废弃平台拆除过程中的浮吊系泊分析

周健，李晓明，韩敬艳，赵刚

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

浮吊系泊是指在施工前，按照船方通过施工经验提供的抛锚就位图，将浮吊系泊或者带缆，保持浮吊在海上施工位置进行施工时稳定的作业。浮吊系泊分析主要是验证浮吊在此抛锚方案下是否能满足其锚缆或者带缆强度的计算分析，计算时主要考虑环境因素即在施工位置施工窗口，风、浪、流对浮吊的作用，检验浮吊在此环境条件下缆绳是否满足规范要求，对于没有特殊要求的项目，规范一般采用DNV GL 0032/ND GUIDELINES FOR MOORINGS[1]。计算程序目前通常采用的是Ultramarine公司开发的MOSES软件。

系泊计算分析步骤主要分为：浮吊建模、定义锚缆属性和抛锚位置、天气窗口、完整工况及破断工况校核4步。

1 浮吊建模

对于系泊分析的浮吊建模，主要参考浮吊的型值表和型线图等相关文件资料。下面以泰国CEC拆除项目为例，浮吊使用的是南天龙：

浮吊建模：

定义船舶参数：空船重量、重心及回转半径[2]等。

船舶MOSES模型如下图1所示：

坐标系统：

图2中定义了软件中的坐标系统。

风浪流的方向为该环境荷载的来向，与X轴反方向，沿逆时针方向旋转。从船尾方向来的波浪其波浪角0°，从右舷方向来的波浪其波浪角为90°，从船角方向来的波浪其波浪角为45°或 135°，船艏来的波浪其波浪角为180°。

2 抛锚布置

采用悬链线理论[3]，在Moses中根据系泊系统的定义方式计算出各缆绳的刚度曲线，整合系泊系统的刚度施加于船体及浮式结构的运动中，主要应用于系泊时域计算中。

第一步，根据图3抛锚布置图，确定导缆孔在浮吊上的位置，并在计算程序中加载。

8个导缆孔在程序中加载，如下所示：

第二步，定义锚缆的属性，以如下p1锚缆为例，在程序中需要定义其锚缆直径、线密度、破断力及抛锚水深，如下所示：

第三步，完成抛锚布置，根据抛锚布置图计算出各个锚点的坐标，在计算程序中将各个锚点与相应的导缆孔之间连接锚缆，如下所示：

8根锚缆分别连接在8个导缆孔上，每根锚缆的属性均在第二步中定义，以p1锚缆为例，从bp1导缆孔引出锚缆，抛锚方向为-120°，抛锚距离600米，其余锚缆也是如此。

第四步，给锚缆加载预紧力，收紧锚缆悬链线，以p1、p2为例，每根锚缆上增加20吨的预紧力，如下所示：

3 天气窗口

根据施工作业窗口，选定合适的环境条件加载到程序中，海上浮吊吊装作业需要相对平静的天气窗口，MOSES软件加载环境条件为极端工况，风、波浪和流同向作用到施工船舶上，故计算出的缆绳和锚受力结果与实际施工作业情况相比更加保守。

在软件环境参数设置中，通常波高1.5到2米，风速为5级风的极限风速10.8米/秒，流速1米/秒，计算时常10800。

波周期的计算公式为：

4 完整工况及破断工况校核

系泊计算需要进行完整工况，即全部锚和锚缆完好情况下，锚缆的受力和浮吊的位移情况，破断工况即需要计算破断每一根锚缆的情况下，其他的锚缆受力是否满足规范要求，对于完整工况和破断工况校核，DNV GL规范给出了相应的要求，通常在计算运动时，完整工况锚缆的安全系数不小于1.67，破断工况锚缆的安全系数不小于1.25[4]。

表1 规范对安全系数的要求

根据API RP 2SK Section 6.6.1，完整工况下锚的安全系数不小于0.8[5]。

另外，规范对船舶靠海上结构的最小距离有专门的要求，此要求也需要用来校核完整工况及破断工况的船舶位移结构是否满足要求。

海上导管架和组块拆除时，浮吊距离导管架或者组块的最小距离不应该小于10米，系泊状态，浮吊在风浪流的作用下会产生一定的位移，这个最小距离的要求是基于此位移不会发生船舶与结构物碰撞考虑的。

5 结语

本文在总结泰国CEC拆除项目中导管架拆除经验的基础上，简述了进行废弃平台海上浮吊系泊分析的几个步骤，重点介绍了浮吊系泊分析的计算方法，由于废弃导管架平台的拆除在我国已经逐步走向成熟，其计算方法也有很多实际工程项目来验证，因此，希望本文对未来更深入的研究起到抛砖引玉的作用。