随着海洋工程技术的不断发展,海洋平台也不断向远海深入,在海洋台的结构设计过程中,由于海洋平台结构设计复杂,建造成本高昂,所以必须寻找能够减少建造成本并且还能提高海洋平台结构可靠性的先进平台设计方法和优化技术[1]。因此,一些建模分析软件的诞生成为了海洋平台结构设计的有力辅助工具。目前火炬臂设计已经有完整的设计规范,也催生出了许多火炬臂仿真软件并得到了广泛的应用,国内外也已拥有较成熟的FPSO及其火炬臂建造技术[2]。
在火炬设计仿真软件方面,在夏志的著作[3]《火炬臂仿真软件及其在海上平台设计中的应用》一文中介绍了一些目前国际上比较通用的商业化火炬仿真软件以及其应用范围和特点,并对火炬仿真计算软件的基本理论做出了系统的说明,即数学模型和数值解法。为保证火炬系统在安全的前提下经济的泄放,从初期的规划设计到后期的运行管理整个过程中的每个环节都必须深入全面的掌握火炬臂各种工况的动态变化规律,而火炬仿真软件为火炬系统设计及运行管理提供了各种工况下的分析工具。随着计算机技术的迅猛发展,仿真分析软件的应用也日益普遍,在我国,中国石油研究中心,海洋工程有限公司等单位从国外引进先进软件例如ANSYS,SESAM和Flaresim等,大大推动了国内火炬仿真技术水平。在分析计算方面,这些软件也有不俗的表现,它们可以通过建立有限元模型(FE-model)利用计算机模拟技术对结构在各种工况下的受力状况进行模拟,进而预测在预期工况下的实际操作情况,为结构强度是否满足规范要求提供了依据[4]。
在建造工法方面,由于桁架结构有很多节点是很多管端交叉在一起的,焊缝重叠的情况很多,所以对焊接工艺有较高的要求,目前用无损检测方法——NDT(NondestructiveTesting)来进行焊接后的焊缝检验,无损检测是指对材料或者工件采用一种不损伤或对被检测的物品不影响其未来使用性能或用途的有效而先进的检测手段。通过无损检验可以发现材料或者工件内部及表面所存在的缺陷,因此可以及早发现安全隐患而避免发生意外。这种检测方法是非破坏性的,并且还可对使用中的部件进行检验,由于检验规程和标准非常严格,所以依靠专用仪器设备进行无损检测后的结果是非常可靠的。正是由于无损检测具有非破坏性和严格性,所以用无损检测技术检查管节点处焊缝表面缺陷、裂纹、未焊透及漏焊等焊接质量问题的检测结果具有高度可信赖度。
国内对火炬臂的研究也取得了长足的发展,我国中海油能源发展采油服务公司海洋工程师谭耀模[5]等根据移动式采油平台可移动的操作特点,采用三角形桁架结构以保证各个角度上均匀受风,根部采用“吊耳——插销四点固定”的活性连接方式,保证火炬臂回收的灵活性避免产生轴向裂纹,设计出了最适合移动式采油平台的新型可回收式火炬臂[6];天津海洋石油工程股份有限公司工程师董滨[7]等人鉴于自安装采油平台的主要装置具有可移动性,为了减少拖航时对河道的占用以及减少对海上施工资源的依赖,通过借鉴海洋起重机的旋转轴承在火炬臂上加入一个自锁装置,而后结合海洋平台普通固定火炬臂设计出了旋转型火炬臂,该新式旋转火炬臂完全脱离了“电动”为采用人力作为动力使火炬臂转到需要的方位,利用有限的工程投资实现了“零驱动,自由性强,资源充分利用”等优点,适合于绝大多数海上移动采油设施,并对以后海洋石油平台向深水区发展有着积极的引导作用。
GeniE的FPSO火炬臂结构设计与强度校核(3):http://www.youerw.com/jixie/lunwen_204375.html