摘 要

21世纪伴随着我国蓝色海洋经济发展战略的实施，海上资源的勘探开发飞速发展，近海石油、天然气等开采平台需求量增加迅猛，平台的调遣、移位等拖带任务也日益繁重。因此，拖带作业的安全问题就成了较为敏感的话题。本文对自升式平台NG-1800X的拖带系统进行了设计和强度校核，以保证其强度符合要求。

本论文主要分为四个部分：根据规范计算平台设备型号，得到锚链破断强度，进而确定系柱拖力大小；根据规范对平台拖带系统设备和临时锚泊系统设备进行设计和选型；运用Femap软件建立平台拖带模型，对拖力眼板、导缆孔及其它们的支撑结构进行强度校核，保证其强度符合拖航要求；对拖带连接器特殊部位的弯曲应力、剪切应力进行计算，以保证其强度满足要求。

关键词：平台；拖带系统；临时锚泊系统；拖航阻力；强度校核

Abstract

In 21st century, as the strategy of developing blue ocean economy is implement-ed in China, offshore resource exploration and development are developing rapidly, demand on drilling rigs for offshore oil/gas is increasing considerably, so the towage tasks relating to mobilization/shifting of such drilling rigs is heavy. Therefore, the safety of towing operations has become a more sensitive topic. In this paper, the towing system of jack-up platform NG-1800X is designed and the strength correction is finished to ensure that its strength meets the requirements.

This paper is divided into four parts: According to the calculation by rules， the platform equipment model, the anchor chain breaking strength is obtained, and then the bollard pull is determined; the platform towing system equipment and the temporary mooring system equipment are designed and selected according to the rules; Using Femap software to establish the towing model of platform，and to correct towing pads, towing fairlead and their supporting structures, which ensuring that the strength meets the requirements of towing ; The bending stress and shear stress of the special part of the towing pads are calculated to ensure that the strength can meet the requirements.

Key word: rig; towing system; temporary mooring system; towing resistance; strength correction

目 录

第1 章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文所做工作 2

1.4平台资料 2

第2章 系柱拖力确定 4

2.1 主要数据 4

2.2 设备型号计算 4

2.3 设备质量及尺寸选取 8

2.4 结论 12

2.5 拖航阻力估算 12

第3章 拖带系统及锚泊系统设计 15

3.1 拖带系统设计 15

3.1.1 拖带作业介绍 15

3.1.2 拖曳索具 16

3.1.3 拖曳索具的连接件 17

3.2 锚泊系统设计 18

3.2.1 临时锚泊 18

3.2.2 首部锚设备布置 19

第4章 拖带系统强度校核及计算 23

4.1 强度校核介绍 23

4.1.1 拖力眼板 23

4.1.2 导缆孔 23

4.1.3 拖力眼板及导缆孔加强 24

4.2 软件及计算介绍 25

4.2.1 设计标准 25

4.2.2 设计载荷和许用应力 25

4.3 模型说明 26

4.3.1 坐标系统 26

4.3.2 有限元模型中的单元系统及单元类型 26

4.3.3 结构建模范围 26

4.3.4 结构尺寸和材料 27

4.3.5 边界条件 34

4.4 设计负荷 35

4.4.1 结构自重 35

4.4.2 甲板活载 35

4.4.3 导缆孔和拖力眼板的拖带负荷 35

4.4.4 基本负载情况和载荷组合 35

4.5 结果与结论 39

4.5.1 分析结果汇总 39

第5章 拖带连接器强度计算 45

5.1 设计标准 45

5.2 拖带连接器应力检查 45

5.3 销位应力校核 45

5.4 基座应力校核 46

5.5 销应力校核 47

5.6 主甲板与颊板之间的焊接应力检查 48

5.7 主甲板上的焊接应力检查 49

5.8 结论 49

第6章 总结 50

参考文献 51

致谢 53

附录 54

第1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

我国是个陆地大国，拥有960万平方公里的土地，但同时我国也是一个海洋大国，海域面积广阔，拥有3.2万公里长的海岸线，有众多的岛屿和大面积的大陆架，在我国的部分海域，比如南海、渤海、东海、黄海，都拥有很大面积的沉积盆地。众所周知，在海洋的沉积盆地中蕴含着非常丰富的石油天然气资源，根据预测的结果显示，目前，我国的石油储量大约为250亿吨，海洋天然气资源也很丰富。伴随着世界海洋经济的快速发展，海洋工程、船舶工程、港口建设等不断发展，并且日益壮大，这就促使着船舶、平台及其他海上装置的数量和规格也不断增大，海上平台的拖航作业以及事故船舶的拖带作业事务也日益繁多。因此，伴随着拖带作业事务的增多出现了一系列的问题，其中拖带作业问题占比较多，如何保证拖航过程的安全成为现今拖带研究的重点。在过去的拖带作业中，主要依靠经验进行操作为主，缺乏系统的理论指导，经常发生因拖缆受力过大而断缆，被拖船舶及平台由于严重的偏荡而偏离航线，最终导致搁浅、倾覆等威胁人员、船舶安全和污染海洋的严重事故^[1]。迄今为止，在全球已发生的所有海洋平台拖航事故中，自升式平台所占比例最高^[2]。

平台在远距离拖航中，在遇到特殊海况时，需要在遮蔽航区或者之前已确定好的锚地上进行临时系泊，临时锚泊一般为单点锚泊。所以说在拖航中，既要保证拖带系统的强度满足要求，也要保证临时锚泊系统的强度满足要求。根据中国船级社通函的要求，船舶和平台在营运中，为保证船舶和平台在使用过程中的安全，要求对拖带和锚泊设备的支撑结构进行有限元强度分析，确保其强度符合要求^[3]，这对确保拖航的安全有着至关重要的作用。

1.2国内外研究现状

关于拖带系统的强度校核，国内现今一般使用通用有限元软件MSC/PATRAN进行建模，再用MSC/NASTRAN进行分析计算。在确保拖带系统满足要求的前提下，现今有关拖带主要以拖带系统的操作性为主要研究对象。由于拖航过程受很多环境因素的影响，观察多次的拖航事故发现，即使拖带的缆绳等满足强度要求，但被拖物却也在环境因素的影响下而产出偏荡，导致缆绳断裂，被拖物偏航，从而出现被拖物搁浅、倾覆等严重事故。因此对拖航操作性的分析和研究，对保证海上拖航系统的安全有着重要的意义。