（船舶与海洋工程专业论文）浮式生产储油船设计技术开发.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 本文的研究目标是分析研究市场需求，研究考虑最佳技术经济条件下的总布置形 式，探讨船型综合评价方法体系，并用于指导开发设计优秀船型及总布置方案，以增强 我国在国际海洋工程市场上的竞争能力。 本文通过对有关f p s o 的文献资料进行整理分析，总结得出国内外f p s o 发展现状， 并进一步对f p s o 的发展趋势进行展望和预测。并对f p s o 的船型数据资料进行统计分 析，利用统计回归分析方法得到当代f p s o 主尺度及主要要素数学模型，并通过验证证 明该数学模型可以作为初步船型方案设计和指导今后的报价设计和合同设计。 本文还提出了一种适合于f p s o 技术经济指标评价体系，提出比较适合于评价 f p s o 船的技术指标- 长度排水量系数和垂荡周期，用来评价f p s o 的稳性和抗风暴 能力。并将本文中1 5 万吨f p s o 与国内外同类型船主要技术经济指标进行对比，分析 其优缺点及产生原因，指出可改进之处。同时在最佳技术经济条件下对该船的总布置和 最佳分舱方案进行研究，根据模型试验结果的耐波性分析报告和a p l 的建议， c n o o c 瓜俄对c 对整个f p s o 系统作了如下优化：修改了f p s 0 的船艏及艉部的线型， 一定程度改善了f p s o 的耐波性能；校核受拍击局部区域的强度，适当加强该区域；根 据百年一遇甲板上浪分析的结果，修改了甲板上的防浪墙及艏楼结构设计；根据耐波性 分析报告提供的加速度值，校核了甲板上工艺模块及火矩塔，直升机坪的结构设计强度； 根据a p l 提供的的极限工况下的波浪弯矩( 6 0 0 x 1 0 4 k n m ) 及估算的静水弯矩值，m a r i c 复核了船体的总纵强度。 最后通过对1 5 万吨f p s o 船各项技术经济指标的分析，采用三种系统评价方法对 该船进行评价，即国标法，改进的层次分析法( a h p ) 和基于客观熵信息的交互式多目 标决策方法。实践证明，采用以上三种方法对该船进行船型方案系统评价是可行的和可 靠的，但随着船型发展的复杂化和系统化，以上系统评价方法也会暴露出其缺点，还有 待于做进一步改进，以指导开发设计优秀船型及总布置方案，以增强我国在国际海洋工 程市场上的竞争能力。 关键词：f p s o ：优化设计；总布置；优秀船型 浮式生产储油船设计技术开发 t h et e c h n o l o g yd e v e l o p m e n to ff p s od e s i g n a b s t r a c t t i l i st h e s i sb e l o n g st ot e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tt o p i co ff p s o - s u b l e v e lt o p i co fg e n e r a l a r r a n g e m e n tp r i n c i p a la n dp r o g r a md e m o n s t r a t i o n t h i si sac o o p e r a t i v ei t e mo f d a l i a n s h i p b u i l d i n gi n d u s t r yc o l t d a n dd a l i a nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y t h i st h e s i si sb a s e do n n a n h a if e n j i nf p s ow h i c hi sd e s i g n e db yt h ed a l i a ns h i p b u i l d i n gi n d u s t r yc o l t d a c c o r d i n gt ot h ec o n t r a c t ，t h ep r i m a r yc o n t e n t sa r e ： 1 b a s e do nt h ec o n t r a s to ft w o15 0 ，0 0 0t o n e sf p s o f p s o 一1a n df p s o - 2 ，o p t i m i z et h e g e n e r a la r r a n g e m e n tt y p e s ； 2 o p t i m i z ec a r g oo i lt a n k ，b a l l a s tt a n k ，s u b d i v i d i n ga n da r r a n g e m e n t ； 3 o p t i m i z et h ea r r a n g e m e n to fp u m pc a b i na n dt h es u b d i v i d i n go fo i la n dw a t e rt a n k ； 4 o p t i m i z et h el i f eb u i l d i n ga r r a n g e m e n t ； 5 o p t i m i z et h en o n r e l i e v et y p eo fr e s i s t i n gd e e po c e a ns e v e r es e ac o n d i t i o n ； 6 i n v e s t i g a t et h em e t h o ds y s t e mo fs h i pt y p ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 1 1 1 er e s e a r c hp u r p o s eo ft h i st h e s i si st oa n a l y s i sa n dr e s e a r c hm a r k e td e m a n d ，g e n e r a l a r r a n g e m e n tu n d e rt h ec o n d i t i o no ft h eb e s tt e c h n i c a la n de c o n o m i c a le f f e c t si sc o n s i d e r e d ，a n d c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ns y s t e mo fs h i pt y p ei sd i s c u s s e d ，w h i c hi su s e db yg u i d i n gt h e 、 d e v e l o p m e n to fs i g n i f i c a n ts h i p s _ a n dg e n e r a la r r a n g e m e n t ，t oe n h a n c et h ec o m p e t i v ea b i l i t yo f i n t e r n a t i o n a lo c e a ne n g i n e e r i n gm a r k e t a f t e rt h r e em o n t h s s t u d y ，t h er e s e a r c hc o n t e n t so fr e g u l a t i o n so fc o n t r a c ta r ec o m p l e t e d i nt h et h e m a t i c k e yw o r d s ：f p s o ；s i g n i f i c a n ts h i p s ；o p t i m i z ed e s i g n ；g e n e r a la r r a n g e m e n t i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：遭拭生章4 这亟验蹦撵堑靶 作者签名： 盘查： 日期：型昼年垄月j 生日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 f 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 滥兰耸拯矗叁夺煎进整塞巡! 作者签名： 查、日期：兰堕让月卫日 导师签名： 章= ： 日期：圣翌星年三月坐l 日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1专题概况及研究思路 本专题是“九五”国家重大技术引进消化吸收“一条龙 项目一一浮式生产储油船 ( f p s o ) 设计技术开发专题中总体布置原则及方案论证子专题，是由大连新船重工责任 有限公司和大连理工大学合作进行研究的项目。根据子专题任务书的要求，需要分析研 究f p s o 的市场需求，研究考虑最佳技术经济条件下的总布置形式，探讨船型综合评价 方法体系，并用于指导开发设计优秀船型及总布置方案，以增强我国在国际海洋工程市 场上的竞争能力。 基于以上要求，提出如下研究思路： ( 1 ) 通过图书馆、船厂、船级社、航运公司以及因特网等多种渠道，广泛收集当代 f p s o 的船型数据资料和有关f p s o 综合论述方面的文章，以及一些关于如何建立船舶数 学模型和如何对船舶进行综合评定方面的文章。 ( 2 ) 对f p s o 的相关文献资料进行整理分析，总结得出国内外f p s o 发展现状，并进一 步对f p s o 的发展趋势进行展望和预测。 ( 3 ) 对f p s o 的船型数据资料进行统计分析，利用统计回归分析方法得到当代f p s o 主尺度及主要要素数学模型，并进行验证，以图表形式表达出来。 ( 4 ) 提出一种适合于f p s o 技术经济指标评价体系，并将该船与国内外同类型船主要 技术经济指标进行对比，分析其优缺点及产生原因，指出可改进之处。 ( 5 ) 对该船的总布置和最佳分舱方案进行研究并提出合理化建议。 ( 6 ) 通过整个研究成果，从优化综合技术经济性能角度对该船进行综合评定，以指导 今后开发设计优秀船型及总布置方案。 以上研究思路，可以用图1 1 表示： 浮式生产储油船设计技术开发 图1 1 专题研究思路图 f i g 1 1s u b j e c tr e s e a r c hr o u t e 1 2f p s o 资料收集情况 该项目自2 0 0 1 年1 2 月开始着手以来，研究小组先后数次到大连新船重工有限责任 公司进行调研，收集有关f p s o 及国内外同类型船舶的资料，还到大连理工大学图书馆 和大连海事大学图书馆查阅了大量的中文、英文和日文杂志，同时从英国劳氏船级社 ( l r ) 得到有关国内外在营的船舶数据资料光盘一张，它基本含盖了国内外所有船型资 大连理工大学专业学位硕士学位论文 料。由于f p s o 在国内外建造艘数不多，并且是最近几年才得到广泛推广，所以有关f p s o 资料不是很全，考虑到f p s o 在外形上具有油船的许多特点，故在做f p s o 技术经济指标 评价时，通常用油船资料来代替，通过实例验证这种方法是可行的。从光盘中检索到有 关国内外浮式生产储油船( f p s o ) 和同类型油船1 6 0 0 余条( 如图12 所示) ，基本含 盖了国内外所有船型资料数据，详细资料见 础上，对所收集到的资料进行了整理和分析 进行，总结。 ( y t l f p s os o0 10 1 ) 。研宄小组在此基 建立了相应的船型数据库，并对文献资料 i 2 * 目n 川日) i e ：船ot 1 删 db 口r x b 口tz z n 日m 日 。- “ 。f ；! 目日- x # e - o 一- 9 10 = 8 r5 8 2 图1 2 国内外浮式生产储油船( f p s 0 ) 和成品油船原始数据表 f i g i2 f p s oa n do i l t a n k e ro r i g i n a ld a t a t a b l e 1 3 国内外f p s o 发展现状 这部分内容是在对所收集到的文献资料分析整理基础之上，得到的一些总结和概 括，主要包括：移动式采油平台发展的历史背景、移动式采油平台的分类、f p s o 发展现 状、f p s o 特点以及f p s o 未来发展趋势。 浮式生产储油船设计技术开发 1 3 1 移动式采油平台发展的历史背景 鉴于海洋采油向深水域发展这一较长时间发展的必然趋势，固定式采油平台工作水 深超过l o o m 之后，造价越来越昂贵，其允许经济极限工作水深大约小于4 5 0 m 。发展移 动式、特别是浮式采油平台显得特别重要。f p s o 至今仅有3 0 a 的历史，由于f p s o 具有 储油多、投资省、可转移等有点而得到迅速发展【l 】。某些边际油田的开发，需要发展移 动式采油平台，以节省建造昂贵的固定式采油平台的投资，使之能重复使用，从而解决 了开采边际油田的经济性与可行性，这也是世界上移动式采油平台能得到迅速发展的重 要原因。 1 3 2 移动式采油平台的分类 世界上移动式生产( 采油) 平台发展的主要类型有四类：即浮( 船) 式生产储油卸 油系统、半潜式生产系统、张力腿生产系统和自升式生产系统。这四类生产系统除其本 身主体( 浮船式、半潜式、自升式及其结构内的生产分离处理、动力、锚泊、储存等) 外，还有海底完井或水面完井系统( 导管架井口平台) 等。f p s o 有多种名称，如浮式生 产储油卸油装置、浮式生产储卸油轮、浮式生产储存外输船、浮式生产储油装置等【2 】。 目前全世界共有移动式海上采油装置1 2 7 艘，其中浮( 船) 式生产储油卸油装置共 6 9 艘，占总数的5 4 3 ；半潜式生产平台有3 8 艘( 含张力腿平台4 艘) ，占总数的2 9 9 ； 其次是自升式平台，共有2 0 艘，占1 5 7 ( 如图1 3 所示) 。 浮船式储油卸油麓置( f p ) 半潜式生产平台( 古张力腿平台)自生式平台 移动式海上采油装置分类裘 图1 3 移动式海上储油卸油装置比例图 f i g 1 3f l o a t i n gp r o d u c t i o ns t o r a g ea n do f f l o a ds y s t e mp r o p o t i o n m o xv嚣丑垃龌 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 3 3 浮( 船) 式生产储油系统发展现状 浮( 船) 式生产储油卸油装置( f l o a t i n gp r o d u c t i o ns t o r a g ea n d o f f l o a ds y s t e m ， f p s o ) 到目前为止，全世界建成和在建的共有6 9 艘。其主要特点为： ( 1 ) 浮船型( 尚不包括浮式储油卸油装置，即f l o a t i n gs t o r a g eo f f l o a d ，简称f s o 或f s u ) ，机动性和运移性好； ( 2 ) 具有适应深水采油( 与海底完井系统组合) 的能力； ( 3 ) 具有在深水域中较大的抗风浪能力； ( 4 ) 具有大产量的油、气、水生产处理能力和原油储存能力。 f p s o 可以与导管架井口平台相组合，也可以与自升式钻采平台相组合成为完整的海 上采油、油气处理和储油、卸油系统( 如图1 4 所示) ，但更主要的是用于深水采油与 海底采油系统( 包括海底采油树、海底注水井井口、海底管汇、立管管汇和控制系统等) 组合成为完整的深水采油、油气处理、原油储存和卸油系统。 图1 4f p s o 与海底生产并组成图 f i g 1 4 f p s oc o m p o s i n gw i t hb e n t h a lw o r k i n gw e l l 1 3 4f p s o 未来发展趋势 ( 1 ) 工作水深逐年增加、抗风暴能力增强 从被统计的6 9 艘浮( 船) 式生产储油卸油装置可知，工作水深小于1 0 0 m 为2 4 艘， 占3 5 8 ；工作水深1 0 0 5 0 0 m 者最多，为2 7 艘，占3 7 3 ；工作水深大于5 0 0 1 0 0 0 m 者为7 艘，占1 0 5 ；工作水深在1 0 0 0 m 以上为3 艘，占4 5 ；其余8 艘尚不明工作 浮式生产储油船设计技术开发 水深，占1 1 9 ( 如图1 5 所示) 。可见其工作水深主要在1 0 0 5 0 0 m ，但随着采油工作 水深的增加，大于5 0 0 m 工作水深者在逐年增加。 目前，由r o a rr a m d e 和挪威海事技术公司( m a r i t i m et e n t e c h ) 联合设计，由韩 国现代重工施工建造并接近完工的“r a m f o r mb a n f f 号f p s o ，工作水深达1 5 2 4 m 。该 f p s o 属英国所有，由c o n o c o 公司作为操作者，计划用于北海的b a n f f k y l e 深水油田， 其抗风浪能力为百年一遇，浪高可达1 6 7 6 m 。另一艘目前在新建而尚未完工的，属英国 所有的f p s o ，工作水深达2 0 0 0 m ，堪称目前世界上顶级采油水深的浮( 船) 式生产储油卸 油船，由h a r l a n d & w o l f f 全部负责设计和建造，由巴西国家石油公司( p e t r o b r a s ) 承 担操作者，用于与深海海底完井系统相组合的采油。 “； 二 ，l ， ： 一二一一一 ， 7；。 卜j ；i 。， 1 0 0 5 0 05 0 0 1 0 0 0 大于1 0 0 0 工作水深( - ) 图1 5 工作水深 f i g 1 5o p e r a t i n gd e p t h ( 2 ) 原油储存能力增大，船的主尺度和载重吨位提高 在6 9 艘f p s o 中，除4 艘船的储存能力不明外，其他6 5 艘f p s o 中，储存能力 小于1 0 万m 3 者共2 5 艘，占3 9 7 ；1 0 万 - 2 0 万m 3 储存能力者有2 8 艘，占4 1 3 ； 大于2 0 万 3 0 万m 3 者5 艘，占7 。9 ；大于3 0 万m 3 ，而达3 1 8 万m 3 者共7 艘，占 1 1 1 。( 如图1 6 所示) 。可见f p s o 的原油储存能力在1 0 万2 0 万一之间占了大 多数，新建造的7 艘f p s o ，如巴西国家石油公( p e t r o b r a s ) 新建或改建的“巴油37 ”、“巴 油3 3 ”、“巴油31 ”、“巴油3 5 ”、“巴油3 8 ”和“f p s 0 6 ”、n k o s s an k p , 其储存能力均达 31 8 万m 3 ，堪称世界上最大级，其最大载重吨位达2 8 5 万t ，船的主尺度为长3 4 4 2 m ， 们 弘 ：| 窨 垢 埔 5 o xv举：h姐龌 大连理工大学专业学位硕士学位论文 宽5 4 3 m ，型深2 8 3 m ，最大吃水深度2 2 m 。 4 5 4 0 3 5 3 0 芭2 5 墨 罨2 0 蝰 1 5 1 0 5 0 ， ： r。 ， f4 ， t ：， ， -一，二 r ，。 j ，“， f | _ “ ， ， 。j 7u 7 ，、，? ： ” ： ：。 ? 。， 小于1 0 1 0 2 02 0 3 0 大于3 0 储油能力( 万m 3 ) 图1 6f p s o 储油能力 f i g 1 6 f p s oo i ls t o r a g ea b i l i t y ( 3 ) 原油、生产水的处理能力增强 从现有6 9 艘f p s o 中，已知原油日处理能力者共6 3 艘，其中日处理能力小于 5 0 0 0 m s 者共有1 5 艘，占2 4 6 ；日处理能力5 0 0 0 - - 一1 0 0 0 0 m s 者共2 7 艘，占4 1 0 ，日处 理能力1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 m 3 者共1 3 艘，占2 1 3 ；大于2 0 0 0 0 m 3 者共8 艘，占1 3 1 ( 如图 1 。7 所示) 。从上述统计可见，日处理能力5 0 0 0 i 0 0 0 0 m 者占了近半数。但随着大型 油气田的开发，日处理能力超过3 万m 3 者全球已有两艘，其中由新加坡远东利文斯顿船 厂建造，由挪威国家石油公司所有并操作使用的“n o r n e ”号f p s o ，日处理能力达3 5 万m 3 ( 2 2 0 0 0 0 桶) ，生产水的处理能力也较大，为1 9 9 0 0 m 3 d ，注水能力高达4 0 0 0 0 m 3 d ； 另一艘英国的“碧水号( b l u ew a t e r ) ”f p s o 的生产水处理能力高达3 0 0 0 0 m a d ，注水能 力也达1 11 8 0 m 3 d 。 浮式生产储油船设计技术开发 4 5 4 0 3 5 3 0 墨2 5 丑 衄 龌2 0 1 5 l o 5 o j， ， ，j 。 ：。 t、 j ， l 小于6 0 0 05 0 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 0 2 0 0 0 0 原油日处理能力( - a d ) 图1 7f p s 0 原油日处理能力 f i g 1 7 c r u d eo i ld i s p o s a la b i l i t ye v e r yd a y ( 4 ) 新增加了天然气的处理和转换成压缩天然气外输的能力 鉴于过去海上f p s o 生产的原油主要用穿梭油船外输，油田中生产的天然气在不值 得铺设海底管线的情况下，只能将价值昂贵的天然气经分离后通过f p s o 的火炬将其烧 掉。但从目前6 9 艘f p s o 中，已知具有天然气处理能力者共5 1 艘，其中具有压缩天然 气能力者共2 4 艘( 不包括向井内注气者) ，占4 7 。这是一项十分重要的技术经济举措， 因为它可以将天然气压缩( 简称c n g ) 后用罐装船舶外输或用海底管线输送，将宝贵 的油田中同时生产的天然气和油中的伴生气能源加以利用，这实在是利用能源、增加油 田经济效益不可忽视的举措。在上述2 4 艘具有c n g 能力的f p s o 中，c n g 能力小于 5 0 万m 3 d 者共6 艘，占2 5 0 ：c n g 能力5 0 万1 0 0 万m 3 d 者共4 艘，占1 6 7 ；c n g 能力1 0 0 万 - - 2 0 0 万m 3 d 者共6 艘，占2 5 o ；c n g 能力2 0 0 万 - - - 4 0 0 万m 3 d 者共3 艘，占1 2 5 ；c n g 能力4 0 0 万一, 8 0 0 万m 3 d 者共3 艘，占1 2 5 ；c n g 能力大于8 0 0 万m 3 d 者共2 艘，占8 3 ( 如图1 8 所示) ，分别是刚果的n k o s s a n k p ”号f p s o ， 其c n g 能力达8 5 0 万m 3 d ，另一艘属挪威国家石油公司所有并在建造中的“a s g a r da ”号 f p s o ，其c n g 能力高达1 5 0 0 万m 3 d ，算是当今f p s o 中c n g 日产能力的顶级。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 0 拍 2 0 x 嚣1 5 抠 屺 龌 l o 5 0 1 0 0 2 0 02 0 0 。4 0 0 c n g 能力( 。a d ) 图1 8 压缩天然气( c n g ) 外输能力 f i g 1 8 c n g o u t p u ta b i l i t y ( 5 ) f p s o 的立管形式增多 ( 6 ) 锚泊能力和动力配置能力也增大，动力定位技术等均有新的发展，适应海况能力 增强。 1 3 5 我国海上移动式采油平台发展现状 我国海上移动式采油装置自2 0 世纪9 0 年代以来，已有1 0 艘投入海上采油作业， 其中9 艘f p s o ，半潜式生产平台1 艘。在9 艘f p s o 中：“渤海明珠号”系由上海江南 造船厂建造，由中国海洋石油总公司( 以下简称c n o o c ) 渤海石油公司拥有，投入渤海 地区采油作业，其工作水深3 1 m ，可适应风暴能力为：风速7 4 k n ，浪高5 5 m ，船体主尺度 为长2 1 0 m ，宽3 2 9 2 m ，型深2 0 4 2 m ，吃水1 1 6 m ，载重5 5 0 0 0 t ，乘员4 7 人，日处理原油能 力为7 1 5 5 m 3 d ，储油能力6 2 0 0 0 m 3 ；“渤海友谊号”由上海沪东船厂建造，工作水深2 2 9 m 亦为c n o o c 渤海石油公司拥有，在渤海海区作业，适应风暴能力与“渤海明珠号”相同， 船体主尺度为长2 1 7 m ，宽3 1 m ，型深1 7 6 8 m ，吃水1 0 2 m ，载重5 5 0 0 0 t ，储油能力6 2 0 0 0 m s ， 乘员4 7 入，油气处理能力为：原油3 6 2 7 m 3 d ，水3 9 7 m 3 d ，天然气8 5 万l ! 1 3 d ：“长庆号 由上海沪东船厂建造：工作水深2 0 m ，载重5 2 0 0 0 1 ：，储油能力5 8 5 0 0 m 3 ；“南海奋进”号系 浮式生产储油船设计技术开发 由大连新船重工有限责任公司承担制造，由c n o o c 拥有并投入南中国海作业，工作水深 11 7 m ，可适应风暴能力为：风速6 5 1 k n ，船体主尺度为长2 5 0 o m ，宽4 6 o m ，最大吃水 1 7 5 m ，型深2 4 6 m ，载重1 5 0 0 0 0 t ，储油能力1 5 8 0 0 0 m 3 ；“渤海世纪”号系由大连新船 重工有限责任公司设计承担制造，由c n o o c 和美国德士古n 科( t e x a c o a r c o ) 共同拥 有并投入秦皇岛渤海湾作业，工作水深1 9 9 6 m ，船体主尺度为垂线间长2 8 2 m ，型宽5 1 m ， 型深2 0 6 m ，吃水1 4 5 m ，载重吨1 6 2 0 0 0 t ，储油能力1 5 7 0 0 0 m 3 ；其余4 艘f p s o 均由国 外公司建造，它们是：“南海发现号”( 由c a c t 作为作业者，工作水深1 1 6 m ，载重2 5 万t ，储油能力2 3 万m 3 ) ；“南海胜利号”( 由a m o c o 作为作业者，工作水深3 0 5 m ，载重 1 6 3 5 万t ，储油能力1 1 9 2 万m 3 ) ；“南海希望号 ( c n o o c 南海西部公司作为作业者， 由新加坡k e p p l e 船厂建造，工作水深3 7 5 m ，载重1 5 1 9 万t ，储油能力9 5 4 万m 3 ) 、 “南海开拓号 ( 由p h i l l i p s 公司作为作业者，工作水深1 0 0 6 m ，载重1 5 万t ，储油1 5 9 万m 3 ) 。半潜式生产平台l 艘是：“南海挑战号”，由a m o c o 公司作为操作者，平台主 尺度为长8 9 9 2 m ，宽7 4 6 8 m ，型深3 9 6 2 m ，钻机的钻井深度能力为7 6 2 0 m ，该平台为 s e d c o t 0 0 0 型，由新加坡f e l s 和k e p p e l 船厂改建。 由于我国在海洋移动式采油平台的设计和建造上，特别是其关键技术部分，大多采 用与国外合作的方式进行或者派工程技术人员赴国外参与设计建造( 特别可喜的是：上 海沪东船厂、上海江南造船厂等国内船厂承担建造的“渤海友谊号 、“渤海明珠号 、 “长庆号等，其建造水平和质量与国外相当) ，故上述国内拥有的1 0 艘移动式采油平 台的设计和建造质量、技术水平，基本与国外相近或同步。但其工作水深接近或超过4 0 0 m 者，大都依靠国外技术进行设计，我国在独立进行f p s o 设计方面尚有一定差距，特别 是工作水深超过6 0 0 m 至3 0 0 0 m 的动力定位采油平台，国内更无设计建造经验，这也是 与国外技术发展水平的主要差距。此外，移动式采油平台上配套装备的设备，国产化率 还相当低，主要关键设备、如燃气轮发电机组、天然气压缩机组、高压多路旋转接头、 油气水分离处理设备、海水淡化设备、m c c 马达中心控制系统、遥控遥测仪表等，大多 依赖国外进口，这亦是主要差距之一。 本课题在详细掌握舰船海水管系腐蚀规律的基础上，研究管路中阴极保护模型，设 计长效新型管道阳极，并进行管系阴极保护优化设计，使舰船海水系统形成综合防腐蚀 能力。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2f p s 0 数学模型建立 为了能够指导开发设计优秀船型及总布置方案，并使船舶总体设计得到优化，在 对现有船型数据资料进行整理分析的基础上，采用统计回归方法建立f p s 0 主尺度、主 要船型要素以及主要技术经济指标的数学模型。首先，将船型数据资料列成表格，经过 分析比较剔除明显不合理的数据；其次，参考其他类型船舶经验公式，利用计算机程序 画出变量之间的散点图，确定数学模型的表达形式；最后，从现有的回归方法中挑出较 成熟的科学表达方法，进行数学模型的回归。 2 1回归分析的基本概念 在生产实践和科学试验中，常常有几个变量处于一个统一体中，它们客观上存在着 一定的关系，需找出描述这种关系的数字表达式，或因各因素的影响，而使变量之间的 管子具有某种不确定性。研究这些关系的统计方法叫做“回归分析”。 2 2 回归分析研究的对象 回归分析是数理统计学的一个组成部分，它的任务是研究变量间的相关关系，建 立变量间的经验公式，以便达到预测和控制变量之间关系的目的。 变量间的关系有两种：一种是确定性关系或称函数关系，即一些变量的值确定了， 另一个变量的值随之完全确定；另一种是相关关系，一些变量的值确定了，另一个变量 的值还不能确定，但与前者有某种联系。 2 3 数学模型的建立 我们以船垂线间长三幻为例，说明如何建立单变量的数学模型。首先，我们以载重量 d 形为自变量，以船垂线间长三切为因变量，画出散点图如图2 1 所示；然后，根据散 点的分布情况，提出几种回归公式的原型，回归公式原型多数采用线性模型、指数模型、 对数模型、多 项式模型以及乘幂模型。通过以上形式模型回归分析，以广义样本测定系数r 2 为标 准挑出最优模型。( 注：广义样本测定系数尺2 是表征回归满意程度的数值，它是样本 回归平方和与总离差平方和的比值，该值越接近1 ，回归结果越好。) 对应上图的最优数学模型为：l b 。= 8 2 1 6 9 1 n ( d w ) 一7 1 4 7 5 浮式生产储油船设计技术开发 图2 1 f p s o 船三助一d 形关系散点图( 1 0 0 0 0 0 d 形 _ 2 0 0 0 0 0 ) f i g 。2 。1 l b p d 形 由于判断数学模型优劣的标准是广义样本测定系数r 2 ，所以最终决定模型形式的 是r 2 值的大小，但由于大多数散点图呈现出曲线的形式，因此采用非线性模型更能体 现其内在本质。 对于多变量的数学模型回归，由于三维或多维的图形很难表达，故通常采用逐步回 归程序完成，其优劣程度评价标准是非线性回归系数c ( 0 c 1 ) ，它的大小体现了 回归模型与实际数据的拟和程度，具体回归模型参看( y t l f p s 0 一s j o 卜0 2 ) 。 2 4 数学模型的验证 一个数学模型的优劣，最终是要经过实际验证才可以知道的。我们从现有的船型数 据中挑选出典型l o 条船，与实际船型数据加以比较，如表2 1 所示，对已经回归出的 数学模型进行了验证。 表2 1 数学模型公式验证 t a b 2 1m a t h e m a t i c a lm o d e lf o r m u l av a li d a t e 从表中我们可以看出，回归公式的计算值与原始数据相差很小，只有个别误差较大， 比如排水量( d i s ) 、舱容( ) 以及空船重量( 三形) 等，但作为初步船型方案设计 和指导今后的报价设计和合同设计来说精度已经足够。 浮式生产储油船设计技术开发 3“南海奋进 号f p s o 船资料调查 “南海奋进”号f p s o 是由大连新船重工有限责任公司( d n s ) 为c n o o c 在大连造船 新厂建造的第一条1 5 万吨级浮式生产储油船，下面从几个方面详细介绍一下这段工作 中总结的f p s o 相关资料。 3 1“南海奋进 号f p s o 船简介 3 1 1油田基本情况简介以及“南海奋进 号f p s o 船介绍 ( 1 ) 油田位置 文昌1 3 1 1 3 2 油田位于南中国海，距海南省文昌市以东1 3 6 k m ，水深11 7 m 。 坐标位置为： 1 11 0 5 8 一1 1 2 0 0 7 e 1 9 0 3 2 1 9 0 4 l n ( 2 ) 基本环境条件 生存条件( 百年一遇台风条件) 表3 1 文昌油田生存条件 t a b 3 1c o n d i t i o n so fe x i s t e n c eo fw e nc h a n go i lf i e l d 有义波高m1 2 1 最大波高m2 0 8 跨零周期 s1 1 3 3 秒阵风风速 n d s6 5 1 1 分钟持续风速( 平均) n d s 5 2 1 表面流速m s2 3 3 外输条件( 一年一遇季风条件) 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表3 2 文昌油田外输条件 t a b 3 2e x t e r n a lc o n d i t i o n so fw e nc h a n go i lf i e l d 有义波高m4 1 最大波高m7 0 跨零周期s7 2 3 秒阵风风速m 毫1 9 0 1 分钟持续风速( 平均) m s1 6 9 表面流速 m s o 8 6 关井条件( 百年一遇寒潮条件) 表3 3文昌油田关井条件 t a b 3 3e x t e r n a lc o n d i t i o n so fw e nc h a n go i1f i e l d 有义波高m7 5 最大波高m1 3 o 跨零周期 s9 1 3 秒阵风风速m s3 0 1 1 分钟持续风速( 平均)m s2 6 7 表面流速m s1 2 9 ( 3 ) 油田主要参数 表3 4油田主要参数 t a b 3 4p r i n c i p a lp a r a m e t e r so fo i lf i e l d 最高年产量：2 5 0 万吨井口压力：1 5m p a 按年产量：3 0 0 万吨设计井口温度：4 1 7 9 油层深度： 9 7 0 - 1 5 0 0 米 年工作日：3 0 0 天 油层压力：9 8 1 4 8 m p a采油方法：e s p ( 电动采油泵) 生产井：2 0 口原油比重：o 8 1 3 9 0 8 9 0 0 1 5 浮式生产储油船设计技术开发 ( 4 ) f p s o 用途 用于文昌油田的生产、储油、外输和生活等用途。 ( 5 ) f p s o 主要特征参数 表3 5f p s o 主要特征参数 t a b 3 5p r i n c i p a lp a r a m e t e r so ff p s o 总长m2 6 2 2 0 水线长 m2 5 0 0 0 船宽 m4 6 0 0 型深 m 2 4 6 0 工作吃水 m 1 6 5 0 最大吃水( 结构吃水) m1 7 5 0 空载吃水 m3 5 0 满载载重吨t 1 5 0 ，0 0 0 满载排水量t 1 8 5 ，0 0 0 ( 6 ) f p s o 舱容 表3 6 f p s o 舱容一览表 t a b 3 6h o l dc a p a c i t yo ff p s o 燃油舱( 9 8 ) m 3 1 ，1 2 0 淡水舱 m 38 3 0 饮用水舱 3 m 1 7 8 污油水舱 m 3 3 ，7 5 0 工艺水舱 3 m 4 5 ，0 0 货油舱( 9 8 ) 3 m 1 5 8 ，0 0 0 油渣舱 1 1 1 33 1 1 6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 7 ) f p s o 入级符号 b v i3 3 ( 一) 十o f f s h o r es e r v i c e b a r g e o i ls t o r a g ea n d o f f i o a d i n gr f s 0 1 w e n c h a n g f i e l d f p r c ) + m a c h + p o s a + i g + c o w 312 油田基本情况简介以及“南海奋进”号f p $ 0 船介绍 3121 主船体 ( i ) 结构形式 文昌f p s o 主船体部分包括艏部、货油舱区( 含污油舱) 、机泵舱区和艉部( 如图 31 ，圉3 2 ，图3 3 ，图3 , 4 所示) 。货油舱区设计为单底双舷例纵骨架结构，设有一道 中心纵舱壁和九道横舱壁，结构形式均为平板结构，机舱区为双层底结构。 图31f p s o 艏部建造过程示意图 f i g3 1m a n u f a c t u r ep r o c e s s o f h e a do f f p s o ( 2 ) 材料标准 屈服极限为3 1 5 x m m 2 的高强度钢将用于货油舱区舷侧外板结构上、下部分的纵向 构件，顶边舱纵骨，中心纵舱壁及高应力局部结构。普通强度钢尽可能多地用于上述区 浮式生产储油船设计技术开发 域之外的结构。高强度钢的应用比例将控制在约占全郭船体结构的2 5 左右 图32 货舱区建造过程示意圈 f i g32m a n u f a c t u r ep r o c e s so f h o l do f f p s o 瓣鬃麓 圈33f p s o 艉部建造过程示意图 f i g33 m a n u f a c t u r ep r o c e s so f s t e mo f f p s o 测盗一。簟麓叠基一壅 大连理工大学专业学位硕士学位论立 图34f p s o 下水前结构示意图 f i g34 s t r u c t u r e so f f p s ob e f o r el a u n c h e d 3 1 2 2 模块 文昌f p s o 上部模块共5 个，其中工艺模块2 个，公用模块2 个，货物模块1 个( 如 图35 所示) 。模块甲板相对于主甲板的标高为4 m ，模块采用了不受船体变形影响的滑 动板架+ 支墩结构型式( 如图3 6 所示) 。 3 1 2 3 生活楼值升机平台 生活楼位于船尾，共4 层，定员8 1 人，甲板为板架结构，墙壁为加扶墙材的平板 结构。赢升机平台位于生活楼第三层顶部，尺寸为2 0 m 1 98 m ，按起降美洲豹3 3 2l 型直升机设计，其支撑为桁架结构，甲板为板架结构( 如图37 ，图38 所示) 。 浮式生产储油船设计技术开发 图35f p s o 模块建造过程示意图 f i g35 m a n u f a c t u r ep r o c e s so f f p s o 图36f p s o 工艺系统图 f i g36 f i o ws h e e to f f p s o 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图37f p s o 生插楼布置示意图 f i g37a h a n g mo f l i v i n gq u a r t e r so f f p s o 图38 f p s o 直升机平台建造过程示意圈 f i g38 m a r i u f a c t u r ep r o c e s so f h e l i c o p t e rp l a f f o r mo f f p s o 浮式生产储油船设计技术开发 3 1 2 4 火炬塔 火炬塔位于船首部首楼甲板高6 0 r a ，为桁架式结构( 如图39 ，图31 0 所示) 图39f p $ o 火炬塔结构视图 f i g39 s t r u c t u r e so f f l a r e l o w e ro f f p s o 图31 0f p s o 火炬塔建造过程示意图 f i g31 0m a n u f a c t u r ep r o c e s so f f l a r et o w g ro f f p s o 大连理工大学专业学位硕士学位论文 313 单点系泊油 3i31 系统简介 文昌油田的单点系泊称为s t p ( s u b m e r g e d t u r r e t p r o d u c t i o n ) 是a p l 公司在9 0 年 代初期开发的水下转台式单点系泊方法，在北海海域有广泛的应用( 如图31 1 所示) 。 目前，还有一套解脱式s t p 在中国南海东部的陆丰油田使用。 文昌s t p 系统是一套永久式系泊系统，是按文