海洋平臺(tái)管線法蘭冰振失效分析.pdf

1、海冰是渤海遼東灣導(dǎo)管架平臺(tái)JZ20-2中南平臺(tái)及其上部設(shè)施冬季安全生產(chǎn)的主要威脅，其中以造成海洋平臺(tái)冰激振動(dòng)問題最為突出。自平臺(tái)投產(chǎn)以來(lái)，冰振已經(jīng)造成了多起嚴(yán)重的事故隱患。渤海遼東灣的導(dǎo)管架平臺(tái)在海冰作用下能產(chǎn)生比較劇烈的振動(dòng)。冰激振動(dòng)除了可以引起導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，還會(huì)引起平臺(tái)上部天然氣管線的疲勞破壞與法蘭的密封失效泄露，其原因在于中南平臺(tái)的上部管系的配管設(shè)計(jì)不好，沒有考慮到冬季冰激振動(dòng)這一不利因素，對(duì)管道缺乏嚴(yán)格的力學(xué)計(jì)算。因而，

2、有必要對(duì)平臺(tái)上部管線和法蘭進(jìn)行靜力分析和動(dòng)態(tài)分析，研究管線法蘭在冰激振動(dòng)下的失效機(jī)理，該研究對(duì)提高平臺(tái)冬季生產(chǎn)的安全性，同時(shí)對(duì)平臺(tái)的管線法蘭檢修工作具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。 通過(guò)理論、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，本論文就以下內(nèi)容進(jìn)行了研究： 1.在對(duì)海洋平臺(tái)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)進(jìn)行冰激振動(dòng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，在中南平臺(tái)上部管系法蘭上安裝了5個(gè)加速度和位移傳感器，在整個(gè)冰期對(duì)管線和法蘭的振動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。 2.基于遼東灣

3、JZ20-2中南平臺(tái)冬季現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，應(yīng)用CARSSARII軟件對(duì)平臺(tái)上部管線系統(tǒng)進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，考慮了管線系統(tǒng)的支撐、管件、設(shè)備等因素的影響，計(jì)算出在冰振下，JZ202MSW平臺(tái)上部主要天然氣管系的模態(tài)、位移、轉(zhuǎn)角響應(yīng)及動(dòng)應(yīng)力幅值。結(jié)果表明，冰振對(duì)天然氣管線的動(dòng)態(tài)響應(yīng)有著重要的影響，在冰區(qū)海洋平臺(tái)上部管道設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮，并提出了提高管系抗振措施。 3.在2005年5月，參與中南平臺(tái)春季停產(chǎn)檢修工作，設(shè)計(jì)和制作了測(cè)量螺栓

4、殘余力矩的扳手，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了標(biāo)定。全部測(cè)量和統(tǒng)計(jì)了中南平臺(tái)的生產(chǎn)管匯和計(jì)量管匯的法蘭螺栓的殘余扭矩，等到了大量的法蘭螺栓松動(dòng)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了很多問題。 4.采用ANSYS軟件，應(yīng)用三維有限元技術(shù)，考慮了墊片的非線性和法蘭和螺母、墊片的接觸問題，并且采用了螺栓預(yù)緊單元，準(zhǔn)確計(jì)算出法蘭連接在承受內(nèi)壓、軸向力和彎矩外荷載時(shí)的應(yīng)力分布。 5.在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了管線法蘭承受橫向振動(dòng)載荷的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，考察法蘭螺栓在兩種相對(duì)于平臺(tái)典型冰情