FPSO系泊系統(tǒng)參數(shù)的動力效應(yīng)影響分析

王志東, 劉曉健, 陳劍文

(江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

深水或超深水海上浮式生產(chǎn)儲油船F(xiàn)PSO(floating production,storage and affcoading system)常采用張緊式系泊方式.在張緊式單點系泊系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)塔位置、系泊纜的布置與結(jié)構(gòu)、系泊纜的材料參數(shù)都對FPSO的運動和纜繩張力產(chǎn)生影響[1].按照規(guī)范要求,極端海況下FPSO的水平偏移量應(yīng)限制在水深的10%以內(nèi),系泊纜的安全系數(shù)應(yīng)符合“動力法計算完整工況大于1.66,計算破損工況大于1.25”的要求[2].文獻(xiàn)[3]中考慮長期環(huán)境荷載,開展了錨泊線的疲勞斷裂研究,給出了不同材料、不同直徑錨泊線的疲勞周期,為工程實用提供了借鑒.文獻(xiàn)[4-5]中對16(4×4)根系泊線、12(4×3)根系泊線以及8(4×2)根系泊線4種系泊形式進(jìn)行比較分析,在時域內(nèi)開展了系泊線張力以及運動響應(yīng)的分析研究.文中采用AQWA軟件的時域計算功能,以FPSO水平偏移量(最大水平運動幅值)與系泊纜的安全系數(shù)(即系泊纜斷裂強度/系泊纜最大張力)為優(yōu)選目標(biāo),考慮系泊纜的非線性動態(tài)特性,通過時域耦合分析方法[6],對1 000 m水深的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO單點系泊系統(tǒng)進(jìn)行動力響應(yīng)計算,研究側(cè)風(fēng)、頂浪、頂流海洋環(huán)境中系泊系統(tǒng)各項參數(shù)對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響.

1 計算模型及環(huán)境條件

1.1 計算模型

文中選擇FPSO的模型參數(shù)如表1.

表1 FPSO的設(shè)計參數(shù)Table 1 Design parameters of the FPSO

1.2 系泊系統(tǒng)模型參數(shù)

深水FPSO對系泊線的重量有一定限制,通常采用張緊式系泊方式[7].文中采用3×4分組布置的鏈-聚酯纜-鏈(其中鋼鏈采用R4級無橫檔錨鏈)三成分錨泊線(共4組,每組3根,組與組之間90°平均分布,同組3根纜間角度為5°,每組3根纜的中間一根均沿著坐標(biāo)軸)(圖1).

參考API RP 2SM[8]及API RP 2SK[9]系泊系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范,結(jié)合工程經(jīng)驗得知:一般情況下,為防止系泊線磨損和破壞,預(yù)張力控制在15%～30%斷裂強度左右,頂部預(yù)張力張角一般控制在30°～50°.控制滿載FPSO的水平偏移在10%的水深范圍內(nèi),系泊纜的張力安全系數(shù)應(yīng)滿足“動力法計算完整工況大于1.66,計算破損工況大于1.25”的要求.且當(dāng)張緊式錨泊線為三段式時,上下鋼鏈的長度大約為全長的15%.因此，對錨泊系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初步設(shè)計如表2.

圖1 FPSO系泊形式Fig.1 Mooring form of FPSO

表2 張緊式系泊系統(tǒng)參數(shù)Table 2 Taut-mooring system parameters

1.3 海洋環(huán)境條件

文中的FPSO以永久系泊于中國南海為目標(biāo),即在100年重現(xiàn)期有臺風(fēng)海況下,FPSO與單點系泊系統(tǒng)(SPM)不解脫,海洋環(huán)境條件見表3.

表3 中國南海百年一遇(臺風(fēng))海洋環(huán)境[10]Table 3 Marine environment conditions in 100 years of South China Sea

2 系泊系統(tǒng)參數(shù)對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響分析

2.1 不同內(nèi)轉(zhuǎn)塔位置對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響

對于內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊系統(tǒng),轉(zhuǎn)塔的位置是系泊系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮的重要參數(shù),其設(shè)計目標(biāo)之一就是FPSO的風(fēng)標(biāo)效果[11].由于系泊纜與轉(zhuǎn)塔相連,轉(zhuǎn)塔越靠近船艏,纜繩垂向張力作用于FPSO上的縱搖力矩會越大,FPSO會產(chǎn)生埋首現(xiàn)象,需要將船舶的重心后移才能保持靜水中FPSO的甲板水平.原則上內(nèi)轉(zhuǎn)塔裝置可以布置在船頭和船中之間的任何位置上,下面即對不同轉(zhuǎn)塔位置(轉(zhuǎn)塔分別距船艏柱7%，18%，25%，35%船長)的工況進(jìn)行計算,比較分析FPSO 的艏搖運動、水平偏移及系泊張力.

表4給出了考慮重心位置變化下不同轉(zhuǎn)塔位置時FPSO在側(cè)風(fēng)、頂浪、頂流環(huán)境中運動到平衡位置后,在平衡位置附近往復(fù)艏搖偏移的統(tǒng)計值.

表4 不同轉(zhuǎn)塔位置FPSO艏搖運動計算統(tǒng)計值 (考慮重心調(diào)節(jié))Table 4 Statistic value of yaw motion in different turret locations of FPSO

注：a為轉(zhuǎn)塔距船艏柱距離；Lpp為垂線間長

從表4可以看出,轉(zhuǎn)塔離船艏過近或過遠(yuǎn),風(fēng)標(biāo)效果都不佳,轉(zhuǎn)塔位置從距艏柱7%Lpp到25%Lpp,艏搖標(biāo)準(zhǔn)差緩慢減小,轉(zhuǎn)塔位置從距艏柱25%Lpp到35%Lpp,艏搖標(biāo)準(zhǔn)差有所增大,文中所計算的4種轉(zhuǎn)塔位置中,距船艏柱25%Lpp時風(fēng)標(biāo)效應(yīng)最好.轉(zhuǎn)塔離船艏過遠(yuǎn)(即離船中較近),轉(zhuǎn)塔離FPSO重心較近,此時FPSO很難隨著環(huán)境載荷的方向而改變艏向.而轉(zhuǎn)塔離船艏過近,風(fēng)標(biāo)效果也較差的原因是,為保持系統(tǒng)整體的平衡,轉(zhuǎn)塔過于靠近船艏,船舶自身的重心就會離船艉很近,重力的等效作用點與系泊力的等效作用點之間的距離會很大,從而導(dǎo)致系泊力的微弱變化都會引起FPSO的運動.

表5給出了不同轉(zhuǎn)塔位置時FPSO在側(cè)風(fēng)、頂浪、頂流環(huán)境中水平偏移以及纜繩動張力的統(tǒng)計值.

表5 不同轉(zhuǎn)塔位置FPSO水平偏移及動張力計算 統(tǒng)計值(考慮重心調(diào)節(jié))Table 5 Statistic value of the horizontal motion and mooring tension in different turret locations of FPSO

注:表中安全系數(shù)為系泊纜斷裂強度/某工況下系泊張力的最大值，當(dāng)系泊張力最大值大于系泊纜斷裂強度時即斷定纜繩斷裂.

結(jié)果表明:系泊纜從船中靠近船艏時FPSO的水平偏移量增大,系泊鏈上部的垂直運動增加,導(dǎo)致系泊鏈的動張力增加,安全系數(shù)降低.綜合考慮各方面因素,本文中轉(zhuǎn)塔位置距船艏柱25%Lpp相對更為合理.

2.2 系泊纜材料分布對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響

根據(jù)工程實踐經(jīng)驗,三段張緊式錨泊線一般設(shè)計為上下鋼鏈的長度大約為全長的15%,可根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整.初步設(shè)計錨泊系統(tǒng)時,轉(zhuǎn)塔位置距艏柱18%Lpp,在此基礎(chǔ)上改變?nèi)螐埦o式系泊纜每段的長度,比較分析其對FPSO系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響,以下針對鋼鏈占纜長比例k1為10%,15%,20%3種情況進(jìn)行計算,每種情況又分為上端鋼鏈占鋼鏈總長的10%,30%,50%,70%,90%5種工況,共15種工況比較分析.

表6及圖2，3給出了系泊纜不同成分分布時FPSO在側(cè)風(fēng)、頂浪、頂流環(huán)境中水平偏移以及纜繩動張力的時域統(tǒng)計值.

表6 不同系泊纜材料分布下FPSO水平偏移及動張力計算統(tǒng)計值Table 6 Statistic value of the horizontal motion and mooring tension of FPSO under different mooring line material disthbutions

結(jié)果表明,“鋼鏈-聚酯纜-鋼鏈”三段式張緊式系泊纜中鋼鏈越長,系泊系統(tǒng)的安全系數(shù)越高,但是同時FPSO的水平偏移量也越大.如果鋼鏈的長度一定,接近錨點的下端鋼鏈越長,系泊系統(tǒng)的安全系數(shù)n越高,且FPSO的水平偏移量δ也隨下端錨鏈的增加而變小,當(dāng)下端錨鏈占錨鏈總長比例k2為70%時偏移量最小,若下端錨鏈繼續(xù)增加,則水平偏移量會有微量增加.

減小錨鏈長度雖能提高安全系數(shù),但FPSO的水平偏移會偏大,且上端錨鏈的存在可避免纜繩與導(dǎo)纜器發(fā)生摩擦碰撞,下端錨鏈的存在可減小纜繩對錨的上拔力,提升定位質(zhì)量.以上計算的15種系泊纜材料分布工況,水平偏移量均符合規(guī)范要求,

圖2 不同系泊纜材料分布下FPSO水平偏移量Fig.2 Horizontal motion of FPSO under different mooring line material distributions

2.3 系泊纜預(yù)張力對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響

纜繩頂部預(yù)張力的考慮主要集中在預(yù)張力大小與預(yù)張力傾角兩個方面,給纜繩施加預(yù)張力是為了提供足夠的初始剛度,使系統(tǒng)具有足夠的恢復(fù)剛度以控制FPSO活動范圍,但是預(yù)張力過大也會使系泊系統(tǒng)的安全系數(shù)偏小,頂部預(yù)張力傾角隨水深的變化有所不同,一般控制在30°～50°比較合適,水深越深張力傾角越大.

由于改變系泊纜預(yù)張力及其傾角的因素很多,包括系泊纜材料、系泊纜各材料分布、系泊半徑、纜繩長度等.以下考慮僅改變系泊纜的系泊半徑和纜長來控制預(yù)張力及其傾角的變化,在上節(jié)計算的15種系泊纜分布工況中,選擇下端鋼鏈9%-聚酯纜90%-上端鋼鏈1%的工況作為本節(jié)計算的基礎(chǔ),從而討論張力及張力傾角對水平偏移、纜動張力的影響.

2.3.1 系泊纜預(yù)張力傾角對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響

前面提到“一般來說預(yù)張力控制在15%～30%斷裂強度左右”,但文中水深較深,纜繩長度較長,根據(jù)前期計算得知預(yù)張力太大,對纜繩的安全系數(shù)不利,所以為研究方便,在經(jīng)驗基礎(chǔ)上做了適當(dāng)?shù)臏p小.利用控制變量方法,保證預(yù)張力為2 276 kN不變(約為斷裂強度的12.5%),改變預(yù)張力傾角分析不同張力傾角下FPSO的水平偏移及纜動張力統(tǒng)計值的變化規(guī)律.

表7和圖4,5給出了系泊纜預(yù)張力傾角α從25.0°變化到33.0°,FPSO水平偏移量δ及系泊纜動張力σ的時域計算統(tǒng)計結(jié)果.

隨著張力傾角α的增大,FPSO的偏移量減小,但與此同時系泊系統(tǒng)的安全系數(shù)n也隨之減小.在以上計算的8種工況中,水平偏移量δ均滿足要求，

圖4 不同預(yù)張力傾角下FPSO水平偏移量Fig.4 Horizontal motion of FPSO under different pre-tention angles

圖5 不同預(yù)張力傾角下系泊纜安全系數(shù)Fig.5 Safety factor of mooring lines under different pre-tension angles

系泊纜安全系數(shù)只有在預(yù)張力傾角為25°及25.8°兩種工況下符合要求.

2.3.2 系泊纜預(yù)張力σ對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響

利用控制變量方法,當(dāng)預(yù)張力傾角α為30°時,通過改變預(yù)張力σ的大小分析不同預(yù)張力情況下FPSO的水平偏移及纜動張力的統(tǒng)計值變化規(guī)律.

表8和圖6,7給出了系泊纜預(yù)張力從1 310 kN變化到5 007 kN,FPSO水平偏移及系泊纜動張力的時域計算統(tǒng)計結(jié)果.

表8 不同張力下FPSO水平偏移及動張力計算統(tǒng)計值Table 8 Statistic value of the horizontal motion and mooring tension under different tention

圖6 不同預(yù)張力下FPSO水平偏移量Fig.6 Horizontal motion of FPSO under different pre-tension

圖7 不同預(yù)張力下系泊纜安全系數(shù)Fig.7 Safety factor of mooring lines under different pre-tention

FPSO的偏移量δ隨著預(yù)張力σ的增大而減小,但同時系泊系統(tǒng)的安全系數(shù)n也減小.以上計算的8種工況中,前7種工況下的水平偏移量都滿足要求,當(dāng)預(yù)張力為1 310 kN時FPSO的水平偏移量偏大,超過了規(guī)范要求.只有預(yù)張力為1 310，1 379，1 497 kN時3種工況下系泊纜安全系數(shù)符合要求.

與半潛式系泊平臺的多點散射系泊形式相比,單點系泊系統(tǒng)若要達(dá)到足夠的安全系數(shù),系泊半徑與系泊纜長度均比多點散射系泊系統(tǒng)的更長.系泊纜的預(yù)張力/預(yù)張力傾角過小會導(dǎo)致FPSO的偏移量超過規(guī)范要求,且隨著預(yù)張力/預(yù)張力傾角的減小,系泊半徑越來越大,靠幫補給和外輸作業(yè)都會受到系泊半徑的影響,系泊半徑過大會對FPSO的周邊結(jié)構(gòu)造成影響,同時預(yù)張力/預(yù)張力傾角減小時系泊纜長也會越來越大,過長的系泊纜會導(dǎo)致FPSO載重量減小,也會造成垂蕩運動的變化影響系統(tǒng)的經(jīng)濟型;預(yù)張力/預(yù)張力傾角過大會導(dǎo)致纜張力增大,系泊系統(tǒng)的安全系數(shù)偏低.

2.4 系泊纜布置對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響

2.4.1 系泊纜分布形式對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響

對于轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)系泊纜的空間布置,可以采用兩種模式[12]:組式系泊模式(圖8)和平均散射系泊模式(圖9),兩幅圖中分別包括船頭方向有纜和船頭方向無纜兩種形式,組式系泊也要考慮纜分為幾組、每組幾根、每根之間的角度是多少等問題.由于任何一個因素的改變都會導(dǎo)致FPSO系統(tǒng)的動力響應(yīng)發(fā)生變化,因此本條內(nèi)容主要為:確定系泊纜為12根不變,討論系泊纜為平均散射形式、3組×4根/組形式(每組纜間夾角120°,同組間纜夾角5°)、4組×3根/組形式(每組纜間夾角90°,同組間纜夾角5°)3種情況,每組情況中又討論船長方向上有無系泊纜,每種工況下的纜繩都沿著船長對稱,共6種工況下FPSO的水平偏移及纜動張力的統(tǒng)計值變化規(guī)律.在上節(jié)16種系泊纜預(yù)張力工況中,選擇系泊半徑2 800 m，纜長2 971 m，預(yù)張力1 497 kN,預(yù)張力傾角30°的工況作為計算基礎(chǔ).

表9為4種組式系泊模式以及2種平均散射系泊模式下的水平偏移及系泊纜動張力的時域計算,并給出了計算統(tǒng)計結(jié)果.

圖8 組式系泊模式Fig.8 Grouped mooring mode

圖9 平均散射系泊模式Fig.9 Equally spread mooring mode表9 不同系泊纜布置形式下FPSO水平偏移及動張力計算統(tǒng)計值Table 9 Statistic value of the horizontal motion and mooring tension under different arrangement forms of mooring lines

布置形式水平偏移最大值/m偏移量/%系泊張力最大值/kN安全系數(shù) 平均散射形式(x正方向有纜)92.09.20109741.66 平均散射形式(x正方向無纜)92.09.20109431.66 3組×4根/組形式(x正方向有纜)80.98.0996711.88 3組×4根/組形式(x正方向無纜)110.111.0188062.07 4組×3根/組形式(x正方向有纜)91.49.14109791.66 4組×3根/組形式(x正方向無纜)92.69.2692931.96

注:表中水平偏移指FPSO上系泊點在水平面上的總位移,是縱向位移與橫向位移的矢量和.

不難看出,組式系泊模式下的安全系數(shù)比平均散射系泊模式下的高,說明組式系泊系統(tǒng)參與發(fā)揮系泊作用的纜較多,使組式系泊的安全系數(shù)在出現(xiàn)少數(shù)系泊纜斷裂時更有優(yōu)勢.

盡管系泊纜均勻布設(shè)容易調(diào)整各系泊纜間的預(yù)張力,安裝上實行一對一對布設(shè),可使用較少的施工機具,但其缺點是發(fā)揮系泊作用的系泊纜根數(shù)少,這種布設(shè)方式適合環(huán)境條件要求低的作業(yè)工況.組式系泊模式下的FPSO水平偏移量沒有明顯的優(yōu)勢,這要取決于海況條件及FPSO的風(fēng)標(biāo)位置,文中所計算的工況中,3組×4根/組(x正方向有纜)系泊形式時的FPSO水平偏移量最小,且系泊安全系數(shù)較高.同樣是3組×4根/組的系泊形式,當(dāng)x正方向無纜時,雖然系泊安全系數(shù)最高,但FPSO的水平偏移量也偏大,超出了規(guī)范要求.以上計算的6種系泊纜布置形式中系泊安全系數(shù)均符合要求,水平偏移量除3組×4根/組形式(x正方向無纜)外均符合規(guī)范要求.

2.4.2 組式系泊纜間角度的影響

組式系泊纜一般沿圓周等夾角分布,每組多根纜間也等夾角分布(圖10).同組纜間夾角θ的變化會影響FPSO的水平偏移及系泊纜動張力.在上文6種系泊纜布置形式工況中,選擇3組×4根/組形式(x正方向有纜)的系泊結(jié)構(gòu)作為計算工況,分析不同纜間夾角θ下FPSO的水平偏移及纜動張力計算統(tǒng)計值的變化規(guī)律.

圖10 三組式系泊模式Fig.10 Grouped mooring mode(3groups)

表10和圖11,12給出了組式系泊模式5種纜間夾角下的水平偏移量δ及系泊纜動張力σ的時域計算統(tǒng)計結(jié)果.

表10 不同系泊纜間夾角下FPSO水平偏移及 動張力統(tǒng)計值Table 10 Statistic value of the horizontal motion and mooring tension of FPSO under different angles between mooring lines

圖11 不同系泊纜間夾角下FPSO水平偏移量Fig.11 Horizontal motion of FPSO under different angles between mooring lines

圖12 不同系泊纜間夾角下系泊纜安全系數(shù)Fig.12 Safety factor of mooring lines under different angles between mooring lines

從上述圖表可知,隨著纜繩夾角的增加系泊安全系數(shù)減小,FPSO水平偏移量增大.在表10計算的5種工況中,FPSO偏移量與纜安全系數(shù)均符合規(guī)范要求,纜間夾角的變化對FPSO偏移量與纜安全系數(shù)有顯著影響.當(dāng)同組纜間夾角為0°,也就是同組四根纜位置重合時,FPSO水平偏移量最小,系泊安全系數(shù)最高.但是同組纜間夾角過小會導(dǎo)致纜間摩擦碰撞,存在安全隱患,且夾角太小會給海底錨的布設(shè)帶來困難,綜合考慮FPSO的橫搖、縱搖、垂蕩運動,纜間夾角并不是越小越好.

2.5 系泊纜數(shù)量對FPSO系統(tǒng)動力效應(yīng)的影響

根據(jù)工程經(jīng)驗,內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊系統(tǒng)的系泊纜數(shù)量N至少8根,以抵抗來自東、南、西、北、東南、西南、西北、東北8個方向的環(huán)境力.在上節(jié)5種系泊纜間夾角工況中,選擇5°作為本節(jié)的計算工況,分析不同系泊纜數(shù)量下FPSO的水平偏移及纜動張力統(tǒng)計值的變化規(guī)律.

表11和圖13,14給出了組式系泊模式3種纜數(shù)量下FPSO的水平偏移及系泊纜動張力的時域計算統(tǒng)計結(jié)果.

表11 不同系泊纜數(shù)量下FPSO水平偏移及 動張力統(tǒng)計值Table 11 Statistic value of the horizontal motion and mooring tension of FPSO under different numbers of mooring lines

圖13 不同系泊纜數(shù)量下FPSO水平偏移量Fig.13 Horizontal motion of FPSO under different numbers of mooring lines

圖14 不同系泊纜數(shù)量下系泊纜安全系數(shù)Fig/14 Safety factor of mooring lines under different numbers of mooring lines

不難看出,纜繩數(shù)量對單點系泊FPSO系統(tǒng)的動力響應(yīng)有非常顯著影響,隨著系泊纜數(shù)量的增加,FPSO水平偏移量減小,安全系數(shù)增加,系泊性能明顯變好.12根纜與15根纜的系泊系統(tǒng)均滿足水平偏移和安全系數(shù)的規(guī)范要求,但考慮到纜數(shù)太多后會造成水下柔性軟管、電纜和臍帶管等布置與穿行的困難,且增加系泊纜數(shù)量將提高海上的安裝工作量,增加工程投資費用.對于9根纜組式系泊的情況,FPSO水平偏移量略大,但仍在要求范圍內(nèi),安全系數(shù)比規(guī)范要求的略低,但若合理修改本章中上述分析的系泊參數(shù),9根纜也能滿足系泊要求.調(diào)研得知,目前在南海7艘FPSO中系泊纜數(shù)量從8～10根不等.綜合考慮各因素,9根纜組式系泊為可選方案.

2.6 系泊系統(tǒng)優(yōu)選及其優(yōu)選方案下的動力性能分析

在比較系泊參數(shù)結(jié)論的基礎(chǔ)上,對中國南海1 000 m水深某型FPSO的單點系泊系統(tǒng)及其張緊式系泊纜的各項參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)選,對系泊方案進(jìn)行調(diào)整,仍以中國南海百年一遇的風(fēng)浪流條件作為其環(huán)境載荷,對FPSO系泊系統(tǒng)進(jìn)行校核,以適應(yīng)海上浮式結(jié)構(gòu)物水平偏移量及系泊安全系數(shù)的要求.修改后的單點系泊FPSO系泊方案及主要參數(shù)如表12,13所示.

表12 FPSO單點系泊系統(tǒng)優(yōu)選方案Table 12 Optimize proposal of single point mooring system of FPSO

表13 優(yōu)選方案的纜繩參數(shù)Table 13 Main particulars of optimized mooring lines

FPSO在中國南海百年一遇的海況中,可能出現(xiàn)最大系泊力和最大水平偏移的環(huán)境方向組合,共7種,如表14所示[13].下面對優(yōu)選調(diào)整過的系泊系統(tǒng)進(jìn)行強度及FPSO水平偏移校核,表15中的統(tǒng)計值都是在FPSO達(dá)到平衡位置后,在平衡位置附近運動的時域統(tǒng)計值,各纜的編號如圖15.

表12，13所示的FPSO系泊系統(tǒng)優(yōu)選方案基本與工程實踐經(jīng)驗相符.為了防止系泊線磨損和破壞,預(yù)張力一般控制在15%～30%斷裂強度,文中的優(yōu)選方案預(yù)張力為18.5%斷裂強度;頂部預(yù)張力張角隨水深的變化有所不同,一般控制在30°～50°比較合適,文中預(yù)張力傾角36°.表15列出了該系泊系統(tǒng)在可能出現(xiàn)最大系泊力和最大水平偏移的環(huán)境方向組合作用下FPSO的水平偏移量以及系泊系統(tǒng)的安全系數(shù).可以看出在以上7種工況中,工況5時的系泊系統(tǒng)安全系數(shù)最小,工況6的水平偏移量最大.斜風(fēng)作用下的水平位移比斜流作用下的位移大,安全系數(shù)比斜流作用下的安全系數(shù)小.不難看出,所有工況系泊纜張力的安全系數(shù)、FPSO的水平偏移量都滿足要求.因此證明,所優(yōu)選的系泊纜方案系泊性能優(yōu)良,較初步設(shè)計的系泊纜方案性能有了顯著地提高.

表14 計算工況Table 14 Calculation conditions

圖15 FPSO系泊方案俯視圖Fig.15 Planform of FPSO mooring form表15 FPSO運動響應(yīng)及系泊系統(tǒng)張力響應(yīng)Table 15 Motion response of FPSO and tension response of mooring lines

參數(shù)工況1234567來風(fēng)方向/(°) 18018018018015013590 來浪方向/(°) 180180180180180180180 來流方向/(°) 18015013590180180180縱蕩/m最大值-42.25-32.59-47.75-34.39-58.87-60.30-52.35平均值-11.36-8.10-12.92-8.09-16.60-17.55-16.62 標(biāo)準(zhǔn)差5.844.546.114.128.158.527.91橫蕩/m最大值02.40-11.167.76-12.37-12.39-10.75 平均值01.20-2.880.36-3.80-3.29-1.08 標(biāo)準(zhǔn)差00.191.651.281.871.992.53 垂蕩/m 最大值-17.74-18.32-18.35-19.92-17.32-17.58-17.33 平均值-10.73-10.73-10.66-10.61-10.68-10.68-10.62 標(biāo)準(zhǔn)差2.002.062.032.331.921.921.91橫搖/(°) 最大值0-0.84-10.86-8.0212.02-10.555.04 平均值0-0.010-0.040.030.00-0.03 標(biāo)準(zhǔn)差00.223.272.213.253.031.23 縱搖/(°) 最大值2.732.952.743.192.462.592.51 平均值0.520.520.510.500.520.510.50 標(biāo)準(zhǔn)差0.630.640.590.640.560.560.56艏搖/(°) 最大值0.00-4.08-39.34-53.50-33.70-39.55-54.86 平均值0.00-3.82-35.08-49.14-28.36-34.48-49.79 標(biāo)準(zhǔn)差0.000.050.960.691.221.141.02 水平偏移最大值/m42.2532.6647.7634.6558.9860.3052.75 水平偏移量/%4.223.264.783.465.906.035.27 最易斷裂纜繩編號NO.8NO.8NO.8NO.8NO.5NO.5NO.8 最大張力/kN7973737389138266105061027710098 安全系數(shù) 2.282.472.042.201.731.771.80

注:表中位移的最大值為運動距離的最大值,也就是絕對值最大,因此有時為負(fù)數(shù).

3 結(jié)論

1)文中主要探討了內(nèi)轉(zhuǎn)塔位置、張緊式系泊纜材料分布、系泊纜預(yù)張力大小與方向、系泊纜數(shù)量、系泊纜布置形式等參數(shù)對FPSO系泊性能的影響,分析了不同參數(shù)時FPSO的水平偏移量及張緊式系泊纜的安全系數(shù)；

2)在綜合分析系泊系統(tǒng)參數(shù)影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,提出了一套內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO單點系泊系統(tǒng)的優(yōu)化方案,對所優(yōu)選的系泊系統(tǒng)與FPSO進(jìn)行了耦合運動預(yù)報,并進(jìn)行了系泊纜的強度校核,結(jié)果表明：優(yōu)選方案的系泊性能優(yōu)良,與初步設(shè)計方案相比有了顯著地提高,能夠滿足FPSO系泊定位的工程要求.

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