软刚臂单点系泊装置监测预报系统的设计及实现

为进一步保障浮式生产储油装置(FPSO)的作业安全,通过海洋环境条件测量、FPSO运动和单点系泊系统(SPM)状态监测以及理论计算等手段,实现了软刚臂单点系泊监测预报系统的方案设计,并成功应用于渤海油田。经现场应用验证,该系统能够实现对FPSO及SPM运行情况的监测,为作业者提供FPSO操作指导及预警,有效的降低了作业风险。     

船体长期监测系统的应用现状及发展趋势

船体长期监测系统(SHLTMS)用于对船体重要结构、关键构件及敏感部位进行结构应力实时监测和船体强度在线评估,时刻了解船体在各级海况下船体各部分的应力状态及运动状态。它对保障船体结构和人员安全、指导船舶的操纵以及船体寿命评估具有十分重要的意义。本文首先对船体长期监测系统进行概述,简要介绍船体长期监测系统的工程价值,接着对船舶长期监测系统的发展与应用现状进行分析,详细阐述国内外一些具有代表性的工程应用成果。最后对船舶长期监测系统存在的问题和未来发展趋势进行论述,为后续研究提供借鉴。     

我国浮式生产储油装置技术的发展现状

介绍了我国浮式生产储油装置（FPSO）的分布现状,描述了我国渤海与南海不同海域FPSO的特点。为了使FPSO长期系泊在海上安全生产、运营可靠,从FPSO设计关键,诸如船体波浪载荷、油气工艺模块支架与船体连接技术、不同单点系泊系统的船体结构设计等方面进行了重点阐述。     

船体长期监测系统的应用现状及发展趋势

船体长期监测系统(SHLTMS)用于对船体重要结构、关键构件及敏感部位进行结构应力实时监测和船体强度在线评估,时刻了解船体在各级海况下船体各部分的应力状态及运动状态.它对保障船体结构和人员安全、指导船舶的操纵以及船体寿命评估具有十分重要的意义.本文首先对船体长期监测系统进行概述,简要介绍船体长期监测系统的工程价值,接着对船舶长期监测系统的发展与应用现状进行分析,详细阐述国内外一些具有代表性的工程应用成果.最后对船舶长期监测系统存在的问题和未来发展趋势进行论述,为后续研究提供借鉴.     

恶劣海况下FPSO模块支墩结构分析

大型或超大型FPSO由于船体尺度大，各种模块重心高度亦高，在风、浪、流共同作用下，加上船体梁变形的影响，模块支撑根部的应力更高，所以传统的刚架型模块支撑形式不适用于环境条件恶劣的FPSO。本文以MARIC设计的在强台风海域服务、永不解脱、内转塔式15万吨级“南海奋进”号和“海上石油111”号FPSO为例，研究了船体梁变形值，考虑在风、浪、流和液货共同作用下的模块支墩结构的分析比较，综合分析消防、管线布置和安全通道的要求，提出了适合于恶劣海况、能够抵御百年一遇台风的新型模块支墩结构形式。     

液化天然气海上转运系统研究及开发

随着海上边际油气田的迅速发展,迫切需要开发各种新型的LNG海上转运装置。围绕两船旁靠状态下LNG海上转运装置(装卸臂)的研制,系统介绍了相应的研究工作以及装卸臂达到的参数。通过船型论证、两船并靠装载配置研究和两船并靠水动力分析研究,据此确立装卸臂目标参数,并进行关键部件的研发,开发拥有自主特色的并靠时船对船悬挂软管式LNG装卸臂。由于海况复杂,转运系统方案的选择,设计参数的确定都与两船在海上的运动参数有关。为了获取相关的运动参数,分别进行了两船并靠状态的数值模拟计算及物理模型试验,预报不同作业海况下的各种运动参数,取得了装卸臂设计的目标参数。装卸臂设计涉及低温流体装卸设备技术领域,关键部件包括底座、回转支承和回转驱动装置、塔身、吊臂、恒张力波浪补偿、对接引导系统和紧急脱离系统等技术开发。     

基于实测数据的系泊系统疲劳时变可靠性评估

FPSO系泊系统在复杂服役环境下的疲劳可靠性问题是其在役状态评估的重点.基于船体运动监测数据,结合系泊力监测方法与时变可靠性计算方法,综合考虑海洋载荷的季节性变化与系泊链均匀腐蚀的影响,完善时变可靠性模型,针对内转塔系泊系统开展疲劳时变可靠性评估分析.     

FPSO重大风险监测系统设计与实施

综合考虑FPSO多种风险的相互影响,依据风险辨识、系统逻辑划分、监测指标及功能设定等关键技术,开展FPSO重大风险监测设计,通过监测FPSO重大风险点的实时状态,为FPSO的安全、稳定、经济运行提供指导性意见。     

内转塔单点锥形浮筒的维护

考虑到锥形浮筒是单点与FPSO的受力接触,通过液压大钳锁定锥形浮筒,保证单点系统的稳定,使FPSO固定在作业区域水域中,通过对锥形浮筒的检测、维护,保证其正常工况,使其能承受设计的风、浪、流载荷,保证单点系泊系统稳定工况,为海上油田生产提供安全保障。     

水下自浮式隔水舱技术

为保证浮式生产储油卸油装置(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)不停产和顺利通过美国船级社(American Bureau of Shipping, ABS)的认定取证,提出对FPSO在位安装隔水舱进行船体结构修复的方案。分析隔水舱在海水中的受力情况,进行隔水舱结构强度核算,设计合理的隔水舱结构形式,将隔水舱设计为水下自浮式,方便潜水员在水下施工。水下自浮式隔水舱技术的成功应用使得FPSO在位不停产修复船体外板纵骨得以实现。水下自浮式隔水舱适用于FPSO、浮式储油卸油装置(Floating Storage and Offloading, FSO)及其他船舶的船体结构维修,可避免船舶进坞维修,保证生产的持续性并节省坞修费用。该方案能实现在海上修复水线下船体结构,避免背水焊接。     

深水FPSO总纵强度分析和结构设计

深水浮式生产储卸油装置(FPSO)船体为超肥大线型,远洋拖航自存和在位作业满载极端环境工况是FPSO船体设计的控制性工况。基于GL ND《海上拖航指南》和BV船级社规范,优化确定FPSO远洋拖航自存工况的吃水。基于远洋拖航航线和作业海域的环境条件,应用DNV SESAM软件计算FPSO船体波浪载荷和运动加速度,为船体、上部模块、管廊模块和主甲板管道支架设计提供基础数据。FPSO油舱段采用“干式安全带”保护设计理念,减轻了船体结构腐蚀。应用BV VeriSTAR Hull软件分析油舱段船体结构强度,得到船体的应力水平、应力分布和变形。在中间货油舱内设罝横撑杆,提高了船体横框架强度和刚度,降低了主甲板强横梁、船底肋板和纵舱壁垂直桁的尺寸,减轻了船体自重。基于累积损伤的简化疲劳分析方法,应用DNV SESAM软件分析FPSO船体结构疲劳,综合考虑了拖航、海上安装和在位作业工况,得到FPSO船体关键结构处的疲劳寿命。     

储油船“南海胜利”限位作业及内波流监测介绍

<正>海上大型浮式储油船(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)是海上石油钻井平台产出原油后的主要储存设施,其依靠单点系泊系统在海上油田锚定。当单点系泊系统长期受海水腐蚀需进行检修时,应对FPSO进行位置限制,以保障作业安全。本文对 FPSO“南海胜利”的检修限位作业和影响限位作业的内波流的监测方法进行简要介绍,为类似作业提供借鉴和参考。     

航行船舶在波浪中响应长期监测技术

船舶在运营中遭遇恶劣海况时结构可能会发生破坏,从而对船舶在海上航行的安全性产生严重影响.对航行船舶结构安全性的实时监测与评估是船舶设计研究人员非常关注的问题,它对船体结构的研究、设计和标准制定以及航行操作都有重要的意义.对研发成功的一套航行船舶在波浪中响应的长期监测系统(LOTEMS)及其在实船航行中的长期应用情况进行介绍和分析.该系统能对船体结构的总纵强度和局部强度、船舶6个自由度的运动模态以及船舶的加速度进行实时的跟踪测量和分析,可为船舶结构安全状态提供必要的警示信息,以便为船舶操作人员航行决策提供辅助依据.     

西非海域FPSO系泊系统动力响应及设计分析

针对西非海域1 500 m水深多点系泊FPSO系泊系统,利用全耦合分析软件Orca Flex建立不规则涌浪和风浪流联合作用下船体/系泊线耦合系统模型,对FPSO系泊系统时域的动力响应结果进行统计分析,结果表明,系泊系统满足了西非海域百年一遇飓风海况下的设计标准及FPSO运动响应标准。     

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.     

船体结构应力监测点的选取方法研究

船体结构应力实时监测系统通过在船体结构中植入应变传感器实现对结构强度的实时监测与评估.文章对船体结构应力实时监测系统中应力监测点的选取方法进行了研究.通过全船结构有限元分析方法得到船体结构在外载荷作用下的结构应力响应,在此基础上对结构监测点进行选择,通过根据高应力部位和考虑海况信息两种途径对监测点进行选取,并依据选定监测点位置处的受力特点给出了传感器的布置方法,最后给出了一条船的应用实例.     

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单点系泊监测系统设计

在总结我国渤海和南海单点系泊系统应用现状的基础上,通过典型单点系泊系统事故分析,总结FPSO单点系泊系统失效原因和关键风险点。以我国常用的软钢臂式和内转塔式两种单点系泊系统为例,分别建立包括海洋环境、FPSO水动力性能和系泊系统受力等信息在内的单点系泊监测系统。     

塔架式单点系泊FPSO监测与预警系统开发

近些年来极端海况条件频繁出现,给FPSO的安全生产带来极大威胁,一旦发生事故,轻则造成生产设施损坏,重则造成泄漏油事故等环境灾难。本文系统介绍了一种针对塔架式单点系泊FPSO的监测与预警系统的开发方案,方案集成软硬件设施于一体,除可以监测FPSO的运动与系泊系统的载荷外,还首次集成了风险评估和预警功能。基于此套系统,可以弥补FPSO作业过程中人为判断的不足,实现生产与安全的有机结合。     

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。