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(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

海上作業(yè)平臺正向著大型化、集約化發(fā)展[1]，海洋平臺上部組塊結構物的整體重量也隨之增加。浮托法由于巨大優(yōu)勢得到廣泛應用[2]，已成功地將整體上部組塊安裝到各種固定式結構或浮式海洋平臺上[3-4]。中國南海特有的海域環(huán)境，在300～500 m水深范圍內，有很多未開發(fā)的油氣田，僅就技術上初步判斷，導管架平臺是一種可行的干樹方案[5]，并且導管架平臺作為目前最為成熟的平臺，也在世界上得到了廣泛應用[6]。針對南海浮托安裝深水導管架結構形式，設計了一種縱向限位裝置縱蕩擋板，可以實現(xiàn)浮托進船后快速就位，并能在整個組塊對接過程中穩(wěn)定船舶縱向運動，與傳統(tǒng)縱向纜就位方式相比具有更高精度及便利性，有效降低了浮托安裝就位難度，降低了操作風險。

1 南海浮托安裝就位方式設計思路

組塊海上浮托安裝關鍵在于如何實現(xiàn)安裝船快速進入導管架并安全地實現(xiàn)載荷轉移，由于外界環(huán)境對組塊海上浮托安裝作業(yè)影響較大，在安裝過程中需要特定的設備或裝置協(xié)助完成海上安裝[7-8]。國內常規(guī)浮托安裝導管架結構形式見圖1。

渤海導管架通常設計成直立形式，安裝船舶縱蕩護舷可以直接觸碰進船面導管架腿實現(xiàn)縱蕩限位。對于南海浮托安裝項目，浮托安裝進船面導架結構形式為單斜或者雙斜，安裝船上縱蕩護舷與導管架腿觸碰后無法穩(wěn)定船舶縱向運動，而組塊對接過程需要保證船舶在垂直方向內運動，要求組塊對接裝置LMU(leg matting unit)上半部分水平運動不能太大，不能超過插尖捕捉半徑[9]，需設計浮托安裝縱向限位方案，目前主要有兩種。

1)縱向纜限位方案。荔灣3-1中心平臺組塊浮托安裝中采用了縱向纜定位方案，見圖2、3。

安裝船舶到達就位點附近后利用船上絞車收放連接導管架的縱向纜控制船舶達到最終對接位置。實際使用后發(fā)現(xiàn)單靠纜繩與絞車配合定位較為困難，船舶在縱向纜拖拉下克服海水靜摩擦力后由于慣性仍然會繼續(xù)運動，需反復調整絞車纜繩收放進行就位，作業(yè)步驟多，就位時間長，影響浮托安裝效率。

2)縱蕩擋板限位方案。通過在導管架一定標高范圍內安裝縱蕩限位裝置(縱蕩擋板)，浮托安裝時安裝船上縱蕩護舷與導管架上縱蕩擋板觸碰實現(xiàn)縱向限位，見圖4。

該方案在文昌9-2/9-3中心平臺組塊浮托安裝中已經成功應用，現(xiàn)場工作人員反饋操作簡便，海上作業(yè)效率高且風險可控。

2 浮托安裝縱蕩裝置使用背景及設計原則

對于南海深水導管架浮托安裝，為了減小對接時插尖運動，并且確保對接直至開始退船壓載過程中船舶沿船長方向上位置保持穩(wěn)定，需要將浮托縱蕩擋板設計成豎直平面結構形式，并考慮以下幾點要求。

1)縱蕩擋板布置應降低進船過程中橫向碰撞風險。

2)縱蕩擋板上下緣標高應確?？v蕩護舷在整個潮汐周期內可與其相碰。

3)浮托預進船階段應嚴格控制船艏運動，盡量避免船艏與縱蕩擋板發(fā)生橫向碰撞。

3 浮托安裝縱蕩擋板設計方法

3.1 縱蕩擋板上下緣標高確定

以最高天文潮時進船確定縱蕩護舷碰撞點上緣標高，以最低天文潮時退船確定縱蕩護舷碰撞點下緣標高，上下端考慮0.5 m水深測量誤差余量作為縱蕩擋板上下緣標高界限，見圖5、6。采用這種結構形式可以使得船舶適應24 h潮汐變化，確保船舶縱向位置穩(wěn)定。

3.2 縱蕩擋板偏角確定

常規(guī)浮托安裝中橫蕩護舷安裝在駁船兩側，與導管架外腿凈間隙僅有0.1 m，浮托安裝預進船階段(船艏距離導管架腿4m)在艏搖運動作用下船艏發(fā)生橫向運動，為了避免碰撞縱蕩擋板，需將縱蕩擋板向兩側偏轉以便浮托進船作業(yè)。根據海上安裝現(xiàn)場經驗及海洋石油228(HYSY228)駁船船艏導軌縮進角度，文昌9-2/9-3項目中縱蕩擋板偏角為17°，見圖7。

3.3 縱蕩擋板箱體及生根設計

縱蕩擋板箱體及生根結構形式見圖8，其中上部及下部生根用于連接浮托安裝導管架，縱蕩擋板箱體用于直接碰撞縱蕩護舷抵抗碰撞力。其中縱蕩擋板內緣應設計為導角形式，避免破壞橡膠護舷，整個縱蕩擋板箱體內設置一系列加強筋增加結構強度。上下生根位置偏轉需保證縱蕩擋板箱體豎直方向為一條直線。若縱蕩擋板生根處導管架壁厚較薄，可以考慮在相關位置增設加強環(huán)并在生根處貼板，增加導管架局部強度。浮托完后后縱蕩擋板作為臨時構構件需要進行拆除。

4 縱蕩擋板強度分析計算

設計浮托縱蕩擋板是為抵抗縱蕩護舷正面碰撞，在進退船過程中盡量避免橫蕩護舷與之發(fā)生橫向碰撞，但在極限狀況下，為保證浮托安全，浮托縱蕩擋板需具有一定程度抵抗橫向碰撞載荷的能力，文昌9-2/9-3浮托安裝項目中浮托縱蕩擋板橫向碰撞強度設計能力為3 000 kN。

采用SESAM[10-11]進行有限元模擬計算，有限元網格(網格尺寸100 mm)劃分及板厚分布模型見圖9。

載荷以分布力形式施加在長0.3 m、高0.8 m的矩形斜向板上，沿駁船船寬方向，見圖10。

計算工況見表1，進船及退船分別對應于LC1及LC2兩項，強度衡準為

Von Mises：0.9Fy=0.9×345 MPa=310.5 MPa

縱蕩擋板各個部分強度核算結果見表2。

表2 縱蕩擋板結構強度統(tǒng)計 MPa

由表2計算結果表明，縱蕩擋板結構形式滿足強度要求，對比進退船兩種工況計算結果，進船時由于碰撞點位于箱體上部(高潮位進船)，生根較長，同等碰撞力下產生更大彎矩，顯著影響縱蕩擋板局部應力分布，因此浮托安裝進船時需盡量控制船舶艏搖，降低縱蕩擋板橫向碰撞風險。

5 縱蕩擋板實施效果及經濟效益

5.1 就位時間對比

組塊浮托安裝從進船、組塊對接到退船整個作業(yè)時間需要12～16 h，浮托安裝組塊到達對接位置并切割臨時支撐后，即進入浮托必須執(zhí)行階段，安裝船舶壓載至指定吃水，將組塊重量轉移至導管架。該工況屬于高風險工況，環(huán)境變化將影響浮托作業(yè)安全，因此，船舶在導管架中作業(yè)時間越短，作業(yè)風險越低。對比縱向纜限位及縱蕩擋板限位兩種方案，縱向纜限位就位時間需要3 h，改為縱蕩擋板限位后僅需0.5 h即可完成組塊就位，就位時間縮短為原來的1/6，效率提升顯著。

5.2 LMU插尖運動對比

縱向纜及縱蕩擋板就位方式LMU水平向運動對比見表3。

表3 LMU插尖水平運動對比 m

相對于柔性的縱向纜就位形式，縱蕩擋板結構剛度較大，更有利于限制船體縱向運動，穩(wěn)定插尖水平位置，以便于LMU接收器捕捉插尖進行組塊重量轉移。

5.3 縱蕩擋板經濟效益

與縱向纜就位方式相比，節(jié)約經濟成本見表4。

表4 縱蕩擋板經濟效益(節(jié)約成本)

在就位成功前提下，表4中成本核算顯示縱蕩擋板方案可以節(jié)約安裝成本23.8萬元，但是縱向纜就位其不確定性可能導致就位失敗，需要船隊繼續(xù)待機等待下一個天氣窗口，這種情況將導致安裝成本急劇增加。

6 結論

1)相比以往縱向纜就位方式，采用浮托縱蕩擋板就位可以減少浮托就位時間，提升浮托安裝整體效率。

2)有助于確保浮托作業(yè)從進船到對接完成階段船舶縱向穩(wěn)定、便于LMU接收器快速捕捉組塊插尖。

3) 縱蕩擋板垂向長度設計較長，足夠維持安裝船舶整個浮托安裝周期內適用于各種海上潮汐狀況，增加浮托安裝成功率。

4)海上安裝環(huán)境變化瞬息萬變，浮托安裝作業(yè)受環(huán)境影響顯著，減少浮托安裝時間有助于降低浮托作業(yè)風險。

5)新型浮托縱蕩擋板適用于大部分南海深水導管架浮托安裝項目，具有易用性，已經推廣在東方13-2項目中進行設計應用。