深水FPSO立管导管及基座结构设计分析

以一艘深水超大型FPSO柔性动态跨接软管的导管及基座结构为例,介绍立管导管及基座的总体布置和详细设计对基本设计的优化.立管导管及基座结构设计考虑了FPSO在位操作、极端环境、跨接软管海上安装、立管事故、FPSO船舱破损和远洋拖航等工况.按某石油公司企业标准要求开展了立管关断阀油气泄漏扩散、燃爆连锁风险定量分析,确定了立管导管及基座结构设计爆炸超压,分析了立管导管及基座结构抗爆炸事故工况的强度,进行了立管导管及基座结构被动防火设计.基于疲劳累积损伤的分析方法,预报了立管导管及基座结构的疲劳寿命.     

多点系泊FPSO立管支撑结构设计

多点系泊FPSO的首部和尾部均布置有系泊缆,立管通常布置在舷侧中部,因此需要在舷侧安装相应的结构以支撑海底钢悬链线立管（SCR）载荷及甲板上部立管平台和立管提拉设备模块的重量。同时为了防止舷侧立管遭受其他船舶的撞击而发生泄漏和损坏,需要安装立管保护结构。本文以大连船舶重工集团为国外船东设计和建造的一艘30万吨多点系泊FPSO为例,从实际工程设计的角度阐述多点系泊FPSO舷侧立管支撑结构的设计要点,为今后多点系泊FPSO立管支撑结构设计提供借鉴。     

FPSO货油系统管系应力及泵口载荷的分析改进

以30万吨通用型FPSO货油系统为研究对象,应用CAESARII管道应力分析软件建立分析模型,考虑极端工况的加速度、船体变形和风载荷等,对其管系一次应力、二次应力和泵口载荷进行了分析,并对管系的布置进行了改进,提高了管系布置的效率和准确性,为FPSO其他管路系统及其他船型的管系布置提供参考依据。     

FPSO货油系统管系应力及泵口载荷的分析改进

货油系统作为FPSO最重要的系统之一,一旦出现故障,会使整个海上油田的生产作业陷入停顿或瘫痪的状态,将造成巨大的经济损失,对其进行应力分析,指导管系布置十分必要。本文以30万吨通用型FPSO货油系统为研究对象,应用CAESARII管道应力分析软件建立分析模型,考虑极端工况的加速度、船体变形和风载荷等,对其管系一次应力、二次应力和泵口载荷进行了分析,并对管系的布置进行了优化,提高了管系布置的效率和准确性,为FPSO其他管路系统及其他船型的管系布置提供参考依据。     

通用型FPSO关键管网系统水锤分析及防护

在深水通用型FPSO工程中,水锤产生的压力会对管路系统造成危害,严重影响工程进度.运用AFT Impulse建立通用型FPSO压载水系统模型,对系统进行瞬态分析,得出不同关阀工况下水锤仿真结果.通过多次仿真对结果进行比较,得到相对合理的关阀方案,确保管路系统的安全.     

BMIT型FPSO转塔舱关键结构设计与研究

BMIT型单点型式适用于水深较深、通道较多的FPSO,与我国南海之前新建的FPSO所采用的STP型单点相差较大。针对FPSO转塔舱的结构布置,结合BMIT型单点的界面特点,对南海某采用BMIT型单点的FPSO转塔舱设计进行总结,详细阐述了单点轴承支撑结构界面、塔架腿界面、限位挡块界面的设计以及疲劳节点的设计及优化。     

FPSO与穿梭油轮的耦合水动力及运动响应研究

为探明通用型FPSO与穿梭油轮串靠外输模式下耦合水动力及运动响应特性,利用Aqwa软件,对通用型FPSO与穿梭油轮进行频域水动力分析,得到FPSO与穿梭油轮的水动力响应数据。选取墨西哥海域典型外输状态海况条件,开展FPSO与穿梭油轮系泊状态下耦合运动响应的数值预报,分析FPSO与穿梭油轮的间距、海况、装载工况等因素对运动响应及系泊系统载荷的影响。本文研究成果对通用型FPSO与穿梭油轮外输作业时选取合理的海况和间距具有指导意义,同时可用于指导系泊系统的设计。     

通用型FPSO消防水系统管路应力分析及优化

通用型FPSO拥有良好的作业性能,但是性能提高的同时其安全性就需要得到更严格的要求。本文通过对通用型FPSO消防水管路系统建立Caesar Ⅱ模型,对其各种情况下的工况进行分析,对其所受应力进行计算,对不合理部分进行相应的优化;对消防水管道进行约束载荷以及法兰泄漏进行相应的分析,并根据安全要求对其进行相应的调整,保证消防水管路系统的安全性,确保FPSO完成生产任务。     

全球FPSO船型开发领域核心技术的演化分析

以国内外专利数据为分析对象,采用专利计量分析的技术方法深入研究浮式生产储油卸油装置(FPSO)开发技术的演化态势,对FPSO船型开发领域的核心专利进行分析,总结出FPSO船型开发的发展路线.结果表明:当前FPSO船型开发领域的主要研究方向是旧船改造、新概念FPSO和通用FPSO.旧船改造的技术点主要聚焦于超大型船舶设计;新概念FPSO的技术点主要集中于浮体形状设计、上部甲板大型化和刚性立管作业问题;通用FPSO的技术点主要侧重于标准化船壳设计、模块化FPSO设计和FPSO一体化建造,未来企业可考虑在模块化FPSO的上甲板承载与布局、管线布置、生活区布置、减摇和抑制垂荡问题上进行专利布局研究.     

通用型FPSO压载水管路系统应力分析及优化

通用型FPSO管路系统的复杂性和紧凑性相比传统FPSO有显著提升,作业负荷更大,油气泄漏和火灾风险更高,因而对整个管路系统的安全性以及支架的优化上有更高要求。本文将传统的输入附加位移D模拟船体变形变为温度T中热膨胀系数的叠加来表现,给出工况设置方法,综合考虑各种环境条件研究其对管道应力以及位移的影响,对通用型FPSO玻璃钢压载水管道进行一次、二次应力及水锤载荷计算,验证压载水管路设计的合理性,并对不合理部分给出优化方案,提高管路系统的安全性,为通用型FPSO管路系统工程设计提供技术借鉴。     

自由站立式立管总体强度及敏感性参数分析

基于三维非线性时域有限元程序对自由站立式立管(FSHR)进行了总体强度分析,并在此基础上对影响FSHR总体性能的主要参数进行敏感性分析,探讨设计变量的不确定性对FSHR总体性能和布局的影响.计算结果表明百年一遇海流载荷工况下为最危险工况,跳接软管和FPSO共面,波浪沿立管流向FPSO方向为最危险浪、流组合方向;FSHR系统对浮体运动和钢性主管之间具有良好的解耦作用;改变单一敏感性参数不能使得FSHR总体性能向好的趋势发展,需要同时调节几个参数才有可能使得FSHR总体性能达到最优.     

圆筒形浮式生产储油装置结构设计及轻量化

对某圆筒形浮式生产储油装置(Floating Production,Storage and Offloading,FPSO)进行概念设计,通过计算和分析,掌握此类装置的设计方法和要点。通过对不同设计工况进行分析比较,得到其设计控制载荷为构件设计压力的结论。此外,圆筒形FPSO全船有限元分析结果表明,阻尼板与船体外壳连接区域相对应力较高,需重点关注。根据结构分析结果,对几种不同布置和分舱的设计方案进行对比,得到圆筒形FPSO整体设计轻量化的优化思路,可供相关海洋工程设计人员参考。     

基于CFD的通用型FPSO船首外飘耐波性

为探究通用型FPSO船首外飘带来的耐波性影响,基于CFD-FV方法采用Fluent软件进行三维时域模拟,模拟在巴西海域重现期为20年的极端海况下2种外飘模型的甲板上浪现象,对甲板上浪和波浪砰击进行耐波性分析。通过动压公式和砰击区域对云图动压进行验证。结果表明,3.5m的垂向外飘降低了35.09%的上浪程度,增加了相对的局部砰击载荷,局部应力主要分布于船首舷墙和主水层所在甲板的位置。局部应力满足船级社对浮式结构的设计要求。通过综合对比发现,船首外飘提高了FPSO整体的耐波性能,为通用型FPSO的船首外飘外型设计提供参考。     

基于不同海域海况特点的通用型FPSO疲劳损伤分析

由于西非海域、墨西哥湾海域和巴西海域的海况特点存在明显差异,通用型FPSO在三个海域海况下的疲劳损伤呈现出较大差别,对通用型FPSO进行基于不同海域海况特点的疲劳损伤分析,结果表明,对于通用型FPSO,垂向弯矩对于船体结构疲劳强度的影响要比转矩的影响大得多,设计时应充分考虑垂向弯矩的影响;对于主船体关键热点,各海域不同系泊方式下的热点损伤均具有明显差异,其中多点系泊西非海域的疲劳损伤较大,巴西海域次之,墨西哥湾海域最小,内转塔系泊对应的疲劳损伤大于外转塔系泊,设计时应根据通用型FPSO的实际运行海域与系泊方式重点考虑损伤较大的海域与系泊方式。     

顶部张紧式立管强度设计分析

顶部张紧式立管(TTR)是油气开发必不可少的立管类型。研究了南海1500m水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,提出新的管中管结构的等效方法。通过分析立管结构的受力控制方程,得到立管受力分析的主要影响参数,按照轴向刚度、抗弯刚度、立管湿重和液体湿重等效原则,实现立管力学性质的等效。使用Orca Flex软件非线性时域分析立管遭受的四种典型工况,分别获得张力和弯矩,依据管中管结构外管和内管的刚度在等效模型中占的比例进行分配,根据API规范确定管中管结构外管和内管的应力,得到TTR四种工况下的强度分析结果,认为在半潜平台下,TTR强度满足设计要求。     

明珠号在西非海域多点系泊系统可行性分析

针对明珠号FPSO采用多点系泊系统在西非海域作业的可行性问题,分析FPSO在该区域环境条件下的动力响应特性,设计FPSO的系泊型式和艏向布置方位,选取生产、外输两个作业工况,以及压载和满载两个极端工况进行计算分析,结果表明,多点系泊系统能够满足作业定位的要求,可以抵御百年一遇的风浪作用。     

塔式单根立管安装方案研究

阐述塔式单根立管的结构组成,分析研究不同类型的塔式单根立管,包括分离式单根立管以及分散布置整体式单根立管和组合布置整体式单根立管的海上安装方案.     

FPSO转塔领域技术综述

海洋强国战略驱动下,深海油田的勘探与开发需要FPSO具备更强的系泊能力,其中转塔式单点系泊系统能够更好地保证作业安全。通过专利分析的方法,聚焦技术角度,梳理归纳了全球FPSO转塔领域的技术发展脉络。研究发现,目前转塔领域技术发展具有较强的阶段性。内转塔技术关注点主要为：转塔与锚泊、转塔与立管、转塔与浮筒、转塔与船体;外转塔的技术关注点主要为：外转塔的结构、安全性监测与防护。企业今后在内转塔方面应重点关注转塔结构和立管、锚链、浮筒、轴承之间的相关交叉技术,外转塔方面应更多关注高效作业的外转塔结构及其安全性。     

深水半潜式平台钢悬链立管提升过程模拟分析

针对国内首个半潜式生产平台的钢悬链立管（steel catenary riser,SCR）的安装过程进行研究，给出了适用于半潜式平台的SCR张力转移、提升和就位方案。结合浮式平台和立管布置特点，给出立管提升系统锚链下放点初步位置，并用数值方法对SCR张力转移、提升和就位过程进行模拟。在空管和注水两种工况下给出了SCR顶部张力、立管与旁通最小净距以及立管顶部的倾角，进一步验证了论文提出的安装方案的可行性，同时给出了立管提升系统需要的最大张力，为保障海上施工现场安全提供技术支持。     

聚乳酸/碳纤维复合梯度材料在FPSO碰撞中力学性能研究

采用聚乳酸(PLA)/碳纤维复合梯度材料对FPSO舷侧立管的防护结构进行优化设计,从防护结构、立管结构和舷侧结构的损伤变形、碰撞力和吸能特性等方面验证其防护效果。研究表明：4种不同PLA/碳纤维分布方式的防护结构较低碳钢防护结构的防撞能力有较大提升;PLA/碳纤维质量分数的分布方式不同,其结构强度、应力传播和吸能特性均不尽相同,其中X型PLA/碳纤维的防护结构防撞性能相对最好,具有一定的工程应用价值。