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FPSO外输多浮体系统水动力性能数值分析

发布时间:2020-10-24 11:44
   二十一世纪是海洋的世纪,随着海洋油气田被不断的发现和开采,具有适应水深范围广、抗外部环境载荷能力强等诸多优点的浮式生产储油平台(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)得到了快速的发展,然而如何将开采到FPSO上的原油安全地卸载到穿梭油轮上,一直是一个研究的热点。与旁靠式卸载方式不同,串靠外输方式可适用于两个不同吨位和尺寸的船型、且能适应较为复杂的海况,为目前主流外输方式。在实际外输过程中,FPSO和穿梭油轮不仅遭受风、浪、流及连接大缆等外力的影响,二者之间的水动力干扰情况也会影响着两船的运动响应情况,若FPSO和穿梭油轮发生过度纵荡或鱼尾运动,那么两船将很有可能发生碰撞,导致灾难性后果,这就需在穿梭油轮尾部施加一定位拖轮使穿梭油轮与FPSO保持安全间距和合理角度,所以如何快速求得所需的拖轮拖力的大小是十分必要的。以AQWA软件为工具,对FPSO串靠外输作业系统进行水动力性能分析,建立了动态耦合模型与全耦合模型,分别计算了不同模型下所需拖轮拖力并进行比较。本文主要对以下几方面进行了研究:(1)以某海域作业的FPSO和穿梭油轮为研究对象,研究了不同水深吃水比时,通过数值计算方法、OCIMF规范方法与实验方法对风、流载荷进行计算,并将计算结果进行比较,得出三种方法的特点及适用范围;(2)建立了FPSO-穿梭油轮-拖轮的动态耦合模型,对FPSO与穿梭油轮之间的水动力干扰进行研究,并充分考虑了两船间的串靠大缆与之耦合作用,求得了不同海域不同环境参数下所需的拖轮拖力,并与静态模型及准动态模型的结果进行比较;(3)建立软刚臂-FPSO-穿梭油轮-拖轮的动态全耦合模型,考虑了软刚臂对串靠外输系统的影响,计算了不同海域下穿梭油轮不同载况(满载、压载)所需的拖轮拖力,并与静态模型、准动态模型、动态耦合模型的计算结果进行比较;(4)对全耦合模型进行可靠性分析,首先研究了两船间距、不同载况及不同水深对所需拖轮拖力的影响。然后以极值理论为基础,研究了FPSO及穿梭油轮发生碰撞的几率及触底的可能性。论文研究结果及结论可为FPSO串靠外输作业拖轮的选型提供理论依据,也可为拖轮操作人员提供现场指导作用。
【学位单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:U674.38
【文章目录】:
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 串靠外输研究现状
        1.1.1 FPSO串靠外输方式
        1.1.2 FPSO串靠多浮体耦合性能分析研究
        1.1.3 环境载荷计算研究
        1.1.4 软刚臂单点系泊系统研究
        1.1.5 FPSO碰撞风险性分析研究
        1.1.6 本论文的研究的背景及意义
    1.2 研究内容及研究方法
    1.3 论文各章节安排
2 数值计算分析基本理论
    2.1 概论及坐标系定义
    2.2 基于RANS法的船舶风、流载荷计算
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 RANS法网格收敛性研究
        2.2.4 RANS法验证算例
    2.3 FPSO船体运动及其耦合问题的计算理论
        2.3.1 AQWA软件介绍
        2.3.2 多浮体运动的三维势流理论
        2.3.3 多浮体运动方程
        2.3.4 风、流载荷系数计算
        2.3.5 波浪力计算
        2.3.6 AQWA数值验证算例
    2.4 本章小结
3 FPSO串靠外输作业风及流载荷计算数值方法与OCIMF方法比较研究
    3.1 概述
    3.2 计算模型
    3.3 计算域建立及网格划分
    3.4 风剖面模拟
    3.5 流载荷计算
        3.5.1 FPSO流载荷计算
        3.5.2 穿梭油轮流载荷计算
    3.6 风载荷计算
        3.6.1 FPSO风载荷计算
        3.6.2 穿梭油轮风载荷计算
    3.7 数值计算结果与OCIMF规范适用性分析
    3.8 本章小结
4 基于动态耦合效应FPSO串靠外输系统水动力分析
    4.1 概述
    4.2 FPSO串靠外输分析方法
    4.3 数值模拟计算
        4.3.1 计算模型
        4.3.2 环境条件
        4.3.3 拖轮的拖力折损计算
    4.4 频域分析
    4.5 时域耦合分析及数值计算
        4.5.1 FPSO与穿梭油轮水动力干扰分析
        4.5.2 不同模型所需拖轮拖力值比较
    4.6 本章小结
5 软刚臂系泊FPSO串靠外输系统所需拖轮拖力的预报
    5.1 概述
    5.2 软刚臂系统工作原理
        5.2.1 外输系统受力平衡方程
    5.3 计算模型
    5.4 时域耦合分析及数值计算
        5.4.1 软刚臂系泊系统动力响应分析
        5.4.2 不同模型所需拖力值比较
    5.5 本章小结
6 外输多浮体系统可靠性分析
    6.1 参数敏感性分析
        6.1.1 两船间不同间距对所需拖轮拖力的影响
        6.1.2 不同载况及不同水深对所需拖轮拖力的影响
        6.1.3 不同系缆方式对所需拖轮拖力的影响
    6.2 外输过程风险性分析
        6.2.1 极值理论
        6.2.2 I型极值分布验证
        6.2.3 碰撞分析
        6.2.4 触底分析
    6.3 本章小结
7 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 本论文的主要创新点
    7.3 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号:2854417

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