船舶与海洋工程前沿技术-锚泊

主要内容：一种常见的系泊方式介绍了两种系泊方式和三种系泊材料锚的选择和设计。四个系泊系统和五个系泊分析规范的设计过程。一种常见的系泊类型1多点系泊通常用于半潜式平台和浮筒。半潜式，Spar和TLP也属于多点系泊。系泊缆仅由张力筋代替。多点系泊也可以应用于船体，如FPSO。系泊缆固定在船头和船尾，呈发散状展开，可防止FPSO的横向位移，并固定FPSO的方向。优点：简单经济，可以安装更多的立管和脐带系统，适用于改装旧油轮。缺点：FPSO有一个固定的方向，在横向上受到巨大的风力、波浪和海流的作用，因此系泊缆的规模将相应增加。FPSO多点系泊系统最适用于设计海况较低的地区，如西非，或具有单一风、浪和海流方向的地区。2.单点系泊。大多数FPSO系泊系统都是单点系泊。特点：允许FPSO绕单点自由旋转，有效减小风、浪、流的作用力，系泊缆的尺度也相应减小。优点：操作简单、安全、可操作性强。缺点：制造成本高，工艺复杂。功能：定位和系泊功能；液体传输以及功率和光控制传输功能；在特定条件下，可以实施现场救援，以确保FPSO和生命财产的安全。2.1内转台系泊系统，通常用于中等水深和深水区域的平台，如北海区域；主要部件：炮塔及其套筒；液体输送系统；转盘；海底锚；内转台的系泊装置通常位于船首。优点：转台的直径可以设计得很大，为布置设备和歧管提供足够的空间；内炮塔嵌入船体后可以得到很好的保护。缺点：转台的存在影响了船体结构，降低了机舱容量。停泊船只的“风向标效应”受到转台位置的限制。通常，它可以分为永久和可拆卸的内部转台系泊系统。永久内转塔系泊系统可确保石油生产的连续性，从而使浮式生产储油船在工作寿命内的任何工作条件下都能正常工作，并在大多数工作条件下具有最大的系泊和油气输送能力。可释放内转塔系泊系统具有快速释放和回接功能，可在极端恶劣的条件下快速释放，以避免各种危险的海况，更适用于恶劣环境、季节性飓风区域和结冰区域。可拆卸的内转塔系泊系统，2.2外转塔系泊系统，位于船体外部的转塔，减少了对船体的必要维护；允许沿码头安装转台，而内部转台系泊系统只能安装在干船坞中。外部转台系泊系统限制立管的数量；它主要用于浅水区。2.3、单点系泊塔架、油轮和塔架通过永久叉形结构或系泊缆布置连接。它的主要组成部分是：塔：一个与海底相连的静止部分，它的上部是一个与船体相连的转盘；系泊部分：叉形结构或系泊缆；生产传输系统：液体通过海底终端系统传输到立管(与塔相连)，然后通过转盘传输到软管，最后到达FPSO。塔上有足够的甲板空间来提供管汇系统、辅助设备等。适用于中浅水域，可配置更多立管系统，施工安装方便，成本低，适用于改装油轮。2.4悬链线浮标系泊(CALM)，通常用于穿梭油轮或FSOs，是系泊和装卸油轮的最具成本效益的方法。主要部件：短期系泊部件，用于随油轮输入和输出液体；用于生产和储存液体的永久系泊部件；非永久系泊部分，永久系泊部分具有在恶劣环境下容易释放的能力，以疏散设施。CALM可适应各种天气条件、各种水深、安装少量立管系统、快速经济地建造和安装以及改装油轮。练习h它能在很大范围内适应各种天气条件和水深，施工安装快捷经济，适用于改装油轮。只能安装一个立管。实践证明，SALM具有很高的可靠性。动力定位系统是一种通过螺旋桨保持船舶或浮动结构位置的技术。精密仪器用于测量船舶因风、浪和海流引起的位移和方位变化。通过自动控制系统处理和计算位置反馈信息；控制几个螺旋桨产生推力和扭矩，使船只或浮动结构回到其原始位置和最有利的方向。动力定位系统的主要组成部分：动力控制系统：提供定位所需的全部动力；螺旋桨系统：通过控制浮体的水平、纵向和扭转力，使浮体保持在指定位置。位置测量系统：随时向控制系统提供浮体的具体位置；动态定位控制系统：控制浮体在特定的位置和方向，以抵御外部环境的负荷。优点：适用于海况恶劣的地区，浅水和深水系统均可使用，作业成本不受水深影响，相对定位精度随水深增加而增加，可实现快速系泊和释放。可以安装更多的立管系统。缺点：资金和燃料成本非常高，系统复杂，而且比用锚链或缆绳系泊更容易出故障。2.系泊模式和系泊材料。1.悬链线系泊方式的系泊线形状为曲线悬链线，一般由锚链和钢索的多个部分组成。锚链与海床水平连接，系泊锚点仅受水平力。系泊缆的回复力由自身重力产生。通常用于相对较浅的水域。张力系泊模式的系泊线与海床以一定角度相交，系泊锚点应同时受到水平力和垂直力。系泊缆的回复力主要由自身的弹性产生。张力系泊系统比悬链线系泊系统在海底占据更小的面积。为了减轻系泊缆的重量，系泊缆通常采用较轻的合成材料；适用于深水和超深水水域。3、系泊链材料常用的系泊链材料有链条、钢丝绳和合成纤维材料。1)链条有梯级链：梯级可能导致局部疲劳。如果失去一个横档，将在连杆处产生更高的弯矩。无学生：使用更多。有许多等级的链，具有不同的屈服强度和等级。链条的疲劳寿命比其他材料短。链条的失效模式有：塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂和应力腐蚀。脆性断裂是失效的主要形式。(2)钢丝绳的常见结构形式：六股、螺旋股和多股。螺旋股结构具有很强的纵向刚度和扭转平衡，并且旋转损失小。它通常用于深水系泊系统。电缆损坏的主要原因是腐蚀。镀锌、润滑和阳极保护通常用于防止腐蚀。对于螺旋绞合电缆，高密度聚乙烯套管通常也用于防止海水腐蚀电缆。(3)合成钢丝绳具有较大的水平回复力，减小了平台的水平位移。它具有较小的刚性，并降低了电缆的拉伸程度。索的轴向刚度随轴向张力和力的作用时间而变化，这种变化容易改变，分析起来也很复杂。电缆容易滑动和蠕动，因此需要每隔几年重新张紧一次。电缆不能接触海底，只能作为悬挂部分使用，不能提前放在海底。安装也非常复杂。常用的合成材料包括聚酯、聚酰胺和高模量聚乙烯(HMPE)。电缆可以是螺旋形、平行股和六股。纤维绳结构，4系泊链连接部件介绍，1)插座，2)浮标，3)其他连接，4)绞盘锚机，链千斤顶，卷筒型绞盘，线形绞盘，导缆钩和顶锚，3个锚。根据不同的承载机制，锚分为以下几类：1 .重力锚：主要依靠材料本身的重量来抵抗外力，部分依靠两者之间的摩擦力2.拖曳嵌入式锚：目前，它是最流行和最广泛使用的。它部分或完全渗入海底。它主要依靠锚前部和土壤之间的摩擦力来抵抗外力。能承受大的水平力，但承受垂直力的能力不强。3.桩锚：空心钢管通过打桩安装在海床上，通过管侧与土壤之间的摩擦来抵抗外力。通常需要将锚埋在深海海底以抵抗外力。能承受水平和垂直力。吸力锚：类似于桩锚，但空心钢管直径大得多。当大使馆内的压力低于管道外的压力时，钢管将被吸入海底，泵将被抽出。吸力锚主要依靠管侧和土壤之间的摩擦力来抵抗外力，并能承受水平和垂直力。5.垂直载荷锚：这是一种新开发的锚。它与传统的嵌入式锚一样，而且更深。能承受水平和垂直力。锚固系统的设计应主要考虑以下因素：1 .海底地形和地质条件；2.海底布局；3.对锚的要求，包括承受垂直和水平载荷的能力、周期性和极限条件；4.安装方法；5.设计使用寿命；6.锚的稳定性极限载荷下的容许极限位移或牵引作用下的旋转稳定性；7.系统检查，可以继续申请或停止使用要求；8.资本成本限制。4系泊系统设计流程、1基本设计流程图、1总体设计流程图、2基本数据输入图、3计算分析对比图、4分析和设计细节、2设计规范和标准2.1通用设计规范1。美国石油学会RP2SK浮动结构定位系统的设计和分析规范；2.美国石油学会RP 2SM合成纤维材料系泊链的设计、制造、安装和维护规范；3.dnvoffshoshoersandarde 301-系泊定位规范；4.防抱死制动系统浮动生产和安装规范。2.2环境标准对于永久系泊系统，应考虑百年一遇的环境条件。在系泊系统设计中，有许多风、浪和流的载荷组合，并且有许多套设计标准。例如，百年一遇的设计条件有三套标准可供选择：a .百年一遇的波浪以及与之相关的风和水流；b .百年一遇的风以及相关的波浪和海流；c .百年一遇的水流和相关的风浪。当上述负荷组合数据不可用时，也可采用以下组合方法：a .百年一遇的风浪加十年一遇的海流；百年一遇的风和海流加上十年一遇的波浪。对于临时系泊系统，应根据具体情况确定。2.3系泊设计极限状态根据上述规范，必须对照以下三种极限状态检查系泊缆设计：1)最大极限状态：确保每条系泊缆具有足够的强度，在极限环境条件下抵抗外部载荷。主要包括：检查系泊缆的张力；检查系统的位移；检查系泊系统的完整性。2)意外极限状态：确保在一条系泊缆损坏的情况下，其他系泊缆仍有足够的强度来抵抗外部载荷。如果所有系泊缆都相同，则任意移除一条系泊缆，并分析其他系泊缆可能达到的最大张力；如果所有系泊缆都不相同，则需要进行代表性选择，分别移除一条系泊缆，然后分析其他系泊缆可能达到的最大张力，最后进行对比分析。3)疲劳极限状态：确保每条系泊缆有足够的能力抵抗周期性载荷。主要包括：检查系泊缆张力；进行短期疲劳海况分析；计算疲劳寿命。在频域分析和时域分析中，对系统运动方程进行分解，分别得到静力、低频力和波频力响应。静力响应通过求解包括静态环境力和系泊系统恢复力的静态方程获得。通过频域分析得到了波频和低频响应。根据峰值响应的特定分布，计算最大响应。F所有模拟系统参数(船体位移、系泊缆张力、锚载荷等)的历史记录。)是有效的，并且结果可以用于统计分析以获得极限值。在伪静态分析和动态分析伪静态分析方法中，忽略了系泊缆的质量、阻尼和流体加速度引起的垂直运动和动态效应。预报精度与船体形状、水深、系泊缆形状等直接相关。两者在频域分析中都是线性的。应采用线性叠加法，对非线性的影响应采用一定的处理方法。在动力分析方法中，考虑了系泊缆的质量、阻尼和流体加速度随时间的影响。平台的时变运动由船体在六个自由度上的运动来计算，并预测系泊系统的响应。在时域分析方法中，模拟了所有非线性效应，如系泊缆拉伸、系泊缆体积、流体力、海底影响等。对于系泊系统，主要有四种非线性效应：系泊缆的非线性拉伸、系泊缆体积和形状的变化、流体力以及系泊缆和海底接触部分之间的摩擦力。4.3、对平台、系泊缆、立管运动影响船体响应的非耦合分析和耦合分析，必须考虑这种影响。主要分析方法如下：非耦合分析：这种方法是传统的。分别分析了平台和系泊缆/立管的响应。因此，可以获得平台响应，并且可以预测系泊缆/立管响应。半耦合分析：系泊缆和立管的耦合动态模拟。然后，风、流、波浪和平台水动力系数的漂移力系数用于分析考虑系泊缆/立管响应的时域平台响应。假设平台的波频运动不受系泊缆/立管的影响，因为平台惯性项的阶数高于系泊缆/立管。完全耦合分析：系泊缆/立管的动态响应和平台响应，包括波频运动响应，是完全耦合的。整个系统的动力学方程在时域内同时求解。图5是系泊系统的非耦合分析和设计的流程图，图6是系泊系统的耦合分析和设计的流程图，图5是常用的系泊分析软件。目前，