导管架海洋平台结构的风险评估及疲劳分析

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我国海域面积广阔,且具有丰富的海洋资源,尤其是油气石化资源。我国自60年代在渤海建立第一座导管架平台以来,经过50年的高速发展,形成了不同种类,不同功能完善的海洋平台体系,彰显了我国立志成为海洋大国的决心与努力。本文主要针对海洋平台中建筑最多的固定式导管架平台进行结构完整性管理系统及基于风险的检验技术的介绍与研究。由于早期导管架平台很大一部分服役时间已经超过设计期限,为了延长平台结构服役寿命,需要针对导管架平台结构进行分析评估,但是相关平台数据信息不足,无法完成有效的延寿评估。  美国石油学会API组织根据墨西哥湾大量导管架平台结构的运行经验,提出了结构完整性理念,得到了行业内广泛的认可。本文简要介绍了结构完整性管理中四个基本要素,并建立了基于四个基本要素的分析流程,形成了一个动态更新的全生命周期内导管架平台结构完整性管理系统。其中,基于风险的检验技术(RBI)是结构完整性管理的核心组成部分,在石油化工领域应用广泛,并形成了十分完善的石化行业相关标准API581。本文简要介绍了RBI技术原理、分析流程以及目前应用于导管架平台的定性风险评估方法。  针对导管架平台结构,本文提出了风险评估定量分析方法。采用导管架平台专业分析软件SACS,进行平台结构的疲劳分析和倒塌分析。然后基于可靠性理论来计算平台结构构件的失效概率以及该构件失效后平台整体的倒塌失效概率,形成定量风险评估与风险矩阵。其中,平台结构的疲劳失效概率的计算采用等效Weibull分布方法,通过SACS计算各个子海况的疲劳损伤,等效得到Weibull分布函数的特征参数,从而依靠可靠性分析方法得到疲劳失效概率。平台结构倒塌失效概率,通过SACS计算得到平台结构的RSR和RCR值,采用环境超越概率的积分方法计算得到。  为了验证分析方法及工程应用的实际性,本文针对我国某导管架平台结构进行了定量风险评估分析,形成了关键节点、构件的风险矩阵。同时,制定风险概率阈值,针对不同的风险等级进行检验计划的制定。  我国渤海辽东湾也存在大量固定式海洋平台,因此该海域平台结构的疲劳损伤主要由冰激振动造成,与波浪理论并不相同。因此,本文针对辽东湾JZ20-2海域进行海冰监测,得到了冰情参数分布规律,构造了该海域的疲劳工况及其分布概率。基于构造的疲劳工况,针对JZ20-2 MUQ平台进行了疲劳分析。
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