海洋石油201 船托管架结构改造方案研究

樊娟娟 曹 泱

（1、北京数码易知科技发展有限责任公司，北京100007 2、北京住总第一开发建设有限公司，北京100000）

“海洋石油201”船是我国第一艘自主详细设计的3,000 米深水铺管起重船，采用了DP-3 动力定位、自动铺管作业线等一系列国际最先进的技术和装备，能在除北极外的全球无限航区作业，其作业能力在国际同类船舶中处于领先地位，填补了我国在深水铺管船设计领域的空白[1-2]。

“海洋石油201”船如今已经服役多年，先后完成了许多高质量的海管安装工程，值得一提的是2013 年在荔湾3-1 气田完成了1500 米水深下6 寸海管铺设作业。但是，随着越来越多的超深水油气田被发现（如流花29-1、陵水17-2 等），水深及管道直径开始成为“海洋石油201”号铺管船新的挑战。急需一种简单有效而且经济性较高的方案对“海洋石油201”船进行升级改造，加长托管架长度及增加张紧器能力是最行之有效的方法[2-3]。

1 改造设计方案

海洋石油201 船现托管架结构有三段构成，包括HITCH段、INTERMEDIATE 段、TAIL 段，各段通过轴连接结构相连，托管架系统通过A-FRAME 结构与船体结构相连。托管架有效长度为85 米，海洋石油201 船张紧器张力为400t。本文根据新增一段可行的方案[1]，设计增加一个新增段。改造升级后，托管架由四段构成，新增段NEW SECTION 长度为29.5m, 总长度达106m，张紧器张力提升至600t，改造后结构布置见图1。

图1 改造后托管架结构布置形式

2 设计分析研究

2.1 环境条件

针对以上环境条件，作以下假设：

（1）风浪流同向；（2）波浪谱为JONSWAP,γ 取2.0；（3）风谱取API 谱。

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2.2 分析方法

本文计算8 寸和48 寸两种管道半径尺寸，托管架布置半径形式分别为R90 和R365m 布置形式。托管架结构的受力主要有托管架结构自重，张紧器张力，托管架移动的惯性力，浮力，风浪流环境力，船体运动对与托管架铰接处产生的作用力等[2]。本文利用MOSES 软件进行了水动力分析，计算得到的最大/最小钢丝绳拉力、最大/最小托管架弯矩、托管架重心处的加速度，将托管架受力提取出极值，用SACS 软件进行结构强度校核和节点冲剪校核，如图3。

图3 托管架和船体组合MOSES 模型

3 结果与分析

3.1 托管架结构整体强度分析结果

按照API RP 2A-WSD 规范，对改造后托管架结构进行杆件强度和节点冲剪校核。其中，Hitch Section (第一节托管架）有3 处杆件应力不满足强度要求，UC 值大于1.0，如图4，其他部分的杆件强度校核结果均满足规范要求。本文中对HITCH SECTION 中不满足强度要求杆件提出局部加强方案，通过焊接半圆管的方式进行加强。对不满足结构强度的杆件通过如下方式进行结构加强如图5。经过校核验证，通过此方式加强可以满足结构强度要求。

图4 HITCH SECTION 中UC 值大于1.0 杆件

4 结论

本文完成了托管架系统改造设计方案后结构强度研究，主要结论如下：

图5 结构杆件加筋方式

（1）本文提出新增段的结构设计形式，结构强度满足相关规范要求。（2）文中提出的局部加强方案，使得原有结构强度满足要求。操作简单易行。（3）海洋石油201 船托管架铺管能力提升，技术上可行，可以进行更深水铺管作业，为我国南海油田开发做准备。