浅析海上平台生产分离器吊装支架的强度校核
李祖君1 王喜龙2
1.秦皇岛32-6/渤中作业公司；2.中海油能源发展装备技术有限公司工业清洗技术服务中心
【摘 要】秦皇岛32-6油田CEPJ平台内挂井槽及工艺流程扩容项目中，新增的生产分离器设备重量达45吨，外型尺寸较大（16mx4mx5.8m），无法采用该平台原有的吊机（20t@20m，5t@40m）进行吊运安装。经过论证分析在平台结构上焊接临时吊装支架，配合卷扬机及滑轮组进行吊装。吊装支架强度的计算，采用了SACS软件模拟生产分离器的吊装工况，进行了荷载分布和受力分析，在得出最终的正确数据后方投入建造施工，确保安全生产。
【关键词】生产分离器；吊装支架；SACS软件
一、工程概述秦皇岛32-6油田位于渤海中部海域，北据京塘港20公里，目前秦皇岛32-6油田CEPJ平台为降低成本增加效益，将燃料气进行有效的利用，在平台增加燃料气处理系统及主机发电系统，利用平台生产的燃料气进行发电；并且扩容增加生产水处理系统及注水系统达到18000m3/天；增加8个内挂井槽。对平台实行适应性改造需要新增生产分离器等设备。
新增的生产分离器重量达45吨，外型尺寸较大（16mx4mx5.8m），无法采用该平台的原有的吊机（20t@20m，5t@40m）进行作业安装。经过论证分析采用临时吊装支架（以下简称吊装支架）配合卷扬机及滑轮组进行吊装及安装。
二、SACS简介 SACS软件，是针对海洋平台固定式结构整体、浮式系统上部结构体等进行设计分析的软件系统。该软件包括了结构设计的多个程序模块，包括海洋静力分析软件、海上安装分析附加软件、海上安装和拖曳分析附加软件及动力疲劳分析软件等，这些程序模块为设计提供了文件接口，从而有利于客户使用连接。当设计数据输入后，如结构的几何形状，构件规格尺寸，材料机械性能以及环境条件，采用交互方式进行输入并转换成文件方式存储到计算机中。全部数据输入后，求解程序对此数据进行分析判断及计算，得出计算结果，作为参考数值，节点的位移以及单元内力包含在所有的文件中。求解文件中的数据被后处理程序使用，采用了相应的规范对结构做出规范校核。对不符合规范要求的内容，程序可以自动进行重新设计。SACS软件的使用，大大提高了计算效率，较其他有限元分析软件更加方便快捷。
三、吊装支架结构 为吊装重达45吨的生产分离器设备，现场增设吊装支架(外形尺寸17mx20mx13.3m)，如图1所示。支架由横梁、立柱、斜支承梁、斜拉梁和辅助梁组成，横梁采用H700x300x13x24型钢,屈服极限345Mpa；立柱采用Φ406x13钢管,屈服极限345Mpaq；斜梁采用∅325x16钢管，屈服极限235Mpa。吊装支架采用溶透焊接方法焊接安装在平台的主结构上。其中横梁安装在上层甲板（海拔EL(+)34.3m）结构上，横梁被下方的立柱支承，且被上方的斜拉梁及立柱拉拽固定。吊装支架安装在平台的2.1轴与3轴之间，结构形式为对称框架式。吊装支架的承载能力必须经过SACS软件进行受力分析和强度校核，最终得出合格的结果，从而保证吊装的安全性。
图1 吊装支架结构图
图2 吊装支架结构模型
采用SACS软件模拟生产分离器的吊装工况。如图2建立吊装支架模型，进行有限元求解、图形交互后处理，计算出吊装支架的最大极限强度值，与生产分离器吊装要求进行安全性评估。
1.环境参数。在采用SACS软件校核时，吊装支架强度计算时不考虑风载影响因素；吊装生产分离器过程中除了安装卷扬机及悬挂滑轮组等必要操作时，吊装支架及吊篮上不能站人；在生产分离器移动过程中、吊装时应选平台风速较小时进行。
2.结构模型。采用SACS软件将生产分离器吊装支架的结构模拟为三维空间刚架，所有对结构强度和刚度有较大影响的构件都进行了详细的模拟。假设边界条件在上层甲板连接处，模型约束在各支架结构的连接处。利用高级海洋静力分析软件包中的交互式有限无模型生成器，建立吊装支架的3D模型，SACS能自动生成有限元连接模型。自动生成吊装支架的模型，如横梁、立柱、斜支承等有限元单元，自动进行钢结构规范校核和重设计（如不满足要求情况下），生成风荷载、结构自重荷载及惯性荷载，定义非线性接触单元，荷载组合，进行线性大变形分析以及输出计算报告和图形，完成规范设计要求的全部内容。
考虑到吊装施工在海洋上作业，或多或少受到天气因素的影响，所以吊装的动载系数按照2倍的数值考虑，并考虑了1.1倍的重量不确定系数。
五、载荷模拟 1.结构重量。主要结构的自重荷载由计算程序SACS5.6自动计算生成，其它未模拟的附件（如焊缝，涂装，筋板等）的自重荷载在结构模型中按10%的余量进行考虑。
2.生产分离器吊装载荷。生产分离器及底座自重441KN，考虑海上吊装安全系数DAF2,则实际吊装工况荷载每个吊装位置为882KN。
3.工况组合。在计算分析中考虑结构自重，未模拟构件重量作为生产分离器基础组合工况的吊装载荷。其数值采用不确定系数加入计算中。SACS软件显示了各受力杆的荷载数值，未见异常。
4.分析结果。在SACS软件内输出各杆件的基本工况值和组合工况值，经计算，约束点的支反力及弹簧力都在合理的范围内，验证了模型的正确性，模型中杆件的UC（UtilityCheck）值均小于1，表明结构具有足够的强度。
六、结论 经现场吊装验证，采用卷扬机加临时工装的方法顺利完成生产分离器设备的吊装，其方法是成功的，经吊装过程和吊后检查，临时工装承重构件无永久变形，这再一次说明了采用SACS软件对于吊装支架模拟的可靠性，生产分离器吊装支架结构强度满足规范要求。
参考文献： [1]美国石油学会标准APIRP2A，海上固定平台规划、设计和建造的推荐做法-工作应力法。
