海上平台超长火炬臂结构设计及风激振动分析

随着海洋油气资源开发的发展,海洋平台工艺处理量越来越大,需要设置的释放火炬臂尺度也更大,超出了常规尺度范围。火炬臂长度增加必然导致结构重量增加和杆件尺寸发生变化,进而带来新的设计问题,如风激振动、风谱疲劳等。文中以南海某大型海上平台90 m超长火炬臂结构设计为例,探讨超长火炬臂结构形式的特点并进行了合理化的结构设计,对结构强度和疲劳损伤进行了评估,可为今后类似的结构设计提供参考。     

风激振动下火炬结构物的优化设计

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,因处于风场环境中,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FPSO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束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。     

FPSO超长倾斜式火炬臂吊装方案设计研究

对于FPSO超长倾斜式火炬臂,因龙门吊高度限制,无法完成和船体在坞内的总装,提出了一种基于浮吊和履带吊联合作业的吊装设计方案,解决了火炬臂和船体的总装问题.介绍了该联合作业的实施流程,并通过SACS软件对在吊装过程中各不同扶正工况下的火炬臂主结构强度进行分析校核,基于吊点各工况下最大吊绳力,通过ANSYS软件对吊点结构...     

固定式海洋平台火炬臂结构拖航疲劳分析

为解决传统火炬臂不适用于海上整体拖航工况的问题,针对导管架固定式平台上部火炬臂结构,建立火炬臂整体拖航疲劳分析方法,设计一种适用于海上整体拖航的新型火炬臂连接形式。采用SACS软件建立平台上部组块带火炬臂整体有限元模型,分别对传统火炬臂结构和新型火炬臂结构进行整体拖航工况下的疲劳计算。提出最大疲劳损伤占比指标,从拖航疲劳损伤程度和最大疲劳损伤节点数目两个角度对新型火炬臂进行局部结构优化。结果表明:新型火炬臂斜撑的增设可有效改善火炬臂主弦杆的受力且大幅提高火炬臂的整体刚度,使原拖航疲劳损伤不满足规范要求的构件满足要求,为火炬臂海上整体拖航提供可行的技术和方案。     

基于BCALoD的FPSO软刚臂系泊系统疲劳分析

针对软刚臂系泊系统铰节点在服役过程中出现的疲劳损伤问题,提出一种基于原型监测和局部密度双向聚类算法（Bidirectional Clustering Algorithm based on Local Density,BCALoD）的疲劳寿命计算方法。采用BCALoD算法对获得的船体六自由度进行工况分类,运用多体动力学将运动数据转算为受力时程,将其作为铰节点疲劳寿命分析的载荷谱。采用Abaqus软件建立各铰节点有限元模型以计算热点应力,结合Miner线性疲劳累积损伤理论和雨流计数方法计算疲劳寿命。进一步分析评估基于实测数据的铰节点疲劳设计指标,指出该FPSO软刚臂上铰节点的疲劳寿命不足以支持其完成服役,且各铰节点难以统一维护和更换。本研究可为在役软刚臂系泊系统的疲劳寿命计算提供一种新的载荷处理方法,为未来海洋平台的设计提供参考。     

基于累积损伤的FPSO上部模块简化疲劳分析

以浮式生产储油轮上部模块的疲劳评估为例,介绍了一种基于线性疲劳累积损伤原理的简化疲劳评价方法。方法考虑了FPSO生产周期内的各种工况和环境条件,并对各种工况做出合理的划分,借助海洋工程通用计算软件SACS的分析结果,最后得到了在一定概率下船体上部结构的累积损伤值。整个分析参照ABS规范,为海洋工程结构的简化疲劳评估提供了一种途径。     

FPSO多点系泊掣链器基座结构分析

多点系泊超大型FPSO作业于有主控波浪等环境荷载方向、环境条件较温和的特定海域。掣链器将系泊荷载传递至船体结构上。以一艘深水超大型FPSO多点系泊掣链器及基座为研究对象,介绍了多点系泊的总体方案和基本设计、详细设计成果,分析了采用企业标准、船级社规范等对多点系泊系统设计和分析工况的要求。运用时域耦合水动力分析方法,计算了系泊缆准动态最大拉力和掣链器与船体结构界面处的荷载。运用有限元分析方法,分析了掣链器、基座及船体的结构强度,确定了系泊荷载对FPSO船体结构的影响范围,预测了掣链器基座和FPSO船体结构的疲劳寿命。     

基于实测波频数据的海洋核动力平台多体动力特性评估

基于现有的渤海浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）实测数据,开展海洋核动力平台（Marine Nuclear Power Platform,MNPP）定位系统多体动力特性分析。建立MNPP定位系统的多刚体动力学模型,通过MNPP与渤海某FPSO的响应幅值算子（Response Amplitude Operator,RAO）,计算FPSO船体实测数据与MNPP响应的比例系数;根据FPSO船体实测数据计算MNPP 六自由度数据,并采用经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）方法保留原始数据的波频成分,在此基础上计算定位系统的系泊回复能力和各铰节点的受力行为。通过与FPSO软刚臂系泊系统受力状态进行对比分析,验证MNPP定位系统在实测海况下设计的合理性。可为MNPP系泊结构设计和安全运行提供科学的分析手段。     

FPSO一体化变形简化计算方法

研究FPSO主船体与上部模块结构一体化时船体梁的快速估算方法,主要目的是在船体设计初步阶段即可大致估算船体梁变形。根据FPSO自身特性对国内外相关估算公式进行分析改进,将改进后公式的计算变形值与整船有限元变形值进行对比,结果显示估算值与有限元计算值两者吻合度较高,改进后公式满足FPSO船体梁变形估算的精度要求,适用于FPSO船体变形的快速估算。     

FPSO上部模块管道疲劳分析方法的应用

在海浪和海风作用下,FPSO会发生中垂/中拱、摇摆以及颠簸起伏,其上部结构将获得加速度并且产生变形,船体的变形会通过生根在结构的支撑带动管道产生位移,因此设计寿命内FPSO上部模块管道是否会发生疲劳破坏需要重点评估。通过某项目实例,结合ASME B31.3和DNV规范,介绍了FPSO上部模块管道疲劳分析的方法。对于波浪运动产生的高周疲劳破坏,该方法能够将不同浪高对管道破坏程度不同的因素考虑在内,摒弃了疲劳极限分析方法过于保守的缺点,更为真实的反应了管道疲劳累积的程度,工程设计上可以采用该方法对FPSO上部模块管道疲劳破坏进行分析和评估。     

FPSO抗船舶碰撞工程设计分析

以西非近海一艘深水超大型FPSO为例介绍抗船舶碰撞设计理念。工程设计阶段考虑供应船和外输油船对FPSO的碰撞;考虑FPSO码头系泊、拖航、海上安装、生产和维修各工况,确定舷侧保护架和靠船区碰垫布置。详细设计阶段改进FPSO舷侧保护架基座,优化上、下基座处安装设计;进行FPSO船舶碰撞非线性结构动力分析,核实保护架受到供应船撞击后与被保护设施之间的最小间距,计算保护架和FPSO主船体各级事故工况的结构耐撞动能,预测FPSO主船体破损范围,验证FPSO主船体结构抗撞设计可靠性。     

FPSO上电脱水器底座强度的有限元分析

运用ANSYS软件对FPSO上电脱水器底座进行应力分析校核,在分析中不仅考虑了FPSO船体运动的影响,而且将数值模拟计算结果与经验计算结果进行了对比。本文可为FPSO上大型设备底座的优化设计提供参考。     

FPSO上部模块管道支架位移计算方法

FPSO服役期内,由于海浪和海风的影响,船体在压载、操作和拖航工况下发生中垂/中拱,船体变形带动上部模块运动,并通过生根在上部模块的支架而作用在管道上,使管道产生位移。为了保证FPSO安全连续运行,FPSO上部模块管道应力分析除了考虑管道重量、温度、压力等常规载荷外,还需要重点考虑船体变形引起的管道支架位移的影响。目前国内介绍FPSO上部模块管道支架位移计算的文献较少,因此结合FPSO项目实例,详细介绍了FPSO上部模块管道支架位移计算的两种方法:线性插值法和软件模拟法,以及通过Excel从CAESAR Ⅱ软件快速导入/导出管道支架位移数据的方法,以供其他FPSO项目参考。     

超大型FPSO上部模块弹性基座和甲板支墩设计分析

FPSO上部模块弹性基座和甲板支墩是上部模块与船体之间的关键界面,是FPSO结构设计优化重点。以西非近海深水超大型FPSO为例,开展了上部模块总体布置和质量计算、船体总纵刚度、模块基座边界条件、基座止升理念、弹性基座界面安装精度和甲板支墩结构设计分析等;分析了所属企业标准对FPSO上部模块弹性基座和甲板支墩设计要求。与基本设计相比,该FPSO上部模块操作总质量的详细设计结果增加了约35%,增大了主船体总纵刚度,改进了上部模块基座边界条件,准确计算了界面荷载,优化了弹性基座设计,细分了甲板支墩类型,提高了拖航工况结构许用应力,并提出了FPSO拖航监测及结构检验要求,有效控制了甲板支墩的质量。本文研究成果可为我国深水超大型FPSO设计建造提供借鉴。     

本期导读

正研究探讨RESEARCH DISCUSSION多点系泊超大型FPSO作业于有主控波浪等环境荷载方向、环境条件较温和的特定海域。掣链器将系泊荷载传递至船体结构上。《FPSO多点系泊掣链器基座结构分析》一文,以一艘深水超大型FPSO多点系泊掣链器及基座为研究对象,介绍了多点系泊的总体方案和基本设计、详细设计成果,分析了采用企业标准、船级社规范等对多点系泊系统设计和分析工况的要求。运用时域耦合水动力分析方法,计算了系泊缆准动态最大拉力和掣链器与船体结构界面处的荷载。运用有限元分析方法,分析了掣链器、基座及船体的结构强度,确定了系泊荷载对FPSO船体结构的影响范围,预测了掣链器基座和FPSO船体结构的疲     

浅水环境下典型外单点系泊系统的特性分析

针对浅水环境下典型外单点系泊系统的结构特性,建立悬链锚腿式系泊系统(Catenary Anchor Leg Mooring System,CALM)、单锚摇臂式系统(Sal Yoke System,SYS)、水上软刚臂式系泊系统(Soft Yoke Mooring System,SYMS)3种单点系泊系统和浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)船体的多体水动力模型。基于船体与外单点系泊系统的时域耦合分析算法,综合考虑风、浪、流载荷的影响,计算得到FPSO的运动响应和外单点系泊系统所受载荷,统计和比较各单点系统的系泊性能和特点,为浅水环境下外单点系泊系统的设计研究提供理论依据。     

适应南海海况的FPSO系泊系统设计与运动响应

为保障一艘多点系泊浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）在南海恶劣海况下的安全作业,设计外转塔式系泊系统,并对船体线型进行优化分析。基于三维势流理论,应用Wadam软件建立水动力计算模型,研究不同船型方案下的FPSO频域水动力性能,最终确定优选船型。通过时域耦合动力分析方法研究FPSO系泊船体在风、浪、流作用下的运动响应特性,对比船型优化前后的运动响应和系泊缆张力结果。计算结果表明,减小艉柱倾角、增大艏柱倾角能在一定程度上降低该型FPSO在南海的纵摇和垂荡运动响应,系泊系统设计满足船级社规范要求。     

FPSO克令吊基座结构直接设计

克令吊基座是吊机安全的重要保障,其屈服、疲劳强度在详细设计中应特别重视。以某FPSO吊机基座为设计研究对象,首先总结了基于精细网格的强度有限元直接计算评估技术、基于谱分析方法与确定性方法相结合的疲劳分析评估技术;其次提出吊机基座结构直接设计思路及流程,并对初步设计方案进行屈服、疲劳强度校核;最后对吊机基座结构方案进行优化设计与分析。研究表明:吊机筒体与船体纵向、横向强力构件相连接处容易产生高应力,需要重点关注;通过改变结构型式、尺寸使结构间的刚度匹配更合理,使各结构传递或承载更均匀;通过增加局部结构板厚等方法,可以提高结构强度及疲劳性能。该设计技术可为其它类似海洋工程结构设计提供指导。     

浮式生产储油船(FPSO)迁航性能计算

应用作业海域波浪短期统计特征长期分布计算法、粘性阻力和风浪中阻力增加计算以及运动与荷载的频域Green函数的计算方法,提供了FPSO迁航海况选择、迁航阻力确定和船体运动与遭遇波浪荷载预报的计算方法和应用实例。计算方法和性能表达方式对于FPSO迁航作业设计具有工程应用意义。     

基于CAESAR II的FPSO货油卸载系统管道应力分析

基于管道应力分析软件CAESAR II,以某FPSO项目为例,研究甲板货油卸载系统的分析方法。详细介绍风载、船体加速度、中垂中拱、爆炸阻力载荷等基本工况对管道应力的影响及载荷的计算,分析组合工况法和独立载荷法两种工况设置方法的区别,并根据FPSO在设计操作工况、设计极端工况、爆炸工况的实际运行状态及受载情况,利用组合工况法编制对应的分析工况,进行静力分析和疲劳分析,使管道系统始终处于安全运行状态,为FPSO船体管道的应力分析提供参考。