海洋石油102YOKE加强环改造影响分析

杨光 张建勇 王宁 王浩

摘 要：海洋石油102水上软钢臂式系泊系统在发生YOKE压溃事故后，对其YOKE结构进行了相应的加强，但改造造成的潜在影响尚未明晰。本文从结构强度角度，分析YOKE加强环改造影响，计算结果表明，认为改造后YOKE结构主要影响为由原有的弹性形变占主要作用变为刚性的应力集中占主要作用，改造后的储备强度不完全满足使用要求，应尽快对其进行相应加强。

关键词：YOKE 单点系泊 改造影响

中图分类号：TE952 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（a）-0040-02

Impact Analysis of the Haiyangshiyou 102 YOKE Modification

Yang Guang

Zhang Jianyong， Wang ning， Wang hao

（Tianjin CNOOC Engineering Design Co，LTD.Tianjin Code 300000，China）

Abstract：The yokestructural was reinforced after Haiyangshiyou 102 soft YOKE mooring system collapsed，but，theres no reliable impact analysis of the modification. This paper analysed the structural impact with FEA method.Results has shown that the elastic-deformation-dominance has turned into stresses-concentration-dominance，which is not enough to meets the requirement.

Key Words：YOKE；Single Point Mooring； Modification Impact.

海洋石油102单点系泊系统为水上导管架软钢臂式单点系泊系统，由SBM公司提供，设计寿命20年。1988年最初安装于BZ-35并服役接近18年，在BZ28-2S安装新建导管架后，该单点系泊系统迁移至新作业位置并进行15年延寿大修作业。2011年4月，受恶劣海况影响，单点系泊系统发生压溃事故，导致YOKE结构受损，鼻锥头下坠，单点系泊头管汇平台处结构、管线、电仪、机械等设施受到损坏。海洋石油102FPSO被迫紧急解脱，受损的YOKE被吊装运回陆地进行修复作业。

由于该次事故造成YOKE横撑压溃受损，随后对其横撑内加设6条加强环补足强度，本文对该次改造可能造成的影响进行评估。

1 YOKE有限元计算模型系统描述

本次YOKE有限元结构计算使用ANSYS 14.5 WORKBENCH进行，YOKE模型参考2011年由SBM进行的YOKE结构模型进行建模。由于本次计算目的为确认加强环结构强度及其影响，对YOKE压载舱区域采取简化方法，并忽略加强环局部设置的通水孔。

压载舱区域钢材密度设置为1.135×104 kg/m（压载舱内附属加强结构简化），两侧压载舱均受180t压载水作用，YOKE横摇轴承处存在质量23t的纵摇/横摇轴承重量；

模型总重5.16×105 kg；

区别于2011年SBM公司复核模型，本次计算增加考虑了横摇轴承部分对YOKE鼻锥结构的影响（横摇轴承简化为30 mm厚钢筒）。

YOKE有限元模型边界条件设置如下。

左右舷系泊腿与YOKE连接腹板上方40 cm处（系泊腿万向节）设置Z向约束，放开其余5个自由度约束；

纵摇轴承处Y向转动放开，其余5自由度全部约束。

2计算工况

本次YOKE加强环结构强度有限元分析共采用8种计算工况，其中，由于YOKE压溃事故由于FPSO受顺向风浪流作用时，导致FPSO向系泊导管架方向偏移引起，增加了LC6/LC7两个补充计算工况见表1。

3 计算结论

过对本章YOKE结构有限元计算结果，可得见表2。

（1）除LC3工况外，各工况局部结构最大等效应力均接近或超过了YOKE材料的许用应力，推测原因为，加设加强环前后，鼻梁筒受力下产生的弹性变形转变为加设后加强环内缘的应力集中，在极端环境下，存在局部结构储备强度不足的问题，因此，建议在外侧的加强环增设面板，以增加结构强度。

（2）各工况下最大等效应力位置分布特征较为明显，均集中分布于YOKE加强环内缘以下位置见表5。

（3）各工况下，YOKE鼻环左右舷外侧的两个加强环应力分布明显大于内侧两个加强环。

（4）根据计算工况LC4（单YOKE臂最大y向系泊力），可以推断单侧YOKE臂受较大横向系泊力作用时，对YOKE结构影响较大，对比工况LC3（单YOKE臂最大x向系泊力），最大单侧YOKE臂纵向系泊力作用时，YOKE结构较为安全。

（5）根据各计算工况整体应力分布云图，可发现YOKE与系泊腿连接部分承受较大应力作用，实际情况下，还会承受交变荷载作用，是重要的风险点。另外，在YOKE受较大的横向作用力作用时，YOKE横撑与压载舱连接区域同样会承受较大系泊力作用见图6。

4 结语

软钢臂系泊系统的改造涉及YOKE臂重量分布、系泊刚度、系泊系统结构强度等各个方面影响[1]，对系泊系统的改造应谨之又慎。海洋石油102YOKE结构加强改造后，由于局部结构强度增大，类似工况下是否可能会对其他系泊结构造成连带影响应慎重考虑。该文从结构强度角度，认为改造后YOKE结构主要影响为由原有的弹性形变占主要作用变为刚性的应力集中占主要作用，改造后的储备强度不完全满足使用要求，应尽快对其进行相应加强。

参考文献

[1] 中国海洋石油总公司.海洋石油工程设计指南第九册：海洋石油工程FPSO与单点系泊系统设计[M].北京：石油工业出版社，2007：352.

[2] 刘雪宜.FPSO在YOKE损坏时的应急解脱[J].石油工程建设，2013（3）：26-30，24.

[3] 刘斌，张晓.水上软刚臂系泊系统YOKE失效分析[J].天津科技，2014（1）：47-50.