论海洋平台钢结构的加工设计

论海洋平台钢结构的加工设计

本篇论文主要论述海上石油钻井平台钢结构的加工设计，论文中将以实际项目为例，介绍加工设计的整个过程以及相关软件的应用方法，目的在于提高设计人员的工作效率、减少错误的发生。论文包括如下几个部分：一、工况概述；二、建造方案；三、加设图；四、单件图与排版图。

标签：型材；有限元；板材；吊点；吊装

1工况概述

海上石油钻井平台是以钢结构为主体的多专业协同工作的采油平台，在加工设计阶段，由于详细设计已经基本绘制了结构图纸，加工设计只需要制定施工方案，完成图纸杆件的标号和每个杆件的单件图和排版图的绘制。本篇论文以平台改造项目为例，论述加工设计的基本方法和工作思路。

工况概述：平台改造项目的目的是为了在平台上增加一台设备，以更好的进行原油处理，减少资源浪费。该设备重70吨外形尺寸为长2米宽12米，放置于平台东侧，目前设备就位区没有结构，需要增加结构放置设备。

详细设计已经提供结构平面图和节点图。

大梁选用H588X300X12X20的H型钢，小梁选用H300X300X10X15的H 型钢，材料为Q345B，甲板板选用8毫米厚的碳素结构钢材质为Q235B，选择直径为273毫米壁厚为10毫米的20#钢的无缝钢管。节点板选用13毫米厚的碳素结构钢材质为Q345B。

2 建造方案

加工设计的建造方案主要是甲板片的预制方案，吊装方案等。预制方案一般用正造法或者反造法。

正造法是在建造场地上放置垫敦，将甲板片放置于垫敦上建造。

反造法是在车间里翻转建造，将甲板板平铺于水泥地上划线并翻转组对梁格，最后翻身。

由于反造法不像正造法那样需要高度调整，划线也很容易，所以组对迅速，建造效率很高，所以只要建造方有车间资源我们就首选反造法。但是反造法需要设计人员制作翻身方案，所以增加了加工设计人员的工作量。

甲板片预制的技术要求如下：

a.立柱的中心线公差在±10mm以内，在平面图中，立柱的对角线公差在±19mm以内。

b.所有节点位置的标高偏差在±25mm范围内。

c.水平拉筋的标高公差在±12mm以内。

d.在节点区域内筋板与隔板的位置偏差不能超过±3 mm 与t/10，二者取小值，（t=筋板或隔板的厚度），节点外部的筋板位置偏差应小于t/6或6mm，二者取小值（t=筋板厚）。

e.凡未提到的误差要求均按技术规格书或规范执行；

f. 以上所给误差为制造的最终误差，施工时应严格控制各个工序的误差，以保证误差控制在允许误差范围内。

g.所有临时附件用后必须在距母材表面至少5mm地方用气炬割除，并用砂轮打磨，使其与母材光滑平齐。具体位置由M.P.I检查是否存在瑕疵。

翻身方案一般是利用车间里面的两台天车联合作业，在甲板片的两端焊接翻身吊点，将甲板片翻转180度。结构计算软件一般用SACS5.2，分别分析翻转30度、60度、90度、120度、150度时的结构强度，整个翻身过程结构体不离开地面，核算结构翻身强度，如果强度不够可以增加临时加强梁，然后设计翻身吊点，设计软件一般用SOLIDWORKS，建模以后导入ANSYS10.0进行分析，最后确定吊点形式。

吊装方案是设计平吊吊点，确定吊点位置，并设计履带吊的行走路线和配重方案，计算吊机使用率等工作。用于指导起重作业将甲板片安装就位。

吊装方案的计算同样是SACS5.2进行结构计算，只需要分析平吊状态一种工况，平吊吊点也是用SOLIDWORKS建模以后导入ANSYS10.0进行分析。

场地要求如下：

a.在进行吊装作业之前，应清理吊车行走路线上的障碍物；

b.清扫行车通道，尽量保证车道的平整；

c.行车通道不能横跨电缆沟及其他危险区域；

d.在进行吊装作业时，吊车的旋转半径范围内不能有任何障碍物；

e.任何靠近吊装作业区的施工人员必须远离至安全区域；

f.场地地基承载能力应满足吊车在满负荷状态下的承载要求。

吊点的技术要求如下：

a.吊点主板局部加强材料等级为D36或D36以上；

b.吊点所用材料应使用直探针（0？）进行100%超声检测。吊点主板轧制方向和吊点的受力的方向一致，并且在钢板做方向钢印；

c.所有焊缝吊装前要作磁粉检验，吊点主板和侧板与组合梁翼缘板焊接后要做100% UT；

d.与吊点主板和侧板相接的组合梁上翼缘板需要在吊点安装前检查纹理结构；

e.吊点主板应与吊绳受力方向一致。

3加设图

加设图是在祥设图的基础上，给每个杆件或者节点板增加一个编号并统计数量，以便于建造人员下料和组对。

加设图技术要求如下：

a.标号一律使用顺序增加。

b.从上到下，从左向右顺序标号。

c.杆件要先标大梁后标小梁。

d.节点板要标出数量。

e.图纸中的英文全部翻译成中文。

f.标号需要增加说明。

g.附属结构可以不标号，但是要细化图纸。这个项目的附属结构只有栏杆和挡水扁钢，需要注意的是栏杆的细化后的类型尽量要少以便于施工。

做加设图的时候最好能够同时制作XSTEEL模型，同时在模型上标号，按照每个节点图依次切口。模型制作完可以直接输出材料清单，我们可以利用模型计算的材料用量编写采办料单。XSTEEL模型也能计算重量和重心，而且比SACS 还要准确，所以它也是编写吊装方案的基础。

4 单件图与排版图

通过XSTEEL模型的制作可以直接输出每个杆件的图形，可以加工一下图形使之成为型材单件图，单件图的制作技术要求如下：

a.分别画出上翼缘，腹板，下翼缘的加工形状。

b.分别标注出上翼缘，腹板，下翼缘的焊接形式。

c.如果需要单面坡口焊一定要标明开口方向，尽量让施工人员俯焊。

d.标明杆件的加设编号，号码与加设图要一致。

e.标明杆件的位置信息，以便于将来的组对焊接。

通过XSTEEL模型输出杆件清单，并扫描型材排版图，通过XSTEEL模型的CNC接口可以输出板材排版图。排版图的制作技术要求如下：

a.排版要注意切割钝刀，每个杆件或者板材之间要留出切割缝，切割缝的大小根据企业的建造能力而定。

b.标明杆件的加设编号，号码与加设图要一致。

c.注意板材的各向异性，尽量横排版。

d.注意剩余材料的利用，将余料编号以便于将来寻找。

e.下发排版图的同时一定要同时下发施工料单。

至此我们就完成了全部加工设计任务。

参考文献

[1]马爱军，李全祺·海洋石油工程设计指南4海洋石油工程平台结构设计（第四册）：石油工业出版社，2010。

[2]王明明，方勇·中国石油和化工产业结构·1版：化学工业出版社，2007。