CEC公司2座平台弃置项目SPP导管架吊装分析.pdf

.108-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备CEC公司2 座平台弃置项目SPP导管架吊装分析张琛，刘建峰，赵强，韩敬艳，武斌斌（海洋石油工程股份有限公司，天津，3 0 0 46 1）摘要】从结构模拟和荷载模拟等方面，详细论述了应用SACS计算软件进行泰国CEC公司2 座平台弃置项目中SPP导管架吊装分析的计算过程，由于泰国CEC公司2 座平台弃置项目是泰国湾较为典型的关于废弃导管架拆除的项目，因此对该项目所进行的吊装分析，则为今后在该区域同类项目的吊装分析积累了宝贵的工程经验，其具有较大的参考价值。关键词】导管架拆除；吊装分析；SPP平台；泰国湾按照相关的法律法规，海上平台在作业寿命到期后，如果没有其它用途必须进行废弃拆除。国外废弃海洋平台的拆除工作已有30多年历史，积累了比较丰富的施工和现场经验。与国外相比，国内在这方面起步相对较晚。根据相关机构调查估算，2 0 5 0 年以前，仅国内拆除业务量就将超过5 0 0 亿人民币，全是接受范围内将有超过6 5 0 0 座海洋石油平台需要拆除，是海洋工程业务的重要增长点。2 0 1 1 年1 0 月，中国海洋石油总公司成功完成对曹妃甸1-6 油田SPM导管架海上拆除，实现我国首例废弃桩基式导管架拆除，近几年来，在泰国雪弗龙拆除项目成功完成后，泰国湾废弃平台的拆除前景广阔。1泰国CEC公司2 座平台弃置项目的项目背景CEC国际有限公司（泰国分公司）,是泰国湾G5/43租界区块石油勘探和生产的特许经销商，拟在泰国湾G5/43租界区块Songkhla2生产区开展“SongkhlaC井口平台及加工平台(SKL-C)退役项目”。本项目拟退役的设备包括位于Songkhla2生产区内SongkhlaC区的井口平台(WHP)和处理平台(PP)。两个平台均为固定式平台，距离Songkhla省最近的海岸线约1 8 公里，如图1所示。SKL-CWHP和PP是四腿固定平台，平台之间连接有栈桥，如图2 所示。将退役的装置的资料摘要在表1 中描述。LegendSKL-CEP3EP4PetroleumProductionAreaSongkhita2PetroleunProducticn Area Songkhia1Coordinates(WGS19BaUTMZone47N)FacuitiesLatitude(NyLongitude(E)SL.CWeheadPuadorm+28:13:0851003644.832RanodSKLCProcesingPlatformp2813.07510036:4.041-AEP4AEP3SKL-C454-4.418km.Satingphra-SinehanakhonSkilometen05101520NeutkcalMikes2468图1最近海岸线与SKL-C井口平台及处理平台的位置及距离作者简介：张琛深圳海油工程水下技术有限公司工程师。109-张琛等CEC公司2 座管架吊装分析第1 0 期(ProcessingPlatform)(WeltheadPlatform)(Bridge)图2SKL-C井口平台及处理平台照片根据海生物清洗程序，海生物预计小于原始导管架重量的2 0%(无桩和灌浆)。根据海底测量报告，对已检测的结构构件的性能进行了修正。假定未经检验的结构构件和焊缝完好无损。无腐蚀、裂纹、缺陷等损坏。根据海底调查报告，防尘板的一部分与海底存在缝隙。将采取一些措施，以避免从土壤中对导管架的吸附力。海洋吸附力约为导管架重量的2 0%（含桩和灌浆)另外，将持续监测天气及现场情况，以确保海上操作能够安全进行。天气及现场情况的限制适用于安全的重型起重作业，具体如下：风速1 3.8 m/s有义波高1.5 米流速2.0 5 m/s横摇 3.0、纵摇 1.0天气符合重型起重作业要求时间不少于48 小时2泰国CEC公司2 座平台弃置项目SPP导管架吊装分析本项目的吊装分析，采用的是海洋石油行业结构分析中通用的SACS计算软件。2.1结构模拟该导管架采用笛卡尔坐标系进行建模。坐标轴的原点设置在导管架中心的基准面上。X轴正方向为平台东侧，Y轴正方向为平台北侧，Z轴正方向为竖直向上，坐标系的视图如图3 所示：121926096SPP-MSB-P3SPP-MSBP475L6XSPP-MSB-P2SPP-MSB-P图3 结构坐标系110-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备根据SPP导管架新建时的完工资料，应用SACS计算软件对该导管架进行了结构模拟，如图4所示。该模型主要模拟了导管架主结构和4根钢桩。由于根据国内外相关法律法规要求，浅海中的导管架需要在泥面以下至少4m位置进行切割回收，因此该模型中每根钢桩我们模拟到海底泥面以下5 m位置。SPP导管架的所有结构构件和焊缝完好无损。无腐蚀、裂纹、缺陷等损坏，导管架的状况和原来一样。1.0 5 倍不确定系数系数将用于主结构和模型的各种附属构件。在模型中，两个吊钩的中心位置布置在重心正上方，根据该项目实际吊装要求，吊钩距离吊点的垂直高度为2 1 m，该高度满足每根吊绳和水平面夹角都不小于6 0 度的规范要求。吊绳采用钢管模拟，直径和实际使用的钢丝绳的直径接近，密度取0.0 0 1 t/m，吊绳仅考虑模拟杆件的轴向拉力，其它方向上的约束全部释放。HookSinggroup SLEL()8.862mBEL()19.75m图4SPP导管架等距视图2.2边界条件吊装分析的边界条件主要就是对吊钩和弹簧的设置。对两个吊钩的设置，设置两个点，均固定其6个自由度，约束形式为（1 1 1 1 1 1），每根固定点连接两根吊绳。对弹簧的设置，是SACS计算软件要求的，以保证计算矩阵的正定性。选取导管架下方两侧的2 个边界点设置为弹簧，每个点的约束形式为（1 1 0 0 0 0），如图5 所示。HookPointTip(Fixity=11111)LateralSpringswithstiffnessof10.0kN/m图5SPP导管架吊装模型的边界条件由于在实际吊装操作中，一般将绳索的一端连接到结构上，绳索的另一端由现场人员牵引，这样绳索中只有很小的拉力，起到弹簧的作用，因此弹簧反力的大小是判断计算结果正确与否的依据，正确的弹簧力非常小。2.3荷载模拟1）结构自重如图4所示，结构模型中只模拟了该导管架的立管、主要构件和4根钢桩，对于吊耳和阳极等辅助构件没有详细模拟。根据SACS模型可知，该导管架和4根钢桩总自重为446.5 t。2）阳极重量包括导管架的附属构件，包括未建模的阳极重量，共5 MT，为基础重量。3）摩擦力在起吊初期，钢桩与土壤之间存在摩擦。土第1 0 期张琛等CEC公司2 座平台弃置项目SPP导管架吊装分析壤参数如表2 所示。在深度为5 米时，利用插值法计算的平均强度参数为7.1 6 kPa。我们假定摩擦力为1 0 2.7 KN/桩。表1 土壤参数Depthof LayerStrengthParametersSoilType(m)Cu(kPa)0.0to6.3CLAY2156.3to7.9CLAY55757.9to10.8CLAY120.04）吸附力在提升的初始阶段考虑吸附力。5）辅助荷载辅助荷载包括卸扣和吊索的重量。这个值是20MT，为基础数值。不确定系数为1.0 5，故辅助荷载按照2 1 MT考虑。2.4荷载组合由于该废弃桩基式导管架位于泰国湾海域，水深相对较浅，海上拆除吊装是选择在气象条件相对较好的时间段进行，因此在对其进行吊装计算时不考虑环境荷载的影响。由于在进行结构模拟时没有模拟辅助结构，而且没有考虑海生物的重量，因此在进行荷载组合时，结构自重需要乘以1.0 5 的系数2 。根据API规范3 ，对于开暴露海域（即海上）进行的吊装，对于吊点和直接与吊点相连的结构杆件，应考虑2.0 0 的动力放大系数；对于其他传递吊装力的结构杆件，应考虑1.3 5 的动力放大系数。SPP导管架拆除过程中存在许多工况。但两种工况的荷载条件最为危险，一是初始阶段吊离海底泥面的起重，二是在空气中吊装的起重。表2 工况与荷载组合工况荷载组合组合1=结构自重（考虑浮力）1.0 5+阳极重量1.0 5+摩擦力1.0+吸附力1.0+辅助载荷1.0 5 2.0 0工况一：吊离海底泥面组合2=结构自重（考虑浮力）1.0 5+阳极重量1.0 5+摩擦力1.0+吸附力1.0+辅助载荷1.0 5 X1.35组合3（结构自重（考虑浮力）X1.05+阳极重量1.0 5+辅助载荷1.0 5）X2.00工况二：在空气中吊装组合4=（结构自重（考虑浮力）X1.05+阳极重量1.0 5+辅助载荷1.0 5）X1.35此外，当导管架在吊离海底泥面时，桩基的摩擦力达到最大值，所以该工况属于吊装过程中需要计算的一个工况，经计算，此时导管架模型的总重为2 6 0 9.5 5 kN。而当导管架整体完全吊出水面后，结构物的浮力为零，所以该工况也属于吊装过程中需要计算的另一个工况经计算，此时导管架模型的总重为43 3 9.6 3 kN。这两种工况所对应的荷载组合见表1 所示。2.5校核结果分析经过以上对结构模拟、边界条件设置和各种荷载模拟后，应用SACS软件对上述两种工况分别进行了吊装计算，其校核结果如表3 所示。由表3可知，该导管架的校核结果满足海上吊装的安全要求。表3导管架校核结果汇总工况最大UC值工况一：吊离海底泥面0.99工况二：在空气中吊装0.96此外，我们利用最大钢丝绳拉力对吊耳进行了校核，其校核结果如表4所示。由表4可知，该导管架吊耳的校核结果满足海上吊装的安全要求。表4吊耳校核结果汇总UC值载荷2.00倍的动力放大系数孔的轴承应力0.37孔的剪切应力0.37压缩和弯曲应力0.17脚印剪应力校核0.243结束语此次关于泰国CEC公司2 座平台弃置项目SPP导管架拆除所进行的吊装分析，拟采用南天龙浮吊船完成该导管架拆除的吊装工作，其现场的吊装形式将如图3 所示。废弃导管架的拆除操作比建一座新的导管架(下转1 1 7 页）收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 5 修回日期：2 0 2 3-0 9-0 4(上接1 1 1 页）收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 3 修回日期：2 0 2 3-0 9-0 9(上接1 0 7 页）收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 5 修回日期：2 0 2 3-0 9-0 9117第1 0 期王汉文等海外油气输道站场装：式钢结构优势分析4张马斌.装配式建筑中钢结构的应用探讨.山西建筑,2020,46(13):32-34.5曲圣玉.装配式钢结构建筑优势分析.城市住宅,2 0 2 0,27(7):227-228.6主海明.论大力发展和应用装配式钢结构建筑的必要性1 建筑机械化,2 0 2 1,42(5):7 6-7 9.7】陈孟鑫.高层钢结构住宅应用J.中国房地产业，2018(23):18-19.8彭云，聂正雅，熊靓，等.中亚地区天然气合作形势及策略建议.国际石油经济,2 0 2 2,3 0(8):7 9-9 2.9 刘永琴.钢结构在绿色建筑设计中的应用与发展.建材发展导向（上）2 0 2 2,2 0(6):1 6 3-1 6 5.10许佳为.绿色理念推动装配式钢结构建筑优化应用一以厦门市为例.江西建材,2 0 2 2(2):1 6 3-1 6 4,1 6 9.参考文献1潤洲1 2-1 撇油罐污水处理效能下降原因分析与解决措施.沈林冬.天津化工,2 0 2 0(0 3).2油水分离旋流器地面试验研究.林博;张琪;戴俊生;薄启炜.油气田地面工程,2 0 0 5(1 1).3海上平台新型撇油罐的改造.杨相伟;张文海;何绪伟.石油化工设备,2 0 1 0(0 3)4应用浅池理论与聚结技术改进油田污水处理系统.徐应波;王树祥;杨相伟.水处理技术,2 0 1 0(1 0)5新型撒油罐的研究及模拟现场试验.胡畔;陈文才;李伟更具复杂，并且操作也有较大风险，是一个涉及更多技术领域的综合性的系统工程。并且，由于受多种因素的制约，不能将其视为安装过程的逆过程4。关于废弃桩基式导管架拆除的吊装分析，应尽量考虑多种工况来精确模拟现场操作中可能遇到的问题，并进行详细的结构模拟和荷载模拟。由于本项目是关于废弃桩基式导管架拆除的项目，在泰国湾属于较典型平台拆除案例，所以对该项目所进行的吊装分析，则为今后泰国湾同类项目的吊装分析积累了宝贵的工程经验，具有较大的参考价值。11周清汉.探析绿色装配式钢结构建筑可持续发展路径.建材与装饰,2 0 2 1,1 7(1 5):1 1 7-1 1 8.12矫霞.预制装配式钢结构建筑经济性研究J.价值工程,2020,39(18):171-172.13陈静,何洪银.装配式建筑全产业链智能建造平台建设智能建筑与智慧城市,2 0 2 1(1 0):9 6-9 7.14曾智明.装配式钢结构集成模块化建筑体系J.建筑,2021(11):32-33.15GB/T51129-2017.装配式建筑评价标准S.16屠海军.分析钢结构在装配式建筑工程中的施工优势建筑与装饰,2 0 2 0(3):1 6 4,1 6 7.成.钻采工艺,2 0 1 6(0 6)6南海某FPSO生产工艺系统扩容实践J.于成龙.船海工程,2 0 1 5(0 5)7新型波纹板油水分离器结构性能研究.曹建树,李卫清,郑远扬.流体机械,2 0 0 2(0 7)8浅谈崖城气田降压后生产水工艺系统改造.陈军;王海华;马杰;江陵.石油化工设备,2 0 1 4(0 5)参考文献1海洋石油平台弃置管理暂行办法S国家海洋局发布，2002.2，海洋石油工程设计指南编委会海洋石油工程设计指南（第4册）M北京：石油工业出版社，2 0 0 6.3 American Petroleum Institute.Recommended practice forplanning,designing and constructing for fixed offshore platformS.APIRP2A-WSD2007.4刘建峰，王彦多，武斌斌国内首例废弃桩基式导管架拆除的吊装分析海洋石油工程技术论文，2 0 1 5，9：2 6 5-271.