АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ СТАЦИОНАРНОЙ ПЛАТФОРМЫ «ЖДАНОВ-А»
Авторы:
1.
Астраханский государственный технический университет
2.
Астраханский государственный технический университет
(кафедра "Судостроение и энергетические комплексы морской техники", Зав. кафедрой)
Астрахань, Астраханская область, Россия
Астрахань, Астраханская область, Россия
Тип:
Статья
Страницы:
с 29
по 37
Статус:
Опубликован
Получено:
20.11.2015
Одобрено:
25.11.2015
Опубликовано:
25.11.2015
Классификаторы:
УДК 629.563.23.081.4
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 55.42 Двигателестроение
ГРНТИ 55.45 Судостроение
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
ГРНТИ 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 55.42 Двигателестроение
ГРНТИ 55.45 Судостроение
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
ГРНТИ 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
морская стационарная платформа, статистический метод обработки, точность, сборка, сварка
Аннотация (русский):
Рост численности мирового населения провоцирует постоянное увеличение потребления энергетических ресурсов, в том числе нефти и газа. Одним из путей решения проблемы всевозрастающего энергопотребления является расширение добычи нефти и газа на морских месторождениях, где, согласно ориентировочным оценкам, сосредоточены огромные запасы углеводородов. Такая перспектива требует совершенствования оборудования и эксплуатационных качеств нефтедобывающих сооружений, к числу которых относятся и морские стационарные платформы. Чрезвычайно важным является выполнение требований к точности формирования конструкций стационарных платформ. Проанализирована точность формирования конструкций стационарной платформы «Жданов-А», эксплуатируемой в Каспийском море. Приведены ее характеристики и главные размерения. Описан метод статистической обработки результатов измерений линейных размеров конструкций джекета № 1 опорного основания платформы. По результатам исследования сделан вывод о том, что при сборке и сварке конструкция деформируется. Установлено, что интенсивность деформации в процессе сварки в 1,93 раза превышает деформацию в процессе сборки, а доверительные интервалы погрешности линейных размеров в процессах сборки и сварки увеличиваются с поднятием уровней платформы.
Рост численности мирового населения провоцирует постоянное увеличение потребления энергетических ресурсов, в том числе нефти и газа. Одним из путей решения проблемы всевозрастающего энергопотребления является расширение добычи нефти и газа на морских месторождениях, где, согласно ориентировочным оценкам, сосредоточены огромные запасы углеводородов. Такая перспектива требует совершенствования оборудования и эксплуатационных качеств нефтедобывающих сооружений, к числу которых относятся и морские стационарные платформы. Чрезвычайно важным является выполнение требований к точности формирования конструкций стационарных платформ. Проанализирована точность формирования конструкций стационарной платформы «Жданов-А», эксплуатируемой в Каспийском море. Приведены ее характеристики и главные размерения. Описан метод статистической обработки результатов измерений линейных размеров конструкций джекета № 1 опорного основания платформы. По результатам исследования сделан вывод о том, что при сборке и сварке конструкция деформируется. Установлено, что интенсивность деформации в процессе сварки в 1,93 раза превышает деформацию в процессе сборки, а доверительные интервалы погрешности линейных размеров в процессах сборки и сварки увеличиваются с поднятием уровней платформы.
Ключевые слова:
морская стационарная платформа, статистический метод обработки, точность, сборка, сварка
морская стационарная платформа, статистический метод обработки, точность, сборка, сварка
Введение Каспий является внутренним морем площадью около 380 тыс. км2, расположенным на 28 м ниже уровня Мирового океана. Его протяженность с севера на юг составляет 1200 км при средней ширине 320 км. Центральная и южная части Каспия являются глубоководными, максимальная глубина превышает 1 км. Доказанные ресурсы нефти в Каспийском море составляют около 10 млрд т, общие ресурсы нефти и газоконденсата оцениваются в 18-20 млрд т. С увеличением потребности в источниках энергии вообще и в углеводородах в частности, в Каспийском море было открыто несколько крупных месторождений - им. Ю. Корчагина, Хвалынское, Ракушечное и др. [1]. Однако подготовка к технологической разработке месторождений на шельфе Каспия сопряжена с рядом трудностей и требует, в том числе, повышения точности формирования конструкций стационарных платформ. В связи с этим нами был проведен анализ точности формирования конструкций стационарной платформы «Жданов-А», предназначенной для бурения скважин в Каспийском море. Характеристика морской стационарной платформы «Жданов-А» Морская стационарная платформа «Жданов-А» (МСП «Жданов-А») установлена в туркменском секторе Каспийского моря и предназначена для бурения 16 скважин буровой бригадой численностью в 90 чел. в период бурения, с временным проживанием 8 чел. из числа персонала в период эксплуатации скважин. Морская стационарная платформа «Жданов-А», опорное основание которой установлено на глубине 17 м, состоит из устьевой платформы, опирающейся на два отдельных джекета (джекеты № 1 и № 2), и жилой платформы, опирающейся на один джекет (джекет жилой платформы). Ситуационный план МСП «Жданов-А» представлен на рис. 1, общий вид - на рис. 2. Главные размерения устьевой платформы, м [2]: - опорное основание L × B × H: 50,0 × 40,0 × 29,6; - верхнее строение L × B × H: 65,0 × 45,0 × 6,3. Главные размерения жилой платформы, м: - опорное основание L × B × H: 20,0 × 20,0 × 30,3; - верхнее строение L × B × H: 35,0 × 25,0 × 6,3. Рис. 1. Ситуационный план МСП «Жданов-А» Рис. 2. Общий вид МСП «Жданов-А» Устьевая и жилая платформы соединены переходным мостом длиной 50 м. Джекеты и платформы состоят из трубчатых блоков ферменной конструкции (рис. 3). Верхнее строение каждой платформы сформировано из двух открытых палуб: дренажной и главной, соединенных стойками и раскосами из труб. Для анализа точности формирования конструкций были рассмотрены процессы сборки и сварки одного из трех джекетов конструкций (джекет № 1 согласно исполнительной документации). Основные массогабаритные характеристики джекета № 1 представлены в табл. 1. Таблица 1 Основные массогабаритные характеристики джекета № 1 Массогабаритная характеристика Значение Количество опор, ед. 6 Диаметр опор, мм 1219 Высота опор джекета № 1, м 30,2 Расстояние между осями опор: по ширине (оси 2…4, 5…7), м; по длине (оси А…Е), м 20 20 Масса джекета № 1, т 677 На рис. 3 представлен конструктивный вид джекета № 1. Рис. 3. Конструктивный вид джекета № 1 МСП «Жданов-A» Обработка результатов измерений Для расчета погрешностей линейных размеров джекета был применен аппарат математической статистки [3-5]. Параметры математической статистики, к которым относятся среднее арифметическое значение , среднеквадратическое отклонение и дисперсия , определенные по данным выборки , дают лишь приближенную характеристику теоретического распределения случайной величины. Между математическим ожиданием МХ, среднеквадратическим отклонением , дисперсией DХ и их эмпирическими аналогами , и необходимо проводить четкое разграничение: первые рассматриваются как постоянные, но неизвестные величины, характеризующие теоретическое распределение случайной величины (генеральную совокупность), а вторые, являясь случайными величинами и будучи определены в результате выборочных наблюдений, дают лишь приближенную оценку МХ, и DХ. Чем больше объем выборки ‚ тем меньше разница между МХ и , а также между DХ и . По результатам и объему выборок можно установить границы, внутри которых с определенной вероятностью, заданной исходя из эксплуатационных требований, будут находиться значения МХ, и DХ, характеризующие результаты многократных измерений. Эти границы определяют доверительный интервал. Соответствующая этому интервалу заданная вероятность называется надежностью или доверительной вероятностью. Результаты измерений (рис. 4-5) были статистически обработаны и представлены в табл. 2-3, где - результат измерений погрешности относительно точки пересечения основной и диаметральной плоскости; - размах действительных отклонений параметра; Е - точность интервальной оценки; А1 и А2 - коэффициенты, значения которых принимаются в зависимости от объема мгновенных выборок. Рис. 4. Погрешность сборки джекета № 1 МСП «Жданов-A» Рис. 5. Погрешность сварки джекета № 1 МСП «Жданов-A» Таблица 2 Анализ точности процесса сборки джекета №1 опорного основания МСП «Жданов-А» для линейных размеров* Номер выборки i ,мм ∑xi, мм , мм мм , мм , мм -, мм , мм2 , мм2 , мм , мм , мм , мм , мм , мм Проверка условий стабильности 1 уровень 1 10 5 0,714 13 -13 26 9,286 86,224 509,429 9,214 9,236 -7,808 -9,698 11,127 47,546 Условия ≤ и≤ выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений и размахов в серии мгновенных выборок для 1-ого уровня стабильны 2 13 12,286 150,939 3 -1 -1,714 2,939 4 3 2,286 5,224 5 -13 -13,714 188,082 6 -8 -8,714 75,939 7 1 0,286 0,082 2 уровень 1 4 -6 -0,857 18 -15 33 4,857 23,592 830,857 11,768 10,026 -11,741 -14,155 12,440 60,721 Условия ≤ и≤ выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений и размахов в серии мгновенных выборок для 2-ого уровня стабильны 2 -9 -8,143 66,306 3 18 18,857 355,592 4 -10 -9,143 83,592 5 -15 -14,143 200,020 6 9 9,857 97,163 7 -3 -2,143 4,592 3 уровень 1 -17 -104 -14,857 24 -57 81 -2,143 4,592 3578,857 24,423 7,731 -37,445 -42,455 12,741 126,022 Условия ≤и выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений и размахов в серии мгновенных выборок для 3-его уровня стабильны 2 -1 13,857 192,020 3 -17 -2,143 4,592 4 -24 -9,143 83,592 5 -12 2,857 8,163 6 24 38,857 1509,878 7 -57 -42,143 1776,020 * Измерения проведены на технологических фундаментах и площадках джекета № 1 на стапеле с помощью тахеометра SOKKIA SET 330 R. Результаты сняты с погрешностью ± 1 мм. База измерений - точка пересечения основной и диаметральной плоскости. Таблица 3 Анализ точности процесса сварки джекета №1 опорного основания МСП «Жданов-А» для линейных размеров* Номер выборки i xi, мм ∑xi, мм , мм ximaxмм ximin,мм , мм -, мм , мм2 , мм2 , мм , мм , мм , мм , мм , мм Проверка условий стабильности 1 уровень 1 5 -22 -3,14 9 -20 29 8,143 66,306 782,857 11,423 7,422 -13,707 -16,050 9,765 58,941 Условия ≤≤ и ≤ выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений и размахов в серии мгновенных выборок для 1-ого уровня стабильны 2 6 9,143 83,592 3 2 5,143 26,449 4 -15 -11,857 140,592 5 -20 -16,857 284,163 6 -9 -5,857 34,306 7 9 12,143 147,449 2 уровень 1 -4 45 6,43 33 -33 66 -10,429 108,755 2835,714 21,740 26,535 -13,678 -18,137 30,995 112,177 Условия ≤≤ и ≤ выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений и размахов в серии мгновенных выборок для 2-ого уровня стабильны 2 33 26,571 706,041 3 16 9,571 91,612 4 25 18,571 344,898 5 -33 -39,429 1554,612 6 1 -5,429 29,469 7 7 0,571 0,327 3 уровень 1 4 -132 -18,86 4 -64 68 22,857 522,449 4524,857 27,462 6,542 -44,256 -49,889 12,175 141,702 Условия ≤≤и≤ выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений и размахов в серии мгновенных выборок для 3-его уровня стабильны 2 2 20,857 435,020 3 -43 -24,143 582,878 4 -32 -13,143 172,735 5 -3 15,857 251,449 6 4 22,857 522,449 7 -64 -45,143 2037,878 По результатам обработки данных строим доверительный интервал погрешности сборки джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А» (рис. 6). Рис. 6. Доверительный интервал погрешности сборки джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А» для линейных размеров По результатам обработки данных строим доверительный интервал погрешности сварки джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А» (рис. 7). Рис. 7. Доверительный интервал погрешности сварки джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А» для линейных размеров Результаты исследования позволили оценить точность сборки и сварки корпусных конструкций морских сооружений. Заключение Анализ точности формирования конструкций джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А», выполненный после процессов сборки и сварки, позволяет сделать вывод о том, что при сборке и сварке конструкция деформируется. Средние значения деформации (для линейных размеров) в процессе сборки и сварки могут быть как положительными, так и отрицательными, поэтому они могут компенсироваться, а абсолютные значения составляют соответственно 4,91 мм в процессе сборки и 9,48 мм в процессе сварки. Следовательно, интенсивность деформации в процессе сварки в 1,93 раза превышает интенсивность деформации в процессе сборки. Сравнивая эти значения с требованиями к точности изготовления конструктивных элементов при строительстве морских сооружений, в соответствии с которыми расстояние в горизонтальной и вертикальной плоскостях между осями стоек и связей должно быть в пределах допуска ± 6 мм, приходим к выводу, что после процесса сварки необходимо выполнять корректировку положения монтируемой секции, повторно проверять координаты контрольных точек и (при достижении требуемых значений) фиксировать положение секции. Эти операции требуют дополнительных затрат времени и труда, поэтому вопросы компенсации погрешностей сборки и сварки необходимо учитывать на стадии изготовления деталей и непосредственно в процессе сборки. Доверительные интервалы погрешности (для линейных размеров) в процессе сборки и сварки увеличиваются с поднятием уровней платформы. Результаты анализа демонстрируют, что характеристики выборочных средних отклонений и размахов Rx в серии мгновенных выборок стабильны.
1. Петров М. П. Перспективы морской добычи нефти и газа на шельфе Северного Каспия и возможные способы их транспортировки / М. П. Петров, В. Н. Лубенко // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. 2008. № 2. С. 222-228.
2. Морская стационарная платформа ZHDANOV-A // URL: http://neftegaz.ru/tech_library/view/4633.
3. Якушев А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения / А. И. Якушев. М.: Машиностроение, 1974. 472 с.
4. ГОСТ 23615-79. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Статистический анализ точности.
5. Иванов О. В. Статистика: Учебный курс для социологов и менеджеров. Часть 2. Доверительные интервалы. Проверка гипотез. Методы и их применение / О. В. Иванов. М.: МГУ, 2005. 220 с.
