王文娟 周延?xùn)| 高嵩 張萬(wàn)里 阮志豪

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了海洋石油201鋪管船在千米級(jí)水深鋪管工況下的改造設(shè)計(jì)方案及船體總縱強(qiáng)度校核。為適應(yīng)千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)作業(yè)的使用要求，需對(duì)海洋石油201船體結(jié)構(gòu)及設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，同時(shí)通過(guò)對(duì)千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)及PLET下放安裝工況的船體總縱強(qiáng)度進(jìn)行校核，證明改造升級(jí)后的海洋石油201具有足夠的總縱強(qiáng)度滿足千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)的使用要求。

關(guān)鍵詞：海洋平臺(tái);整體拆除;棄置平臺(tái)組塊;雙船浮托法

中圖分類(lèi)號(hào)：U663.2? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）02-0054-03

為緩解國(guó)家能源緊張局勢(shì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，必須繼續(xù)加大新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)力度，特別是深海海域的開(kāi)發(fā)力度。但國(guó)內(nèi)目前的整體深水技術(shù)能力、裝備狀況不能滿足我國(guó)海洋石油發(fā)展戰(zhàn)略，也難以適應(yīng)國(guó)家海洋戰(zhàn)略的要求及國(guó)際海上權(quán)益與資源之爭(zhēng)的形勢(shì)。

為加快推進(jìn)發(fā)展深水勘探裝備的進(jìn)程，力爭(zhēng)深水領(lǐng)域早日獲得突破，實(shí)現(xiàn)我國(guó)的深水發(fā)展戰(zhàn)略，必須盡快建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深水開(kāi)發(fā)技術(shù)，并致力于深水起重鋪管船的自主研發(fā)。海洋石油201作為我國(guó)鋪管作業(yè)能力最強(qiáng)的鋪管船，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中和國(guó)外公司鋪管船相比仍然差距明顯，主要受托管架、張緊器、A&R絞車(chē)等的制約，因此大大限制了其深水項(xiàng)目的作業(yè)能力，從而降低其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

為了提升海洋石油201的作業(yè)能力，拓展作業(yè)范圍，現(xiàn)需對(duì)海洋石油201的船體結(jié)構(gòu)及設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。托管架由原來(lái)的3節(jié)增加到4節(jié)，并增加船側(cè)PLET下放安裝設(shè)備。由于船體結(jié)構(gòu)及設(shè)備升級(jí)改造引起船舶重量分布變化，同時(shí)考慮千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)及PLET下放安裝工況， 需要對(duì)海洋石油201的船體總縱強(qiáng)度進(jìn)行校核。

本文使用18寸、48寸大管徑海管鋪設(shè)工況以及PLET下放安裝工況，對(duì)船體總縱強(qiáng)度進(jìn)行分析校核，這對(duì)滿足千米級(jí)深水鋪管生產(chǎn)需要有著重要意義。

1計(jì)算方法

1.1 計(jì)算理論

船體總縱強(qiáng)度是指船體結(jié)構(gòu)抵抗縱向彎曲不使整體結(jié)構(gòu)遭受破壞或不允許變形的能力，總縱強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的外力是總縱彎曲力，是作用在整個(gè)船體上的重力、浮力、波浪水動(dòng)力和慣性力等[1]。

根據(jù)船體總縱強(qiáng)度的概念，在得出船體總縱彎曲力矩和剪力之后，可根據(jù)梁理論計(jì)算船體總縱彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力。根據(jù)梁的彎曲理論，總縱彎曲應(yīng)力為[2]：

式中：

M—計(jì)算剖面的總縱彎矩

I—計(jì)算剖面對(duì)水平中和軸的慣性矩

Z—所求應(yīng)力點(diǎn)至水平中和軸的垂直距離

船體剖面某位置處的剖面模數(shù)為：

剖面模數(shù)與外載荷無(wú)關(guān)，是表征船體結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形能力的一個(gè)特征，也是衡量船體強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志。船體梁剖面的剖面模數(shù)呈線性分布，距中和軸遠(yuǎn)，剖面模數(shù)越小。一般船體剖面的中和軸離船底近，甲板距離中和軸遠(yuǎn)。因此甲板處的剖面模數(shù)最小[3]，本文強(qiáng)度校核只體現(xiàn)甲板處的計(jì)算結(jié)果。

進(jìn)行船體總縱強(qiáng)度校核時(shí)應(yīng)選取可能出現(xiàn)最大彎曲應(yīng)力的危險(xiǎn)剖面進(jìn)行計(jì)算。一般船舶應(yīng)包括以下區(qū)域[4]：

貨倉(cāng)開(kāi)口剖面;

船體骨架形式發(fā)生變化的剖面;

上層建筑端壁處剖面;

主體材料分布變化剖面;

重量分布特殊出現(xiàn)較大彎矩值的剖面。

1.2 數(shù)值計(jì)算方法

本文使用商用安裝分析軟件MOSES進(jìn)行海洋石油201千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)及PLET下放安裝工況的總縱強(qiáng)度校核。

MOSES是一款能夠?qū)潭ㄊ胶透∈胶Ｑ蠼Y(jié)構(gòu)物進(jìn)行時(shí)域和頻域計(jì)算的商用軟件。MOSES可以對(duì)船體外殼進(jìn)行建模，并考慮剖面模數(shù)及彈性模量，以及內(nèi)部艙室進(jìn)行建模，并可進(jìn)行靜水力分析，可以自動(dòng)生成或手動(dòng)配置壓載方案，進(jìn)行船體總縱強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)性計(jì)算等。

2計(jì)算工況

本文主要對(duì)海洋石油201在千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)及PLET下放安裝工況靜水狀態(tài)的總縱強(qiáng)度進(jìn)行校核，主要考慮因素如下：

重量分布：空船重量、燃油淡水重量、壓載水重量、貨物重量、托管架重量、新增設(shè)備重量等;

浮力分布：各工況裝載條件下浮力沿船長(zhǎng)的分布。

2.1重量分布

海洋石油201的空船重量沿船長(zhǎng)方向的分布曲線如下圖所示。

除空船重量以外，其他燃油淡水重量、壓載水重量、貨物重量、托管架重量以及新增設(shè)備重量按照各個(gè)工況情況分別以分布荷載簡(jiǎn)化以分布力的形式加載在船模里，以更好地接近實(shí)際工程效果。

2.2浮力分布

在MOSES中按照海洋石油201的型線圖及型值表建立了準(zhǔn)確的船體模型，按照各個(gè)工況的裝載情況指定海洋石油201的吃水之后可以得到各工況下浮力沿船長(zhǎng)的分布情況，圖2給出了MOSES模擬的海洋石油201數(shù)值模型。

2.3校核剖面

根據(jù)海洋石油201的特點(diǎn)和各個(gè)工況的載荷分布情況，本文選取以下危險(xiǎn)剖面作為總縱強(qiáng)度校核位置。

船體彎曲許用應(yīng)力為175MPa，計(jì)算得出的應(yīng)力值小于175MPa即為滿足要求[5]。

2.4計(jì)算工況

為校核海洋石油201在千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)及PLET下放安裝工況的總縱強(qiáng)度，本文選取以下十二個(gè)代表工況， 其中4個(gè)鋪設(shè)18寸海管工況，4個(gè)鋪設(shè)48寸海管工況，4個(gè)PLET安裝工況。

主要計(jì)算工況如下。

鋪設(shè)18寸管徑海管工況：

Case 1-1滿載出港

Case 1-2滿載到港

Case 1-3空載出港

Case 1-4空載到港

鋪設(shè)48寸管徑海管工況：

Case 2-1滿載出港

Case 2-2滿載到港

Case 2-3空載出港

Case 2-4空載到港

安裝PLET工況：

Case 3-1滿載出港

Case 3-2滿載到港

Case 3-3空載出港

Case 3-4空載到港

各工況的裝載情況如表2所示。

3校核結(jié)果

3.1鋪設(shè)18寸管徑海管工況

3.3安裝PLET工況

圖5顯示的是PLET舷側(cè)下放系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)位于鋪管船第78肋位左舷處，安裝PLET工況加載位置按照表5的四個(gè)工況進(jìn)行計(jì)算校核。

4結(jié)論

本文通過(guò)MOSES軟件對(duì)改造升級(jí)后的海洋石油201在千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)及PLET下放安裝工況下的船體總縱強(qiáng)度進(jìn)行了校核，校核結(jié)果驗(yàn)證了海洋石油201的能力，表明船體總縱強(qiáng)度不是限制海洋石油201深海鋪管能力的因素，改造升級(jí)后的海洋石油201具有足夠的總縱強(qiáng)度完成千米級(jí)水深海底管道鋪設(shè)及PLET下放安裝作業(yè)。

海洋石油201的作業(yè)能力提升以后，在深水海管項(xiàng)目中更具競(jìng)爭(zhēng)力，有助于其拓展業(yè)務(wù)范圍，進(jìn)軍深水領(lǐng)域，同時(shí)也有利開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，推進(jìn)我國(guó)深水戰(zhàn)略發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王少青，杜嘉立，徐邦禎.船舶總縱強(qiáng)度的校核[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)， 2003，29（3）.

[2]王杰德. 船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 1995

[3]黃婉玲.內(nèi)河鋼質(zhì)船舶完工總縱強(qiáng)度的校核[J]，船舶檢驗(yàn)， 2010

[4]中華人民共和國(guó)海事局.內(nèi)河船帕法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2004）[S]，北京：人民交通出版社

[5]中國(guó)船級(jí)社鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范（2009）[S]，北京：人民交通出版社