浅水浮式生产储卸油系统与油轮并联外输时的运动响应研究.pdf

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1、第43卷第8期2013年8月中国海洋大学学报PERl0DICAL0FOCEANUNIVERSITYOFCHINA43(8)：099～106Aug．，2013浅水浮式生产储卸油系统与油轮并联外输时的运动响应研究+李西亮，王树青“(中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室，山东青岛266100)摘要：目前多浮体结构广泛应用于海洋油气工程中，结构的运动由于相互水动力作用而变得非常复杂。本文基于多体耦合分析方法对一浅水软刚臂系泊的浮式生产储卸油系统(FPSO)与穿梭油轮并联外输时的运动响应进行了研究，应用多体水动力软件

2、AQWA建立了两船并联布置时的数值模型，两船之间用系缆和充气护舷进行连接，考虑风浪流等环境条件，在时域内对系统运动进行了耦合动力分析。重点探讨了护舷的摩擦性能以及充气压强对系统运动响应的影响，并评估了系统在不同风向下的运动以及系缆的受力情况。研究结果可以为优化系统参数，评价系统性能提供依据。关键词：FPSO；油轮；并联；充气护舷；耦合动力分析中图法分类号：P752文献标志码：A文章编号：1672—5174(2013)08—099—08随着世界对油气资源需求的不断增加，多浮体系统已经越来越广泛的应用于海洋油气

3、开采和运输过程中。应用最多的便是两船体之间油气的传输，两船体通过串联或并联的方式进行连接。串联布置时两船首尾通过一条或多条高强度缆索相接，串联成一条直线排列。而并联布置时，两船并排在一起，并通过多条系缆连接，中间设置防撞护舷。串联方式的优点是能适应较为恶劣的海况，因此受到广泛应用，但在运载船的尾部一般要有拖轮的协助，管线的连接由于距离较远也比较麻烦。并联方式适合在海况较好的海域使用，两船的距离较近，管线的连接较为方便。但并联布置时两船对环境变化敏感，并靠操作也较为困难。目前串并联实际应用较为广泛的典型实例是

4、浮式生产储卸油系统(FPSO)与穿梭油轮(Shuttletanker)的原油输送。油田通过单点系泊系统将采油平台开采的海底石油用海底输油管线输送到FPSO，并在黜上进行处理，存储在货油舱里，然后穿梭油轮与黝通过串联或者并联的方式，往返运输储存在嗍上的石油。目前我国现行的FPSO油气外输布置方式如表1所示。近年来，全球天然气勘探与开发逐渐深人，由于许多气田是深海气田或边际小气田，海上液化天然气(LNG)技术的研究也成为热点，其中LNG的串并联装卸载方式成为各国研究的重点内容，图1为深海LNG-FPSO与LNG

5、运输船并联卸载时的效果图。浅水中LNGFS0的卸载也是采用串并联的传输方式。LNG-FSO是作为近海LNG储存的输出终端，LNG从陆上液化工厂通过海底低温管线输送到软钢臂系泊的LNGFSO上，等待LNG运输船的运输。与输送原油不同的是，由于LNG的低温特性，不能采用传统的软管输送，而必须采用刚性的卸载装置，而并联方式由于可以采用刚性卸载臂传输LNG，因此受到广泛的研究。针对两船体并联布置相互作用的问题，国外学者开展了一系列的研究。Fang和Kim[1]运用二维切片理论研究了平行布置的驳船之间的相互作用。Fa

6、ng和Chen[2]分别用线性势流理论和三维源汇分布法研究了波浪中两浮体之间的相对运动，波面变化等，并用远场法计算了波浪漂移力，认为三维源汇分布法更为准确。Buchner[31等人运用时域分析方法对LNC-FPSO与LNG船并联布置时的水动力响应进行了数值模拟。HongH]等人则运用高阶边界元和直接压力积分法分析了多浮体在波浪中的相互水动力作用。为了更为准确的研究通过系缆连接的两浮体的运动响应，两浮体之间的耦合效应模拟尤为重要。Koo[53等人建立了全耦合的分析模型，在时域内运用3种方法对两浮体的运动响应以

7、及相互水动力作用进行了研究，同时还对护舷受到的荷载进行了模拟。MamounNaciri等[63对并联系泊的浮式储存与再气化装置(FSRU)与LNG船分别用3种软件进行了研究，重点分析了两船的相对运动和锚链拉力。针对普遍使用的势流理论，由于不考虑黏性效应，模拟结果的准确性受到影响。Inoue[7]等*基金项目：国家自然科学基金重大国际合作项目(51010009)；新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-lO-0762)资助收稿日期：2012-01—03；修订日期：2012—11—22作者简介：李西亮(1988一

8、)，男，硕士生。E-mail：lightleel988@163．corn**通讯作者：E-mail：shuqing@OUC．edu．cni00中国海洋大学学报研究了多浮体结构在不规则波浪中的二阶漂移力和运动响应，在模拟计算中考虑了横摇粘性阻尼，并与模型试验结果进行了对比。Chitrapu等[8]运用一种有效的时域方法评估了并联系泊有航速的两船的耐波性和操作性能，并考虑了锚链的非线性、护舷的作用以及横摇粘性效应。W