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风激振动下火炬结构物的优化设计
胡性涛，文志飞，赵阔，蓝国阳(海洋石油工程股份有限公司，天津300451)
石油和化工设备 2016年第19卷
[摘要]在海上采油平台、FPSO等重要海洋石油装备中，存在大量火炬结构物，固处于风场环境中，产生的风激振动会成为设计控制工况。本文以海洋石油118号FPS0火炬塔的详细设计为例，分析了风激振动对火炬结构物设计的影响，利用 ANSYS等软件对结构基频及约录系数的进行了计算和分析，探讨了对其结构设计进行优化的方法，为以后类似结构物的优化设计提供了参考。
[关键词】海上平台；火炬结构物；风激振动；基频；约束系数；ANSYS；优化设计
海洋石油工程中的井口平台、FPSO等生产
设施中，根据工艺设计要求，需要对生产流程中产生的天然气等气体进行放空排放，放空排放的管线及火炬头等要由结构物进行支撑，常见的结构有火炬塔、火炬臂、排放臂、放空架等，统称为火炬结构物。由于火炬燃烧热辐射范围及排放气体安全方面的要求，火炬结构物往往探出结构主体较多，高度较高，且随着海洋平台工艺处理量的加大，火炬结构物的跨距等总体尺寸也在逐步增加，出于对结构空间、重量、强度等方面的要求，大量细长杆件运用于此类结构物的设计中。细长杆件暴露在受风区域中，在风力作用下会产生涡激振动，即风激振动。结构物在风场的作用下如果发生风激振动，可能使结构产生教大位移及变形，造成局部构件基至整体结构的严重破坏。1982年秋，美国华盛顿州刚建起4个月的 Tacoma吊桥在风速不到20m/s的大风作用下发生的破坏事故，引起了国际工程界及空气动力学界的极大关注，并由此开展了大量的理论探索和相应的实验研究。如何设计结构物，使其基频脱离风激振动频率危险区，是避免结构物在风场申破坏的有效手段之一。目前，涉及风激振动校核的标准规范较多，校核原理大致相同，海洋工程中广泛使用DNV-RP-C205"进行校核。近年多个海洋石油平台及FPSO项目中的火炬结构物，在依靠传统方法进行结构设计时，发现风激振动成为局部区域及至大量杆件的控制工况的现象，再根据风激振动分析结果对结构进行调整，影响了设计效率及质量，增加了项目成本。本文将以海洋石油118 号FPSO火炬塔的详细设计为案例，分析风激振动
对火炬结构物设计的影响，再利用ANSYS等软件计算分析结果，对风激振动下火炬结构物的优化设计进行探讨。
1风激振动下火炬结构物的常规设计方法 1.1结构规划及强度计算
根据工艺设计提出的要求，如跨距、高度、长度、顶部面积等，对火炬结构物进行结构选型及规划。根据受力情况，海洋火炬结构物均为圆形中空钢管组成的桁架。在确定各组成管件的规格后，依据设计草图进
行强度计算分析，包括在位、吊装、拖航等工况。海洋石油118号 FPSO火炬塔强度计算模型见图1。
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图1海洋石油118号FPS0火炬塔强度计算模型
作者简介：胡性涛（1980一），男，湖北荆州人，本科，工程师，主要从事海洋石油工程结构物的设计工作。