FPSO上火炬塔疲劳寿命与管节点强度分析

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1、独创性声明本人声明所里交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：洱k‘Al黾关于论文使用授权的说明本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)印m舞占

2、日lB沙谬多月／日中国石油大学(华东)硕士论文第1章绪论1．1引言能源，尤其是石油，是一个国家国民经济发展的动力。随着陆地石油资源的不断减少，世界各国越来越多的关注海上油气的开发与生产，特别是近几年，海上油气田的开发与生产已成为各国重点发展的方向，尤其在深水方面。而有着“第二个波斯湾”之称的我国南海深水海域必将成为2l世纪我国深海油气开采的主要内容。随着国际深海油气资源的不断发现和开发，传统的导管架式平台(图1-1)和重力式平台(图1-2)flj于水深造成结构重量和工程造价大幅度增加，已不能适应深海油气的开发。一种无论在深海还是在浅海中都已经得到广泛应用的浮式生产储油装置(FPSO--Fl

3、oatingProductionStorageandOffloading)尸．用于世界各大海域。它集生产、储存、外输、生活及动力于一体，是海洋石油投资最大的工程单体，也是海洋工程船舶中的高新技术产品，‘而且大部分FPSO都是从现有大型油轮改装而成，相对固定平台而言，具有投资小且能转移地点重复使用的优点，已成为世界海上油田工程的主流形式，具有广阔的市场发展前景【l】。图1．1国内最大的导管架式平台图1．2混凝土结构重力式平台目前，FPSO尸．经工作在具有良好海况的西非及巴西海域，工作水深一般在1000米到1800米。图1．3及图1．4分别是在西非及北海挪威海域服役的中国石油大学(华东)硕士论

4、文第1章绪论两条FPSO，图1—5及图1．6是在巴西海域和中国海域服役I拘FPSOt2l。图1-3Shelli西非BongaFPSO1虱1-4在挪威海域的S协toilAsgardFPSO图1．5PetrobrasP-37FPSO在巴西海域图1．6中海'油LuFengFPSO在中国海域研究表明在很广的水深范围内FPSO比其它浮式生产系统占有成本优势。多年来FPSO发展的一般趋势是存储能力的提高和水深的增加。目前，世界30万吨级以上的FPSO只有4艘，我国正在上海外高桥准备建造国内最大的30万吨FPSO，该船长323米，储油量能达到200万桶。表1．1中列出了世界上主要FPSO设计、建造、安装

5、、拥有及运营的有关公司，表中的蓝色区域代表己拥有该技术，白色区域代表该技术空白，从表中可以看出，SBM公司优势显著，而中海油在FPSO的设计、建造等方面仍是空白，因此，我们必须正视并努力缩短与先进造船企业问的差距，为进一步开发深海油气资源奠定基础。当然，很多主要大型造船厂都具备建造FPSO船体的能力，如南韩的大宇，现代：中国的外高桥，大连新厂等。图1．7是世界上300米以上水深FPSO的统计图。中国石油大学(华东)硕士论文第1章绪论表1．1世界上拥有、设计、建造、安装及运营FPSO的主要公司图I-7300米以上水深的FPSO统计图作为海上油气开发的关键设施，其上部设施通常包括一个动力模块，

6、一个热介质模块，3个油气处理模块，2个生产水处理模块和一座火炬塔。图1-8是加拿大石油公司(PETRO．CANADA)暑fl其它石油公司共同在加拿大的TerraNova油田开发项目中所采用的双层底的FPSO，它描述了典型FPSO的壳体及上层建筑设施的一般系统布局。图1-9给出了该油田的总体布局pJ。中国石油大学(华东)硕士论文第1章绪论图1·8TerraNovaFPSO的甲板和壳体布局图1．9TermNova油田开发布置1-2火炬塔疲劳问题的提出火炬塔是一种以露天燃烧方式来处理废弃气体的装置，通常能达到几十米，是FPSO上的重要结构物。与其它的海洋结构物一样火炬塔主要由钢管构件焊接而成，在

7、这些焊接节点处很容易产生应力集中。图1．10、图1．11分别表示火炬塔在FPSO上的位置和火炬塔自身结构构造。图1．10火炬塔在FPSO上的位置图1．1l火炬塔结构模型由于海浪会使船体产生6个自由度的运动，船体的这种运动传给高达几十米的火炬塔，使火炬塔不断遭受交变载荷作用导致管节点处产生疲劳破坏。因此，火炬塔的疲劳寿命设计问题就成为FPSO设计中要解决的关键技术之一。此外，随着大型有限元软件的发展，国内外关于结构疲劳寿命