软刚臂系泊LNG-FSRU水动力模型试验研究

LNG-FSRU采用软刚臂单点系泊系统定位于特定海域在风、浪、流联合作用下进行作业,其运动非常复杂,必须进行水动力性能研究.本文针对35万立方米超大型LNG-FSRU,采用软刚臂单点系泊系统定位方式,开展了风、浪、流联合作用下水动力模型试验研究.软刚臂系泊系统软中各构件间的连接方式及Yoke重量相似是模型试验的关键,试验对该系泊系统的相似性进行了模拟,并将试验结果与数值计算结果进行了对比分析,结果显示,软刚臂系泊系统刚度曲线呈现非线性,试验结果与数值结果吻合良好,表明试验中对于软刚臂系泊系统的模拟是合理的,反映了LNG-FSRU在风、浪、流联合作用下的运动特性.     

浅水单点系泊FPSO软刚臂参数敏感性分析

软刚臂单点系泊FPSO是浅水油田广泛采用的油气开采设备。为研究单点系泊系统的受力性能,针对一艘作业于浅水油田的16万吨级软刚臂单点系泊FPSO,在线性三维势流理论的基础上,基于多体动力学方法建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,在时域内计算软刚臂单点系泊系统（SYMS）的动力响应特性;并进行软刚臂单点系泊系统参数敏感性分析,研究软刚臂系泊系统的系泊点高度、系泊刚架高度、软刚臂长度、系泊腿长度、压载舱重量等设计参数的变化对系统动力响应性能的影响。结果表明：单点载荷和系泊腿轴向载荷随着系泊点高度、系泊刚架高度和压载重量的增加先减小后增大,而随着软刚臂长度、系泊腿长度的增加则是先增大后减小;且单点载荷对软刚臂长度和压载重量这2个参数的变化最为敏感,而系泊腿轴向载荷则对系泊刚架高度、软刚臂长度这2个参数的变化最为敏感。     

基于ADAMS的塔架软刚臂单点系泊系统多自由度运动特性

本文针对塔架软刚臂单点系泊系统与船体的相互耦合运动展开研究,采用ADAMS对软刚臂系统多自由度运动特性进行预测分析。分析发现,当船体横向运动时,软刚臂系统刚度和纵向时的变化趋势是一致的,相同位移下,其数值远小于纵向运动时的刚度。随着船体正向运动位移的增加,2条系泊腿的姿态逐渐不同,左系泊腿随着软刚臂自转,出现向上翘起,张力大于右系泊腿。通过船体纵向运动碰撞分析发现,船体靠近导管架8.19 m时,软刚臂与船船首甲板发生碰撞,其碰撞力达到8 251 N,这有利于对系泊系统进一步优化设计。     

正交试验法在软刚臂单点系泊设计中的应用

软刚臂单点系泊系统广泛应用于浅海石油开发领域,软刚臂主尺度的确定是单点系泊设计的关键。设计包括软刚臂长度、系泊腿长度和压载水重量的三因素五水平正交试验,基于多体动力学方法建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,采用动力分析方法计算不同试验条件下的系泊力,研究三因素对系泊性能的影响。得到三因素对系泊力影响程度依次为软刚臂长度、压载水重量、系泊腿长度,从而确定软刚臂最优主尺度,可为单点系泊系统初步设计工作中的主尺度优化提供一定的参考。     

一种软刚臂单点系泊腿万向节的数值计算方法

针对软刚臂单点系泊系统中系泊腿万向节结构件的数值计算问题,参考渤海现有软刚臂单点系泊装置资料,分析软刚臂系统系泊腿构件受力特点,提出结合水动力和软刚臂系统多体动力学计算结果,采用顺序耦合分析流程计算系泊腿万向节部件静强度的计算方法。结合计算结果,在满足相关规范要求的条件下,可初步确定系泊腿万向节的尺寸及材料。     

软刚臂单点系泊装置对小型浮式平台性能影响研究

软刚臂单点系泊是浅水海域FPSO重要的系泊方式之一,其结构尺寸及重量较大。通常FPSO排水量较大,软刚臂单点系泊装置对其影响可忽略不计。当软刚臂单点系泊装置用于排水量较小的浮式平台时,其对浮式平台的影响不可忽略。为研究单点系泊装置对小型浮式平台性能的影响,运用AQWA软件,基于耐波性理论基础,分别计算浮式平台在单点系泊状态和顺应式系泊状态下的频响及固有周期;采用时域分析方法,分别计算浮式平台在2种系泊状态下的运动响应。计算结果表明,单点系泊装置会减小浮式平台横摇频响峰值,增大其对应的周期,对纵摇和垂荡的频响影响不大;明显增大横摇和纵摇的固有周期,略微减小垂荡的周期,增大3个运动量的阻尼;增大横摇和垂荡的平均值以及垂荡的幅值,2种系泊方式对横摇和纵摇幅值的影响与风浪流方向分布有关。     

极端海况下深水单点系泊系统FPSO运动响应分析

针对500年一遇的极端海况条件,对15万吨深水单点系泊系统FPSO的运动响应和系泊线受力特性进行了研究,为FPSO后续的基本设计和详细设计提供技术分析依据.基于水动力计算软件AQWA和ORCAFLEX,分别研究了500年一遇海况波浪主控环境条件、风主控环境条件、流主控环境条件对15万吨深水单点系泊FPSO运动响应的影响.计算结果表明:压载状态下运动响应幅值普遍大于满载状态下的运动响应幅值,波浪主控环境条件对FPSO运动响应的影响要明显大于风流主控环境条件,且风浪流成夹角作用时FPSO运动响应更大.     

基于FPSO-水下软刚臂-锚缆多体的FPSO限位作业分析

针对浮式生产储油卸油装置(FPSO)限位作业时的动力响应特性和环境参数敏感性,以FPSO限位作业为背景,考虑不同的海洋环境参数及系泊限位方式,采用时域耦合动力分析方法,建立FPSO-水下软刚臂-锚缆耦合动力分析模型,计算分析单点系泊系统的耦合刚度及FPSO系统的动力响应,并分析动力响应对不同环境参数的敏感性.结果表明,文章提出的作业限位方式是可行的,最危险的海况为侧向波流作用情况,动力响应对于海流、谱峰周期及风速最为敏感.     

软刚臂结构形式对应FPSO吨位的适用范围

根据示范工程平台服役海域环境条件以及平台对系泊可靠性的要求,通过建立软刚臂单点系泊系统数学模型以及采用MATLAB软件进行数值计算,推导出系泊力、平台水平位移与软刚臂结构形式之间的关系;通过系泊力、平台水平位移的数值解,确定不同吨位的FPSO适用的最佳软刚臂结构形式,当FPSO吨位较大时,选取横舱式能较好地满足系泊要求;当FPSO吨位较小时,选取双瓶式结构较能满足系泊要求。     

单点系泊系统系泊力响应特性分析

为了得到单点系泊油轮在浅水域的安全装载方案,通过水平刚度物理模型试验与数值模拟得到了系泊系统刚度的影响参数,通过风浪流联合作用工况试验得到软刚臂水平系泊力响应。对船体吃水与软钢臂压载舱重的工作参数对水平系泊力的影响进行了分析。进一步地,对浅水不规则波的周期、非线性及低频等特征参数对系泊力的影响进行了讨论。     

FPSO软刚臂单点系泊系统动力分析

本文针对渤海油田浅水FPSO软刚臂单点系泊系统,利用多刚体动力学的分析方法,建立软刚臂系泊系统动力方程进行受力分析,得到FPSO在风浪流中运动时转塔上的系泊力,并与模型试验实测得到的系泊力进行对比,以验证动力方程与计算程序的正确性.二者对比的结果吻合良好,动力分析方法正确,故可应用于对系泊系统的模拟和对FPSO运动中系泊系统的受力预测.     

内转塔单点系泊刚度对不同参数的敏感性分析

内转塔式单点系泊系统在海洋石油装备中得到广泛应用。为研究该类型单点系泊系统的刚度特性,以我国南海一艘内转塔式单点系泊浮式生产储油设备(FPSO)的系泊系统为研究对象,采用浮体系泊分析软件Ariane分别建立单根系缆和系泊系统的静力分析模型,基于线弹性悬链线理论计算单根系缆和系泊系统的刚度,并重点针对吃水、系缆轴向拉伸刚度、系缆配重、系缆长度等参数进行系泊刚度敏感性分析,研究不同参数变化对系泊刚度的影响。结果表明:系泊刚度对系缆长度变化十分敏感;吃水和系缆长度主要通过影响系缆预张力来影响系泊刚度;系缆轴向拉伸刚度主要影响大位移条件下的系泊刚度;配重只影响一定位移范围内的系泊刚度。最后,给出了单点系泊系统设计的建议。     

“海洋石油112”号FPSO单点系泊模型试验与数值计算对比分析

国内有多艘大型软刚臂系泊FPSO在浅水服役,或多或少均存在一定故障,因此浅水FPSO水动力性能和安全问题受到广泛重视。"海洋石油112"号FPSO软刚臂单点系泊系统位于渤海浅水水域。文中对该单点系泊系统进行了系泊分析数值模拟,并与水池试验结果进行对比,验证三维动力响应数值模拟在浅水中应用的准确性。     

基于修正Morris筛选的软刚臂单点系泊装置主尺度参数局部敏感性研究*

软刚臂单点系泊装置作为典型的大型多体运动结构，设计中考虑的变量众多，其主尺度的确定是设计中的难题。通过Morris筛选法的敏感性分析，采用扰动分析的方式（固定步长5%，扰动范围±25%），以设计中着重关注的最大水平系泊力和水平系泊位移为考察对象，考虑系泊浮体的定常力、高频力和二阶波漂力，建立软刚臂单点系泊理想力学模型，并进行参数局部敏感性分析，以更好地对模型参数的不确定性进行识别，为系统主尺度的设计提供决策依据。结果表明：对于具有13个自由度、8个主要设计变量的软刚臂型单点系泊装置，模型参数中与最大水平系泊力和系泊位移的敏感性大小依次为系泊刚臂长度、系泊腿长度和压载力，设计中应优先考虑确定上述参数值。     

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。     

FPSO单点系泊系统动力截断优化设计

浮体系泊系统在海洋工程水池进行模型试验时，由于水池尺度有限，首先对系泊线进行等效截断设计，是被动式混合模型试验的重要一步。截断设计时，基于细长杆理论，模拟系泊线的非线性动力特性，将计算所得时域内的系泊力转换到频域响应，选择有代表性的频率及响应建立目标函数，结合NSGA II优化算法，确定最优截断系泊参数，计算快速准确。针对一作业水深420m的FPSO单点系泊系统，进行水平截断设计。截断前后系泊系统和单根系泊线的静力特性吻合很好。截断系泊系统在不同环境载荷作用下的总体响应和系泊动力，都与截断前一致。证明了截断设计的合理性和准确性，为后续的模型试验工作打下了基础。     

软刚臂单点系泊系统系泊力计算两种方法对比

为比较软刚臂单点系泊系统系泊力计算中的两种不同方法,运用ANSYS-AQWA软件,基于三维势流理论基础,应用源汇分布法,分别采用频域和时域方法,计算某FPSO的运动响应和系泊力,讨论了两种方法的优缺点。频域方法基于准静态,按照CCS规范进行,方法简单,误差较大,适用于初步方案设计阶段;时域动态方法基于多体动力学,充分考虑系泊系统的结构形式及其动力项对FPSO运动性能的影响,对FPSO及系泊系统进行耦合分析,能更好的预报系统的运动响应和系泊力,适宜在详细设计阶段使用。     

FLNG单点系泊系统选型及设计探讨

FLNG由单点系泊系统定位在作业海域。分别介绍了软钢臂式、硬钢臂式和内外转塔式等四种单点系泊的主要特点。并介绍了单点系泊系统设计的关键点,包括环境因素、系泊载荷、系泊缆布置及组合和分析方法等。最后以一艘210,000m3 FLNG单点系泊系统为例,介绍了单点系泊计算分析的基本流程,通过计算分析得到的结论可为FLNG的单点系泊系统设计提供了一定的参考。     

软钢臂单点系泊LNG-FSRU水动力特性数值研究

采用全耦合时域数值方法，开展软钢臂单点系泊浮式液化天然气储存及再气化装置（Liquefied Natural Gas-Floating Storage and Regasification Unit, LNG-FSRU）水动力特性研究，探讨不同风浪流环境载荷和不同装载状态对水动力特性数值的影响。计算结果表明，环境载荷及装载状态对单点系泊LNG-FSRU运动响应及系泊力的影响显著。研究结果可为LNG-FSRU软钢臂单点系泊系统设计提供参考依据。     

不同系泊模式LNG旁靠超大型FSRU系泊系统设计及水动力性能分析

本文采用规范设计、理论分析和数值仿真相结合的方法,建立LNG船与LNG-FSRU两船旁靠系泊的理论和数值分析模型,对LNG旁靠FSRU码头系泊和软钢臂单点系泊两种典型系泊模式下的转运及卸载作业进行数值分析.同时考虑外部海洋环境风、浪、流组合作用下的综合作业工况,确定FSRU与LNG近距离旁靠作业时系泊设备、缆绳种类、固定式和漂浮式护舷的选型和布置,对LNG、FSRU船的运动特性以及运动过程中缆绳张力和护舷受力开展统计分析,优化系泊系统布置和参数.在系泊系统设计和分析的基础上,根据系泊缆的直径、所受最大张力值,为系泊设备选型提供参考,便于开展码头系泊系统和单点系泊系统布置研究.基于旁靠系泊的设计标准提出LNG-FSRU安全作业的最大允许海况,为LNG-FSRU的运营提供可靠的技术保障.