跨接管是海洋油气生产设施的重要组成部分和连接枢纽,跨接管的安装作业在海洋油气生产设施的建设中具有重要的地位。由于海洋环境复杂多变,跨接管安装过程复杂,风险源众多,风险源造成的后果也不尽相同。目前针对跨接管,尤其是安装过程中可能遇到的风险研究仍然不足。为了有针对性地解决跨接管安装过程中典型的、对跨接管结构有影响的、且可根据客观计算结果采取有效措施的风险源,为实际施工提供可靠的参考数据,本文采用风险研究与结构分析相结合的方法。首先设计了新的风险源遴选方法先运用层次分析法选出典型风险源所在的重点阶段,在重点阶段中通过综合评判确立对结构影响显著地、值得继续深入研究的典型风险源;再运用有限元分析方法对该风险源作用下的跨接管结构强度和振动响应进行具体计算,结构分析中采用向量式有限方法分析跨接管在典型风险源下的振动响应;最后根据计算结果提出针对性的控制措施,共同形成完整的风险研究结论。具体开展的工作主要有:(1)跨接管安装重点阶段和典型风险源选取。从跨接管安装整体工程着眼,根据跨接管安装的过程,系统识别了跨接管安装过程中由跨接管运输船准备出航到安装完成后的检测维护整个过程中的全部风险源,并将跨接管安装过程按时间顺序划分为驶离准备、海上运输、现场准备、吊装、水下安装、检测维护六个阶段,在此基础上按照风险源产生的原因将风险源分为设计、规程、设备、环境、人员、操作、偶发七大类,建立风险源层次模型,编写了层次分析法分析程序,运用专家打分数据代入层次分析法程序进行分析,选出风险源综合作用下风险产生可能性最大的阶段,并综合考虑概率、后果、对结构影响等因素选出该阶段中值得研究的典型风险源。最终选定“ROV撞击跨接管”风险源为典型风险源。(2)“ROV撞击跨接管”风险源作用下的跨接管结构强度与动力学分析。针对ROV在0°、45°和90°多种撞击角度、不同速度以及不同撞击位置等工况,采用有限元软件开展跨接管强度分析,以及撞击力计算;采用向量式有限元方法,建立了跨接管3维动态响应分析模型并编写了数值仿真程序,模拟了跨接管在ROV撞击风险源条件下的振动响应情况。分析了损伤变形后果、撞击加速度时间变化、撞击能量时间变化、最大撞击力、振动时间曲线等。计算分析得到了跨接管应力传递过程、结构失效过程以及跨接管的振动响应情况。比较不同工况计算计算结果可知,相比于45°和90°撞击方向,当ROV正向(0°)从端部撞击跨接管时,应力增加速度最快,振动幅度最大,这说明跨接管整体压缩时最容易发生极限强度破坏,尤其弯管自由端外部管出现了明显的变形,ROV撞击速度提高时,撞击形变后果有明显增加。计算结果为提出风险控制措施的依据。(3)针对水下安装阶段和“ROV撞击跨接管”风险源的预防措施。依据结构分析结果,针对跨接管水下安装过程中典型风险源“ROV撞击跨接管”下提出预防措施。具体包括针对风险载荷高发的水下安装阶段,安装过程中应严格按照操作规范,避免因操作不当导致ROV撞击跨接管,使跨接管承受意外的撞击载荷和振动,导致结构发生破坏;由于跨接管抗撞能力主要取决于容易遭受撞击区域的结构强度,ROV水下操作时,应在跨接管易受撞击区域加装保护机构,尤其是要增加弯头处的结构强度,避免ROV撞击对跨接管造成严重的结构破坏;由于与其他角度相比,跨接管受到轴向正向撞击情况时,结构容易发生极限强度破坏,当意外发生时,ROV操作员应尽量避免与跨接管发生轴向正向撞击;ROV的速度对撞击后果影响明显,因此在操作中应对ROV操作速度应有所限制,避免过快操作等,从而有效减小“ROV撞击跨接管”风险源对跨接管安装施工作业所带来的风险。