海上导管架平台

海上导管架平台（精选6篇）

海上导管架平台 第1篇

随着科学技术的迅速发展和世界海洋石油不断地勘探和开发, 越来越多的海上油气田被发现, 风险分析和管理为国内外所重视。

我国的石油资源1072.7亿吨, 现已探明的储量205.65亿吨, 其中海洋石油资源约12.09亿吨, 天然气约0.359万亿立方, 相当于全国石油总资源量的1/4—1/3。目前海洋的发掘潜力还非常广阔。

因此, 系统的安全分析就显得更加重要, 风险管理的理念也在世界越来越引起重视, 由于人们对世界环保意识的增强, 海洋防污染法的监管力度增大, 使对海洋石油平台这一特殊的作业的要求更加严格。

1.1冀东油田的生产形势

未来几年, 冀东油田的滩涂浅海的勘探开发业必将快速发展, 工作量必将迅猛增长。大量的新员工派驻到导管架采油平台, 也给平台带来很大的安全隐患。导管架采油平台作为海上生产的最小单元, 具有独立性、全面性、危险性等特点, 且远离陆地, 一旦发生事故, 救援力量不能及时到来, 这就要求我们必须加大导管架采油平台的安全管理, 为实现“安全第一”、“产量必保”、“成本要控”的安全生产经营奋斗目标保驾护航。

1.2危险因素分析对采油平台的作用

对导管架采油平台进行危险因素分析, 可以识别导管架采油平台系统中存在的薄弱环节和可能导致事故和职业危害发生的条件, 提高安全管理水平。具体的作用可以从以下五个方面体现:

(1) 危险因素分析可以迅速提高安全技术人员的业务水平;

(2) 危险因素分析可以指导采油平台从施工、运行、贮运和维修等全过程进行安全控制;

(3) 危险因素分析可以使导管架采油平台的安全管理由经验管理变为目标管理;

(4) 危险因素分析可以指导采油平台从施工、运行、贮运和维修等全过程进行安全控制;

(5) 危险因素分析可以使导管架采油平台的安全管理由事后处理变为事先预防。

2.冀东油田XXC—D导管架平台基本情况

2.1平台的基本情况

整个导管架主要由PRP生产平台和井口区组成, 在生产平台上布有油气计量系统和生产及外输海管系统、公用系统、混输海管、消防及逃生、机械设备、供配电系统、仪表系统和通讯系统组成。

2.2平台的安全系统

海上油气生产平台存在可燃气体泄漏和积聚的可能;电器设备可能发生故障或绝缘损坏, 潜在着火灾的危险性。因此, 整座导管架平台处于潜在火灾的危险性环境中。平台根据不同的实际情况配置了安全系统, 配置的情况因平台而异, 主要有:

平台上设置的现场火气探测系统能及时、准确地探测早期火灾/可燃气, 通过火灾盘的逻辑分析、处理, 实现报警、关断、消防, 以消除事故, 保护平台操作人员及生产设施的安全。

平台上的消防设施主要是生产区域的消防水/泡沫自动喷淋灭火系统, 二氧化碳保护区的二氧化碳自动灭火系统, 除此之外, 还配备有手动消防炮、消防软管站及各种类型的手提式灭火器。主要根据平台各区域火灾危险类别来配置。

3.采油平台的危险因素分析及对策

3.1危险因素中人的危险因素

现代工业企业事故中, 约有85%以上的事故直接或间接源于人的因素, 在某些大型的灾难性事故中, 人为因素导致的伤亡事故约占事故总数的70%—80%。人为因素中主要包含以下几种情况: (1) 个人技能素质低; (2) 安全意识差; (3) 各种心理问题; (4) 不合理膳食和不正常的健康条件。

3.2危险因素中物的因素及其控制措施

(1) 有毒有害气体和可燃气体是平台防护的重点

在有毒有害气体中, H 2S气体是最危险的, 也是我们日常工作中经常遇到的危险因素;此外, 油田生产过程中也会出现CO等对人体也有极大危害性的有害气体。

平台上广布的可燃气探头可以有效地监控平台上可燃气体泄漏的情况, 我们需要定期测试和保养GD探头, 以确保其可以准确探测可燃气体分布情况。

(2) 腐蚀, 老化使平台危险加剧

油气输送管线输送的原油和伴生气中含有一定的水分, 水中含有的各种盐类容易对管壁产生腐蚀, 导致管线的内腐蚀。

为了防止出现腐蚀造成的泄漏事故, 我们必须认真巡检各个设备, 提早发现跑、冒、滴、漏并采取措施。

(3) 重要设备的安全机构

平台上有很多设备具有安全保护功能, 可以在误操作或紧急时刻起到保证安全的作用, 比如吊车的制动, 吊机的大钩及油丝绳的绳卡子、安全阀等。

3.3自然环境中的危险因素

自然灾害具有不可抗拒性和突然性, 在海洋这个天气变幻无常的环境中, 在分析危险因素时我们不得不考虑自然因素对平台生产及生产人员的危害, 包括: (1) 雷电等强对流风雨天气; (2) 台风影响; (3) 海啸; (4) 冰期; (5) 渔船; (6) 上游供电和下游海管混输系统的影响。

3.4危险因素中管理上的缺陷

海上导管架采油对于长期从事陆上采油的中石油是个新生事物, 在试采初期的基础投资是规模性的, 时间性要求强, 不同于陆地常规勘探开发模式。

4.事故预防技术和方法

导管架采油是油田生产的新平台的新事物, 必将在创建油田文化中充当独特的角色。需要我们做的就是:转变作风、夯实基础, 模范遵守“反违章六大禁令”、严格执行“HSE管理九项原则”, 瞄准“安全环保、原油生产、成本控制”三大目标任务, 完成各项工作, 创建独具特色的导管架文化。

综上所述, 首先要做好的就是尽量减少因突发事件引起平台上突发停产的次数, 时刻开展员工岗位风险识别和隐患排查活动。树立并践行六种理念:一是人人都是安全员理念;二是事故是可控可防的理念;三是隐患即是事故的理念;四是隐患整改立即执行理念;五是有效安全投入就是最高收益的理念;六是安全管理持续创新理念, 夯实各项管理基础。其次, 运用科学的方法完成事故隐患的管、控、防、治工作。

运用几种科学识别危害的方法, 适当地运用风险削减措施, 会对我们开展任何作业活动之前进行危害识别和风险评估, 有很大的帮助。

此外, 要齐抓共管, 开展隐患治理, 实现安全生产、清洁生产, 实现HSE战略目标。

(一) 工程技术对策

(1) 修订完善所有人员的HSE职责, 并严格落实;

(2) 严格执行生产建设项目安全“三同时”制度;

(3) 在采油生产中应经常做到的“三清”、“四无”、“五不漏”, 实现清洁生产。

(二) 安全教育对策

公司对员工进行宣传和培训, 主要以下四个方面的内容: (1) 培养员工HSE意识; (2) 培训本岗位工作的能力, 包括知识、经验和技能; (3) 采用新工艺、新技术、新材料或使用新设备时, 对从业人员进行专门的安全生产教育和培训; (4) 新员工的入厂教育和兼职安全资料的整理和收集。

(三) 安全管理对策

1. 积极开展基层单位安全管理的“体制”创新, 配备基层单位管理班子。

2. 认真开展基层单位安全管理的“制度”创新, 为海上导管架安全生产提供坚实的框架和不竭的动力。

古人云:“没有规矩, 不成方圆”。这表明了制度、规程和细则的重要性。安全方面的制度尤为重要。

首先, 要梳理各方面的管理制度、规程和细则, 分门别类, 编写目录, 规矩存放;其次, 在制度的执行力上下功夫, 转变工作作风;最后, 要切实加强与属地单位的和谐共建工作, 确保导管架安全。

3. 务实地开展管理的“技术”创新, 在制度的执行力上下功夫。

(1) 生产经营基层单位必须对安全设备进行经常性维护、保养, 并定期检测, 保证正常运转; (2) 让每名员工清楚, 工作中哪些行为属于不安全行为; (3) 严格执行交接班的“三一”、“四到”、“五报”制度;坚持重要信息收发记录制度。

4. 辩证地看待“安全与装备、生产和成本”的内在联系, 全面协调各种关系, 强“三基”、反“三违”, 创建“标准化岗位、标准化现场、标准化班组”, 实现HSE管理“追求零伤害、零污染、零事故”目标。

5. 结论及展望

5.1结论

从以上分析得出, 海上导管架采油平台存在人、物、环境和管理四个方面的危险因素, 笔者根据出海经验提出了相应的控制措施。此外, 油田还应推广成熟的“隐患管理”制度, 培养防患于未然的积极性, 有效消除潜在隐患。

5.2展望

海上导管架平台 第2篇

1 海上石油导管架平台

导管架平台是由钢管桩通过导管架固定在海底的结构物, 是海洋石油平台中传递荷载的主要部件。它是由若干竖向立柱 (圆钢管) 和横向、斜向联接钢管焊接结成的空间框架结构。导管架在海上石油平台中有着重要作用: (1) 对于海上石油作业提供保障措施:在导管架的圆管内打桩, 极大的减少了海上施工时单桩定位等操作的难度。 (2) 可以安装电缆等设备, 进行通讯。 (3) 可以安装梯子、登陆桥等, 使得工作时便于通行。 (4) 可以安装泊船设施, 便于交通联络、船舶的停靠。 (5) 在导管架上搭建临时的工作平台, 加强施工安全、提高施工速度。 (6) 将各个单位组合成一个整体:在桩和圆管之间用水泥浆凝固, 这样可以通过导管架的空间结构, 将各个单桩联结成一体, 使得平台的荷载能均匀的传递到各个桩上。

2 安全评价方法在海上石油导管架平台建造中的应用

导管架平台作为海上石油作业平台的主体部分, 其作用至关重要。其建造的安全工作是海上石油开采完成的保障。而由于其建造、使用的复杂性, 使得“适用”完全不符合海上石油平台建设的利益, 也存在很大的危险性。那么, 首先进行的安全评价就在平台建造过程中起着至关重要的作用, 安全评价方法的准确应用, 可以保证海上石油开采工作顺利进行。这里, 我们就简单介绍预先危险性分析、故障类型和影响分析、作业条件危险性法三种安全评价方法。

2.1 预先危险性分析 (PHA)

预先危险性分析 (Preliminary Hazard Analysis, 简称PHA) 主要在已有的系统改造或者新系统设计之前应用, 其目的是为了在相关人员没有掌握详细资料时, 早期分析、识别可能出现的潜在危险, 并提出一定的防范措施, 防止潜在危险的发生。

P H A对于导管架平台建造中的应用来说, 具体步骤可以从以下几点看起:

(1) 确定并熟悉导管架平台建造使用系统

(2) 分析其建造使用过程中存在的潜在危险, 主要内容有:

(1) 识别危险的设备、零部件, 并分析其发生的可能性条件; (2) 分析原材料, 特别是有害物质的性能; (3) 分析建造过程中的相关参数; (4) 操作、维修等方面的分析; (5) 由于导管架平台工作环境的特殊性——海洋, 所以其环境分析尤为重要;

(3) 对确定危险进行分类制表

(4) 分析危险因素转换为危险状态, 乃至事故的触发条件, 寻找解决措施;

(5) 对危险程度进行等级划分, 具体来说主要划分为四级 (表1) :

(6) 制定相关的安全措施。

2.2 故障类型和影响分析 (FMEA)

故障类型和影响分析 (Failure Mode Effects Analysis, 简称FMEA) 是对系统的各组成部分、元素进行分析, 其目的是通过分辨单一设备和系统的故障模式以及每种故障模式对系统或装置的影响, 提高设备的可靠性。FMEA评价方法需要结合已有的导管架平台故障实例来进行分析。

在导管架平台建造中应用FMEA, 具体步骤如下: (1) 确定并熟悉导管架平台建造使用系统; (2) 分析元素故障类型和产生原因; (3) 研究故障类型的影响, 关于故障类型分级的方法有多种, 主要有:定型分级、危险性半定量分级等。 (4) 填写故障类型和影响分析表格, 表格一般包括系统的名称、设备元件的名称、故障类型、发生时间、原因、影响、等级、措施等。

2.3 作业条件危险性分析 (LEC)

L E C评价法是对具有潜在危险性作业环境中的危险源进行半定量的安全评价方法, 它以三个方面的指标值来评价风险大小, 这三个方面分别是:L—发生事故的可能性大小;E—暴露这种危险的频繁程度;C—发生事故后的损失后果。通过打分的形式最后确定风险—D, 风险分值D=L E C。D值越大, 说明系统存在的危险性就越大。具体如下表2-5:

LEC分析与PHA分析可以进行综合应用, 以L E C的分值来对P H A中的危险等级进行量化, 可以更好地对导管架平台的建造提供安全保证。

3 总结

通过对PHA、FMEA、LEC三种评价分析法的了解, 我们可以看到评价方法在导管架平台建造中的应用。不同的评价方法有不同的特点, 对于海上石油导管架平台的应用也有不同的效果, 但其目的都是为了使海上石油作业安全可靠的完成。导管架作为一种复杂的海上石油平台构成, 应用不同的安全评价方法对其进行安全评判是我们不能忽视的一个关键步骤。

参考文献

海上导管架平台 第3篇

就目前来看, 我们已逐渐掌握了适合浅海和滩海范围内的两腿导管架海上安装施工工艺, 统称为“导向模式”, 并总结出了适合不同平台改造类型的“双导向模式”和“导向+限位模式”来提高两腿导管架的海上安装精度和效率, 现就此两种模式做简要探讨。

1“导向模式”的应用

两腿导管架的海上安装就位视施工海域水文、地貌、原导管架结构形式等有所不同, 现就“导向模式”在两种不同施工海域 (尤其是水深差别较大的海域) 的应用做阐述。

1.1 浅海海域的“双导向模式”施工工艺

所谓“双导向模式”, 是指利用原平台主导管结构增加双导向筒或者多个导向筒结构, 实现新建导管架结构的外挂或者套入, 完成导管架的海上安装。油建渤海装备分公司的LD10-1油田调整改造二期项目是双导向模式的典型施工工艺。“双导向模式”可以在最大程度上保证新建导管架结构与原结构的链接的安全性和精密性, 在平均水深31m左右的情况下, 很好地解决了导管架在就位精度、就位安全等方面的问题。

旅大10-1油田位于渤海西部海域, 油田范围平均水深31m。因WHPA平台的36个井槽已全部用完, 结合油田综合调整方案的要求, 针对现有设施开展了调整井二期在平台南侧新增桩腿, 增加8个井槽。

主要工程量有350t两腿导管架1座, 410t平台上部组块1座, φ1524钢桩2根, φ914、φ508隔水套管各4根。

1.2“双导向模式”的应用

LD10-1油田调整改造二期项目双导向模式在新建导管架上就运用了导向装置。使用此种模式, 可以顺利使导管架完成就位, 但对于导向筒的安装有相当高的安装精度要求, 导向筒的最终安装结果决定了导管架的就位精度和导管架的高程在最大程度上接近设计值, 为此, 我们专门编制了导向筒安装方案。

1.3“双导向模式”的效果检查

通过利用双导向模式, 很好地控制了导管架就位后的水平度和水平位移, 经过胜利油田物探公司的测量, 并经过业主雇佣的港湾测量公司的复测校核, 最终形成了测量报告, 取得了较好的成效。

2“导向+限位模式”的应用

“导向+限位模式”是“双导向模式”在一定程度的改进, 以适应不同的结构和环境。此种模式是针对设计文件中导管架结构未设计导向插尖, 不能使用导向筒直接进行外挂作业, 海洋采油厂CB25C平台改造项目是此类施工工艺的典型。

CB25C平台改造工程采用单片2腿导管架, 导管架尺寸22.09m×5.0m×5.7m。导管架顶标高EL (+) 6.500m, 底标高EL (-) 15.590m, 主导管采用Φ1 166×32/Φ1 152×25钢管, 在标高 (+) 5.6m、 (+) 2.3m、 (-) 4.0m、 (-) 14.09m设水平横撑, 横撑采用Φ600×22/16钢管。扩建的上部组块为空间梁板式结构。由梁格及甲板组成。梁顶标高9.0m (与原设计相同) , 平台尺寸为8.3m×6.0m。平台主梁采用I50a, 次梁采用I32a, 小梁采用I20a, 甲板满铺8mm厚钢板。桩共2根, 采用Φ1 000×25/22开口变壁厚钢管桩, 桩全长52.558m, 桩入泥30m。

2.1“导向+限位模式”的实施效果

根据埕岛海域的水文、海底地质, 以及现场勘测的情况, 制定了导向和限位模式的应用方案。同时在原导管架主导管5.6m、2.3m标高之间分别各安装一个A轴导向 (含限位) 装置和一个C轴限位装置。其中限位装置撑管长度=新建导管架设计位置与原导管架外壁距离, 肘板选择PL-16, Q235B材质。

安装完成A轴、C轴导向/限位装置之后, 按照如下流程进行施工:利用A轴导向/限位装置打完第一根桩→切除A轴导向筒, 保留撑管 (撑管位于导向筒一侧切除150mm) →套入导管架→利用浮吊调整导管架至设计位置 (已到C轴限位装置位置) →同时利用三角板在A轴导向筒的撑管和导管架之间加固连接、将C轴限位装置和导管架直接焊接加固, 此时导管架已完全稳定→打第二根桩→切除A轴、C轴导向/限位装置 (撑管) →安装5.6m、2.3m标高处撑管。

综合以上多方面对比、分析, 并与CCS等部门沟通, 认为方案1, 即“导向+限位”模式是更安全、技术可控、施工难度较小的一种方案。

2.2“导向+限位模式”的效果检查

经过现场的导管架就位过程及打桩过程来看, 此种模式能最大限度地保证施工安全, 尤其是在海上施工比陆地施工危险性增加、危险源增多的情况下, 极大地节省了海上安装时间, 确保了导管架的就位精度, 规避了对施工船舶、人员以及原平台结构的风险, 在CB25C平台改造中, 做到了一次就位成功, 连续打桩成功。

3 总结

通过对中海油两个项目和海洋采油厂平台改造项目的实践和验证, 我们总结的两腿导管架海上就位安装模式已经成熟地运用于海工项目的施工中, 在海上施工分秒必争的施工要求下, 利用“导向模式”施工的CB25C平台改造项目节约了海上安装船舶资源和人力资源, 充分利用了良好的气候窗条件, 在有限的时间里节约了生产成本, 控制了资源浪费, 侧面创造了经济效益。

摘要：随着海洋采油厂产能建设和调整的需要, 埕岛海域已经开始出现以增加外挂井口槽为结构形式的导管架结构, 此类施工工艺必然会在以后的施工中得到进一步的完善和发展, 我们总结和改进的“导向”模式也会在以后的海工项目中得到进一步的优化和完善。

导管架平台的随机有限元可靠度分析 第4篇

海洋平台是海洋资源开发的重要基础设施。其结构复杂、体积庞大、造价昂贵,而且它所处的海洋环境复杂恶劣,直接影响平台的安全。历史上曾发生多次海洋平台事故,造成了重大的经济损失和不良的社会影响。所以对海洋工程的结构可靠性分析非常重要[1]。

导管架平台在海洋环境中,所承受的外荷载均有一定的随机性,如何对这些影响导管架平台可靠度的因素进行评估,对导管架平台的设计有重要的意义。在以往的计算中对于材料的变异性、荷载的随机性往往考虑较少,无法真实反映结构的可靠性水平,因此本文采用随机有限元方法来计算导管架平台的可靠性。运用ANSYS概率设计模块(PDS)采用谱分析法计算了海洋平台在仅受随机波浪荷载作用和受随机波浪荷载、风荷载、海流荷载和甲板静载作用时的平台可靠度,并对两种情况下的可靠概率进行分析比较。

1 可靠性分析

近几年,结合极限状态设计法的应用,国外在海洋结构平台的可靠度设计方面进行了大量的研究。美国石油协会(API) 1997年给出了已有海洋平台结构基于可靠度的评估准则,在API的指南中明确给出了目标可靠指标和失效的后果,同时提出了海洋平台抗风和抗震评估准则。在国内,随着结构可靠度理论的深入和在土木领域的发展,近年来,在海洋结构物可靠度的研究与应用方面也有很大的进展。

由于影响可靠性的各种因素存在着不确定性,如荷载、材料性能等的变异,计算模型的不完善,制作质量的差异等,而且这些影响因素是随机的,因而工程结构完成预定功能的能力只能用概率度量。结构能够完成预定功能的概率,称为可靠概率;结构不能完成预定功能的概率,称为失效概率[2,3]。

结构可靠度的计算方法按照基本思路不同,可分为三类:二阶矩方法、蒙特卡洛(Monte Carlo)方法、响应面法。当安全余量表达式的非线性很强,而且随机变量是各种不同分布,同时又存在相关性时,求解可靠性指标的精确方法是蒙特卡罗法。其理论基础是概率中的大数定理,它的应用范围几乎没什么限制,在目前结构可靠性计算中,它被认为是一种相对精确的方法。由于蒙特卡罗法比较精确,是惟一可以用来做检验的方法,所以本文采用蒙特卡洛方法来计算导管架平台的结构可靠度,并且以此来检验谱分析方法。

2 蒙特卡罗随机有限元法[4,5,6]

在有限单元法已成为分析复杂结构的强有力的工具和广泛使用的数值方法的今天,人们已不满足精度越来越高的确定性计算,而开始运用这一强有力的工具去研究工程实际中存在的大量不确定性问题。随机有限元法,亦称概率有限元法(Probabilistic FEM)正是随机分析理论及有限元方法相结合的产物,它是在传统的有限元分析方法的基础上发展起来的一种新的随机数值分析方法。

随机有限元法可分为两种:一种是分析的方法,这种方法把数学、力学分析作为基础,寻找出结构系统的响应和输入信号间的关系,据此得到结构内力、位移或应力的统计规律,得出结构的可靠度或失效概率。另一种是统计的方法,在大量随机抽样的基础上,对结构进行反复有限元计算,统计分析得到的结果,得到该结构的可靠度或失效概率,这种算法称为蒙特卡洛随机有限元法。

蒙特卡洛方法是概率分析中最常用和传统的方法。这种方法使用户知道模型的真实行为特征,一个仿真循环代表构件在一个特定荷载和边界条件组合下的情况。

蒙特卡洛有限元法是有限元理论和蒙特卡洛数值模拟相结合的产物,其基本步骤是:首先,赋予每一个随机变量相应的一组随机数,随机数的个数就是取样数;然后,将这些随机数逐个代入有限元控制方程;最后,求解方程,得到一组待求变量的解[7,8]。

蒙特卡洛法的优点在于:

(1) 不论有限元模型的实际情况如何都可以使用这种方法。在基本模型正确的情况下,如果仿真循环次数足够,蒙特卡洛方法得出的概率结果总是正确的。

(2) 蒙特卡洛法是惟一适合做验证的方法。

(3) 单独的循环是相互独立的,即每个循环不依赖于其他循环的结果。

在ANSYS软件PDS模块中,蒙特卡洛方法可以选择直接抽样法或拉丁方法。拉丁方法抽样(LHS)技术比蒙特卡洛方法更先进和有效。LHS方法有一个样本“记忆”,可以避免重复样本的情况。

在通常情况下,同样问题得到同样精度的结果,拉丁方法比直接蒙特卡洛方法少20%到40%的仿真循环。因此本文运用拉丁抽样方法。

3 谱分析

谱分析是在模态分析的基础上,通过一个已知谱,对结构的位移和应力进行分析。谱分析可以取代费时的时间历程分析,用来确定结构对随时间变化的载荷或随机荷载的动力情况响应。

ANSYS谱分析包含单点响应谱、多点响应谱、动力学设计分析方法(DDAM)和功率谱密度(PSD)。本文采用功率谱密度(PSD)方法来进行结构的谱分析。

3.1 波浪谱

海面上的波浪高低不平、杂乱无章,是自然界中没有必然变化规律的随机过程,实际波浪的波高、周期的变化是不规则的,它是由许多振幅与频率不等、方向不一、相位杂乱的组成波叠加的结果。

从长期而言, 波浪过程并不具备平稳性, 但对较短的一段时间, 可以把波浪看成是一个平稳的随机过程。在每一短期海况中, 波浪是一个均值等于零的平稳正态随机过程,其长期分布可以认为是由大量短期海况序列组成的。由随机过程理论,功率谱密度可完全确定平稳随机过程的统计特性。

本文采用由有效波高和平均周期确定的JONSWAP谱来计算波浪。JONSWAP谱是用20世纪60年代英国、荷兰、美国和法国等在北海进行波浪观测的资料得到的,其表达式为:

$S(\omega )=\alpha g{}^2\omega {}^{-5}\exp \left[-\frac{5}{4}\left(\frac{\omega }{\omega {}_p}\right){}^{-4}+\text{e}{}^{-\frac{(\omega -\omega {}_p){}^2}{2(\delta \omega {}_p){}^2}}\ln (\gamma )\right](1)$

式(1)中:ω —角频率; ωp—谱峰值角频率,$\omega {}_p=\frac{2\text{π}}{{\rm T}{}_p}‚{\rm T}{}_p=\frac{{\rm T}{}_s}{1-0.132(\gamma +0.2){}^{-0.559}}$; σ—当ω≤ωp时,σ=0.07;当ω≥ωp时,σ=0.09; α—α为飞利浦常数,$\alpha =\frac{5}{16}{\rm H}{}_S{}^2\omega {}_p{}^4/\{g{}^2[1-0.2879\ln (\gamma )]\}$。3.2 随机波浪荷载的确定

对于平稳的随机过程,通常作用于小尺寸结构构件上的波浪力是按Morison公式计算的,在对导管架平台结构进行频域内的随机响应分析时,需要对Morison公式进行线性化,将拖曳力与速度的关系曲线用一条由最小二乘法得到的直线代替。

对由Morison方程得到的波浪力的自相关函数Rff(τ)进行Fourier变换,得到线性化Morison波浪力谱[9]:

$\begin{array}{l}S{}_{ff}(\omega )=\frac{1}{2\text{π}}{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }R}{}_{ff}(\tau )\text{e}{}^{-\text{i}\omega t}\text{d}\tau =\\ \{\left[C{}_{{\rm M}}A{}_{{\rm I}}gk\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\text{h}k(z+h)}{\text{c}\text{o}\text{s}\text{h}kh}\right]{}^2+\\ \left[\sqrt{\frac{8}{\text{π}}}C{}_{D}A{}_D\sigma {}_u\frac{gk}{\omega }\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\text{h}k(z+h)}{\text{c}\text{o}\text{s}kh}\right]{}^2\}\times \\ \frac{1}{2\text{π}}{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }R}{}_{ff}(\tau )\text{e}{}^{-\text{i}\omega t}\text{d}\tau =\\ {\rm H}{}_{ff}(\omega )S{}_{\eta \eta }(\omega )(2)\end{array}$

式(2)中:CD—拖曳力系数;CM—惯性力系数,CM=CA+1;$A{}_{{\rm I}}=\rho \frac{\text{π}}{4}D{}^2$;$A{}_D=\frac{1}{2}\rho D$。

Hff(ω)为线性化的Morison波浪力的传递函数:

$\begin{array}{l}{\rm H}{}_{ff}(\omega )=\left[C{}_{{\rm M}}A{}_{{\rm I}}gk\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\text{h}k(z+h)}{\text{c}\text{o}\text{s}\text{h}kh}\right]{}^2+\\ \left[\sqrt{\frac{8}{\text{π}}}C{}_{D}A{}_D\sigma {}_u\frac{gk}{\omega }\frac{\text{c}\text{o}\text{s}\text{h}k(z+h)}{\text{c}\text{o}\text{s}kh}\right]{}^2(3)\end{array}$

由JONSWAP谱公式(1)和Morison波浪力谱公式(2)可求得正常工作情况的波浪力谱。

4 仿真计算

4.1 有限元模型

本文以北部湾某石油平台为例,用ANSYS建立有限元分析模型。

4.2 模态分析

对导管架模型进行模态分析,得出导管架平台前六阶固有频率。

4.3 结构随机振动分析

本文选用图1所示的Morison波浪力谱,应用ANSYS软件对导管架平在在模态分析的基础上进一步进行谱分析,选择功率谱密度(PSD)作为谱分析类型,对平台的各个振型取相同的阻尼比η=0.01,加载过程中施加节点激励,合并结构的前六阶模态。

图3—图6分别给出了关键点的位移响应谱,速度响应谱以及Von-Mises等效应力响应谱,Von-Mises等效应力速度响应谱。表2给出了关键点的结构响应均方差。

从上述的图形中可以看出,平台结构关键部位关键点处的位移响应谱,速度响应谱以及Von-Mises等效应力响应谱,Von-Mises等效应力速度响应谱在轮廓上看所表现的规律大致相同。图形上共有两个峰值,结合波浪力谱曲线(图1)以及模型的固有频率(表1)可以看出,产生第一个峰值的原因是,波浪力谱在该频率处出现极大值,产生第二个峰值的原因是由于其低阶的固有频率与随机波浪荷载的激励频率接近,虽然此时波浪力谱值很小,但结构的位移和应力响应远远大于最大波浪荷载谱作用时的响应,容易产生共振现象。

4.4 导管架平台结构可靠性分析[10]

本文将导管架平台所承受的荷载分成两个部分,一部分是随机波浪荷载,另一部分是随机风载,随机海流荷载和随机静载。分别计算导管架平台在随机波浪荷载的情况下,考虑和不考虑其他随机荷载时导管架平台的可靠性。

视波浪荷载,海流荷载,风荷载,上部甲板静载和材料许用应力均为随机参数,其中,波浪荷载,海流荷载和风荷载服从Weibull分布,上部甲板静载服从均匀分布,材料许用应力服从Gause分布,具体随机参数列表见表3。

在ANSYS软件PDS模块中,用蒙特卡洛随机有限元法对导管架结构进行可靠性分析,得出图7—图11的结果。

图11中,黄色代表随机波浪荷载(Waveload),蓝色代表海流荷载(Ocload4)。

5 结论

(1)图7显示了进行5 000次样本空间计算后的随机输出变量DETSS样本均值历史,图8显示了随机输出变量DETSS样本方差历史。输出变量的平均值收敛线趋于平缓逐渐收敛且收敛带宽较窄,说明模拟的次数足够。

(2)从分析数据上看,当仅考虑随机波浪荷载的时候,导管架平台的可靠概率为0.994 270 [0.985 035, 0.998 578];当不仅考虑随机波浪荷载,同时也考虑风荷载,海流荷载和静载的随机性时,导管架平的可靠概率为0.984 378[0.970 978, 0.992 872]。可以看出,风荷载,海流荷载和静荷载对导管架平台可靠度的影响较小,波浪荷载占主导因素。

(3)图10显示了随机输入变量waveload对于随机输出变量DETSS的散布图。从图中可以看出,随机输入变量waveload所提供的样本点与随机输出变量DETSS的趋势线靠得比较近,很好的表示了随机输入变量的离散程度。

(4)图11显示了随机输出变量对随机输入变量的灵敏度。从图11上可以看出,对于导管架平台的可靠性,随机波浪荷载的影响最大,其次为海流荷载,相对而言,其他的影响因素不显著。

参考文献

[1]姜萌.近海工程结构物——导管架平台.大连:大连理工大学出版社,2009

[2]张宇.工程结构可靠度分析的若干问题研究.[博士论文].上海:同济大学.2006

[3] Feng Sheng,Song Yupu.Optimum design of structure shape for off-shore jacket platforms.China Ocean Engineering,2000;14(4):435—445

[4]杨杰,陈虬.一种新型随机有限元法.力学季刊,2004;25(4):16—21

[5]戎志祥,林少芬.基于随机有限元法的连杆可靠性分析.舰船科学技术,2011;33(9):68—70.

[6]崔海涛,温卫东.随机有限元法及其工程应用.南京航空航天大学学报,2002;32(1):91—98

[7]武清玺.结构可靠性分析及随机有限元法.北京:机械工业出版社,2005

[8]肖刚.系统可靠性分析中的蒙特卡罗方法.北京:科学出版社,2003

[9] Gullo I,Di Paola M,Spanos P D.Spectral approximation for windinduced structural vibration studies.Meccanica,1998;(3):291—298

海上导管架平台 第5篇

关键词：东海大桥,岛礁区,导管架,设计施工

1 前言

东海大桥是举世瞩目的上海国际航运中心洋山深水港区最主要的工程之一, 大桥从芦潮港开始至洋山深水港区, 总长度达31.053km里。大桥所处海区海况恶劣, 一年内有效工作天数为180d, 整座大桥从2002年底动工, 需在2005年竣工完成。

大桥K26+689~K27+279为东海大桥近岛段过渡区, 桥式布置为70m跨非通航孔, 地处小乌龟岛的尾部, 大乌龟岛侧面, 水流很急, 最大流速约2.5~3.0m/s, 局部地区水深达到25m, 为东海大桥最大水深处, 大部分区域基岩上覆极度饱和的淤泥质黏土, 成流塑状、高压缩性、高灵敏度、大空隙比, 是典型的软弱地基土, 其侧摩阻力和土抗力是很低的, 根本不具备覆盖层稳桩的条件。基岩顺桥轴线往大乌龟岛方向逐渐出露, 基岩面很不平整, 礁石林立, 是东海大桥唯一的岛礁区。其中在K26+759附近海底为天然裸露的礁石岩体, 高差极大。该处桥梁基础为大直径嵌岩钻孔桩。在这种地质条件下, 插打钻孔平台和栈桥的钢管桩基础, 采用内河陆地常规的方法, 显然不行。为此我们借鉴海洋石油平台的做法, 设计了导管架平台基础。

2 导管架施工工艺概述

导管架法搭设平台的施工在海洋石油钻井平台中应用最为广泛, 但该工艺应用在桥梁施工中尚属首次, 尤其应用在海床面高差极大的岛礁区中。导管架工艺施工工艺可以说是装配式的施工工艺, 采取岸上制作, 现场沉放, 连续施工, 大大减少了海上的施工强度和施工难度。

我们采用的导管架施工平台由导管架、钢管桩、上部结构三部分组成。导管架是在岛边平台上组焊的空间桁架, 设计时充分考虑了波浪力、水流作用力并增加了相应的防沉结构。钢管桩是整个平台的承重构件, 通过与导管架之间的连接达到整体受力, 承受从上部结构传来的竖向荷载, 并最终将力传到岩面上。同时导管架采用桩套桩的形式, 能够切实保正桩基是群桩受力。

3 导管架的设计计算

3.1 计算假定

导管架是放置到海底, 浸泡在水中的空间结构, 导管架整体通过一定长度的钢管刃脚嵌入淤泥中, 相当于底部弹性锚固, 导管架承受波浪、水流作用力的作用, 并起到整体稳定的作用。因此, 我们在计算时假定基础所受的水平力全部由导管架承受后传给海床及通过钢管桩与导管架的铰接装置传给钢管桩;钢管桩承受全部竖直力;不计导管架结构对整体基础竖直承载力的贡献。

3.2 波浪力、水流力荷载标准

导管架从制作、下放、到平台完成功能需要, 需要一年多的时间, 期间要经历季风和台风期, 波浪力的取值过大可能造成设计上浪费, 过小可能不能满足施工期间的安全。针对大乌龟岛复杂的环境条件, 经过研究和风险评估, 决定计算时统一采用桥梁基础使用期的水位和波浪要素, 具体计算方法按照《海港水文规范》 (表1) 进行计算。

3.3 计算工况

(1) 导管架在翻身、吊装、下放时需选择较好的天气, 在波浪不大、平潮时进行, 因此在此阶段仅考虑导管架自重。

(2) 考虑到海上自然环境条件差, 导管架下放好后要及时插打2~4根钢管桩来共同抵抗常规风力环境下海流的冲击, 避免导管架倾翻。

(3) 平台完全形成, 发挥全部功能, 导管架与钢管桩共同受力, 考虑使用期的流和浪。

3.4 计算内容

(1) 整体翻身起吊桁架的受力安全及变形、局部管件的稳定性和吊点处主管的局部稳定。

(2) 计算下放时导管架自身的抗倾覆性, 在四节流速的作用下靠自重稳定的倾覆系数。

(3) 平台完成后, 各种工况导管架与钢管桩联合体系的受力、空间稳定计算和整体平台的动力学分析。

4 导管架的制造和下放

4.1 导管架的制造

导管架的制造场地应选择将来导管架的起吊、运输, 因此, 场地需紧靠江边或海边, 场地内有大型起吊机械, 或者大型浮吊可以进行导管架的翻身、起吊、装驳。本工程的导管架小部分委托给江南造船厂和振华港机加工, 大部分则是在岛边专用平台上安装。

导管架的主管采用φ1100mm的卷制钢管 (壁厚10mm) , 横管和斜管分别采用φ422mm、φ377mm的螺纹管 (壁厚6mm) , 管与管均采用相贯线形式。导管架采取分榀制作, 总体组装的制造方案。单榀制作在平面拼装胎架上进行, 控制好胎架平面度尺寸及接触线尺寸后, 吊装φ1100mm主管与横、斜管, 完成拼装。单榀安装完毕后, 在单榀分段胎架上进行双榀的吊装, 先联斜杆, 在完善上层榀的横杆。

4.2 导管架的定位与下放

本段工程采用的导管架重量在100t~300 t之间, 起重设备我们选用“苏连海起八”浮吊和“三航起七”浮吊, 两船的最大起重量都是350t, 作业时选择在平潮期, 因为这段时间的海水流速、可作业时间等均是较佳选择, 定位系统我们选用美国“Trimbl E5700”GPS RTK技术, 定位误差要求在50cm内。

导管架下放到位后, 马上进行四根角桩的插打, 然后进行剩余钢管桩的插打, 沉桩设备采用DZ150型震动桩锤, 钢管桩打到岩面为止。遇到导管架倾斜时, 需要临时插入管桩, 借助浮吊重新吊平, 焊接调平。

5 结语

使用导管架在海洋岛礁区建造桥梁施工平台基础的优点主要桩间的平立支撑可设置在海床面至水面之间, 在相同的竖向及水平荷载下, 满足相同的变形和强度条件下, 它的桩数较少桩径较小, 横向刚度大, 抗风浪及潮流能力较强。质量易于控制、安全有保障。该技术的成功应用, 为我们在海洋岛礁区搭建桥梁施工平台积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]王启愚.东海大桥主要施工技术创新浅谈 (上) .东海大桥, 2003 (1) .

[2]中铁大桥局集团二公司东海大桥项目部.导管架作业指导书[R], 2003.

海上导管架平台 第6篇

关键词：导管架,石油平台,浪溅区

海洋钢结构的腐蚀防护一直是海上开发关键的配套技术。在海洋浪花飞溅区, 钢结构由于受到海水的周期润湿, 长期处于干湿交替状态, 氧供应充分, 盐分不断浓缩, 加上温度差异及风和海水同时作用时引起的波浪冲击等因素作用, 腐蚀特别严重, 浪花飞溅区的腐蚀速度可比海水中高出3~10倍[1-6]。埕岛石油开发区地处渤海湾西部, 海水含沙量大, 海流速度也比较大, 在潮汐的作用含沙海水可对海上钢铁构筑物产生磨蚀, 具有严酷的腐蚀环境。

目前, 埕岛海上平台浪花飞溅区和潮差区采用的都是常规的防腐涂料, 涂层破损、海生物附着现象严重, 经对在役平台的检测表明浪花飞溅区的腐蚀也是最重的。因此采用包覆技术对胜利油田CB273海上石油平台浪溅区防腐蚀施工。

一、CB273井组平台概况

胜利油田CB273海上石油平台由基础部分和上部平台两部分组成。基础部分由导管架和桩两部分组成:导管架采用四腿导管架型式, 主导管采用Φ1354×40钢管, 成正四边形布置, 在标高3.5m、-4.0m处设加强段, 采用Φ1382×40钢管。

CB273计量平台导管架海水潮溅区腐蚀防护采用包覆技术, 施工部位处于浪溅区和潮差区部位共6米 (EL+4.000~EL-2.000) 的区域, 施工总面积约172.60m2, 施工具体位置为:导管架四根竖直桩腿, 两根水平支撑, 两根半斜支撑, 一根电缆护管及其电缆护管支撑, 其中电缆护管的施工长度为7米, 此部分设计的使用寿命为30年。

二、包覆技术施工工艺和技术要点

包覆技术施工工艺是:1.涂抹矿脂膏;2.缠带;3.制作玻璃钢外壳。现场制作玻璃钢外壳工艺为: (1) 在缠带上贴表面毡一层, 涂刷不饱和聚酯树脂; (2) 贴一层短切毡, 涂刷不饱和聚酯树脂; (3) 缠玻璃丝布两层, 涂刷不饱和聚酯树脂; (4) 贴短切毡一层, 涂刷添加颜料的不饱和聚酯树脂; (5) 缠玻璃丝布两层, 涂刷添加颜料的不饱和聚酯树脂; (6) 缠01玻璃丝布两层, 涂刷添加颜料的不饱和聚酯树脂; (7) 整体涂刷添加颜料的不饱和聚酯树脂一遍。施工过程中一到六步需连续完成, 在前一道树脂固化前完成下一道工序。

主要的技术要点:涂抹矿脂膏工艺要保证基体表面涂抹均匀, 表面平整;钢桩油脂缠带边缘留出100mm不涂抹油脂及缠绕缠带, 用于包制玻璃钢, 使玻璃钢和钢铁基体紧密结合, 以达到玻璃钢密封作用;缠带要保证所有部位至少缠了两层, 即搭接50%, 特殊位置可以缠三层, 不规则处要达到此要求;缠带时要拉紧、压平, 赶尽其中的空气;制作玻璃钢不能带水或空气湿度大的条件下进行;制作玻璃钢时用的树脂要根据现场温度和施工速度调节固化剂用量, 一般固化剂用量0.8~2%, 固化时间控制在40min左右。表面毡、短切毡和玻璃丝布要保证平整, 不能有褶皱;在每一层布或毡贴好后, 涂刷树脂要顺着一个方向, 涂刷好树脂后要使用压辊赶尽其中气泡, 压辊要顺着同一方向滚动, 不能往返滚涂;涂刷树脂不宜过多, 防止发生流挂现象导致表面不平整, 使用压辊赶出多余树脂;节点和加强板等特殊位置要单独制作玻璃钢, 保证与基体紧密结合, 达到密封效果。

三、CB273计量平台导管架腐蚀防护示范工程陆上施工

CB273计量平台导管架施工部位在施工之前已经进行了打磨, 并且涂刷了一层环氧富锌底漆, 表面比较光滑, 利于涂抹矿脂膏和进行缠带。对桩腿部分、菱形撑部分、横撑部分、电缆护管部分、管卡及节点处分别进行施工, 施工步骤按照施工工艺进行。其中电缆护管在有四根支撑上放置三块试片用作保护效果检验, 试片放置在第一层做好玻璃钢上, 然后缠带, 外层再做好玻璃钢进行保护。

四、结论

采用包覆技术对CB273井组计量平台导管架浪溅区防腐蚀进行示范工程, 成功地解决了浪溅区钢结构的防腐蚀问题, 不但能有效的控制腐蚀, 节省昂贵的维修保养费用, 而且可有效地延长钢结构的使用寿命, 确保了海洋石油平台的长期安全生产, 具有广泛的推广应用前景。

对于腐蚀包覆技术由于在国内使用基本属于空白, 存在使用单位的接受认可的过程。因此, 需要加强与使用单位的联系, 宣传技术的先进性, 同时给出成本对比分析, 争取实施示范工程。

参考文献

[1]Yantao Li, Baorong Hou, Hongling Li and Jinglei Zhang, Corrosion behaviour of steel in Chengdao offshore oil exploitation area, Materials and Corrosion (2004) , 55 (4) , 305-309

[2]侯保荣.海洋腐蚀与防护, 北京:科学出版社, 1997

[3]侯保荣.海洋腐蚀环境理论及其应用, 北京:科学出版社, 1999

[4]Yantao Li, Jianguo Liu, Jizhou Duan, And Baorong Hou, Thermally Sprayed Aluminum and Zinc Coatings for Tidal Zone Cathodic Protection of Offshore Platform Pile Legs (2006) , Materials Performance, Vol45 (12)

[5]侯保荣, 郭公玉, 孙可良, 张经磊.海洋与湖沼, 1985 (16) 2:116