海洋平台封闭舱室抗爆结构设计和计算开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着现代社会经济的快速发展，人类对石油、天然气等能源的需求越来越大，对其勘探和开发不仅仅满足于陆地，由于海洋资源丰富近年来其快速向海洋方面发展，形成了海洋石油工程这样的一个高科技、高投入、高产出、高风险的行业。海洋平台作为海洋石油资源勘探和开发的基础性设施，是海上生产与生活的基地，在海洋石油资源的开发中扮演着重要角色。其安全性和可靠性与一个国家海洋石油工程的发展紧密联系。纵观海洋石油工程史上的重大灾难和事故，在造成重大经济损失的和人员伤亡的同时也造成了严重的海洋环境污染。

1988 年英国北海 piper alpha [1]海上采油平台发生了严重的爆炸事故，整个平台火光冲天，处于休息状态的 165 人全部葬身火海，整个平台持续燃烧了 23 天之久，这场灾难造成的原油产量损失占英国当年石油总产量的 12%，严重影响了英国政府在北海油区的石油税收；2001 年巴西龙卡多尔油田 p-36 [2]平台发生工业爆炸和火灾，造成 10 人死亡和平台报废的重大灾难，直接经济损失达 4 亿多美元；2010 年 4 月 20 日夜间，英国 bp 公司的深水地平线号（deepwater horizon）[3]海洋石油钻井平台在美国墨西哥湾海域发生特大爆炸事故并引发大火，在该事故中，共有11 名平台工作人员遇难，钻井平台在 36 小时后沉入墨西哥湾海底。

海洋平台上部作业面积狭小，设备布置高度集中，而且平台上的设备主要为油气处理设备，国内外研究比较成熟的技术是使用防爆墙来隔开工作区与生活区，防爆墙[4]可以承受爆炸的主要载荷，保护平台上的工作人员和生产设施。但当爆炸发生在相对封闭的空间时,其对结构产生的破坏作用比敞开环境下的更加具有破坏性,常常使平台结构的关键节点破坏，导致结构发生整体崩溃，这种载荷特性主要取决于结构的空间尺寸[5]。因此，在海洋平台上使用抗爆性较好的连接结构形式，可以有效地降低爆炸灾害对海洋平台封闭舱室结构关键节点的破坏，减小导致海洋平台结构发生整体崩溃而失效的风险，提高了海洋平台作业的安全性与可靠性。

2. 研究的基本内容与方案

首先在互联网上查阅并搜集相关资料，借鉴国内外对于海洋平台封闭舱室抗爆结构设计和计算方面的研究成果，以便在设计过程中提供研究思路以及方法。

本课题拟采用理论分析、软件模拟和数值计算相结合的方法进行研究，分析海洋平台封闭舱室中爆炸载荷的作用方式和特点，确定适用于结构响应计算的爆炸载荷简化加载方法。开展爆炸载荷下加筋板响应的数值计算，将计算结果与加筋板舱内爆炸试验结果进行对比分析，验证所采用的数值计算方法的准确性，并总结出合理的有限元模型建立方法和合适的网格尺寸。采用先前确定的爆炸载荷简化加载方法，开展抗爆结构响应的数值计算研究工作。并对海洋平台的典型舱室结构分别在不同加强方式下的动态响应进行数值仿真计算。从不同方面对数值结果进行分析。结合不同加强方式下结构破坏的特点和模式，设计抗爆性较好的连接结构形式，并对其抗爆能力进行计算评估。从而减小海洋平台结构发生整体崩溃而失效的风险，提高海洋平台作业的安全性与可靠性。

3. 研究计划与安排

第一周：调研、查资料和文献，进行英文翻译，撰写开题报告；

第二周：学习非线性有限元的理论，上传开题报告；

第三周：学习使用相应仿真计算软件；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]黄德乾. 北海piper alpha平台火灾爆炸事故及其经验教训[j].中国海上油气(工程),1990,06:61-62 69-70.

[2]清波. 巴西p-36平台爆炸翻沉事故[j].现代班组,2007,06:47.

[3]李文平，郝志强. 一切均不可恃——“深水地平线”钻井平台爆炸事故的启示[j].安全、健康和环境,2011,02:55-56.