并設(shè)計吊點。除此之外，還需考慮以下幾點：

（1）5%的額外面外彎矩。

（2）因組塊重心偏心導(dǎo)致吊繩與吊點主板存在夾角導(dǎo)致的面外彎矩。

（3）需結(jié)合安裝方提供的卸扣、吊裝鋼絲繩信息表來設(shè)計吊點。

表1 各吊點處吊裝力

一般平臺組塊結(jié)構(gòu)常規(guī)吊點標準化程度比較高，用專用的吊裝吊點表格進行計算設(shè)計，如圖1，滿足要求即可。

圖1 吊點計算表格部分示意圖

對于非標準化的吊裝吊點，須采用ANSYS軟件進行吊點處局部有限元計算，結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜。

4 吊裝方案

吊裝方案是完成上部組塊吊裝任務(wù)的核心，是整個吊裝作業(yè)策劃的結(jié)果。在詳細設(shè)計階段，正確合理的選擇運輸駁船和海上浮吊顯得尤為重要，為保證以后海上吊裝順利實施的提供基礎(chǔ)。

根據(jù)上部組塊的自身的特點，如組塊重量重心、井口位置、主腿長寬間距、外型尺寸等，可以初步確定運輸駁船的船寬。根據(jù)基本設(shè)計時提供的海上浮吊，確定吊裝技術(shù)方案時主要考慮以下幾個方面。

（1）海上浮吊回轉(zhuǎn)半徑和回轉(zhuǎn)中心距離浮吊船艉的距離。

（2）安裝時運輸駁船與浮吊之間的安全距離。

（3）上部組塊在運輸駁船上位置，及組塊重心距離浮吊方向船舷距離。

（4）上部組塊結(jié)構(gòu)重心的偏心問題。

（5）吊裝安裝就位時上部組塊距離導(dǎo)管架高度。

（6）海上浮吊自身主鉤至頂端滑輪組距離，組塊吊點距駁船甲板高度（包括滑道高度、滑靴高度和組塊自身高度等），鎖具高度等。

（7）吊裝安裝時上部組塊是否與海上浮吊吊臂發(fā)生干涉等問題。

（8）上部組塊海上吊裝的安全系數(shù)。

綜合以上考慮情況，根據(jù)海上浮吊的吊裝曲線和經(jīng)計算過的吊裝半徑，如圖2，求得在上述條件下的浮吊的最大吊裝重，根據(jù)多余吊裝量來確定安全吊裝半徑的范圍。

圖2 浮吊吊裝曲線及最大吊裝力核算示意圖

將吊裝方案中的各種信息，如運輸駁船寬度要求、吊裝半徑、最大吊裝重、安全吊裝的范圍等，經(jīng)項目組反饋至安裝公司。由安裝公司確定運輸駁船、起重浮吊船資源和駁船上滑道布置位置，再由設(shè)計方進行核算之前初步吊裝方案的可行性。如可行，即可鎖定海上浮吊和運輸駁船資源和駁船滑道布置等，形成文件形式以供安裝后續(xù)確定具體吊裝實施方案使用。

5 結(jié)語

海洋大型結(jié)構(gòu)物的吊裝一直以來都是海洋工程的熱門課題和難點，隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)，海上大型結(jié)構(gòu)物安裝的規(guī)模和復(fù)雜度也在不斷增加，對吊裝作業(yè)工藝和管理要求不斷提高。詳細設(shè)計時制定有效合理的吊裝技術(shù)方案，從先進可行、安全可靠、經(jīng)濟適用、因地制宜等方面進行技術(shù)可行性的論證，提前鎖定船舶資源，避免了日后進度工期風(fēng)險，為施工方制定吊裝方案提供有力的技術(shù)保障。

[1]American Petroleum Institute． Recommended practice for planning． designing and constructing fixed offshore platformsworking stress design[S]． API RP 2A-WSD,2000．