海洋平台的安全性与规范设计【开题报告】

开题报告

船舶与海洋工程

海洋平台的安全性与规范设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义：

最近几年，我国海上石油开采已从近海浅水走向深海.未来5 年~10 年内，我国海洋石油的开采水深有望达到500 米-2000 米.由于导管架平台和重力式平台自重和工程造价随水深大幅度增加，已经不能适应深水海域油气开发的要求.因此，研究、发展深海采油平台的有关技术势在必行.

而深海石油平台的设计，建造及相关技术是深海油气资源开发中的关键技术之一，及早了解和和掌握国外深海平台的建造和使用情况，探讨国外深海平台设计和使用中积累的经验和存在的问题，对我国海洋油气开发具有重要意义。

对深水开采，钢质导管架平台的造价会随水深增加而急剧增长，以致增加到在经济上不可行。这就促使我们在深海开发中使用新的结构形式，如混凝土结构和浮式结构。典型的浮式结构是FPSO，半潜式平台，张力腿平台（TLP）和SPAR平台。

海洋平台结构复杂，体积庞大，造价昂贵，特别是与陆地结构相比，它所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。在此环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等不利因素都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。另外，操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。随着对海洋平台复杂性的深入了解，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。例如，1965年英国北海的“海上钻石”号钻井平台支柱拉杆脆性断裂导致平台沉没；1968年“罗兰角”号钻井平台事故；1969年我国渤海2号平台被海冰推倒，造成直接经济损失2000多万元；1997年渤海4号烽火平台倒毁；1980年北海Ekofisk油田的Alexander L Kielland 号五腿钻井平台发生倾覆，导致122人死亡；以及2001年巴西油田的P-36平台发生倾覆。

1982年7月交通部烟台海难救助打捞局，经过一年多的努力，将“渤海2号”沉船分割成10大块打捞上岸。主甲板上共有10个通风筒，其中，泵舱的四个通风筒—两个进风风筒和两个排风风筒，全部被风浪打掉。事故分析报告给出三个主要原因，原因

之一是：没有及时排出压载水或卸载；原因之二是：通风筒的强度不够被打断；原因之三：是平台与沉垫舱没有贴紧。这三条原因共同影响，降低了平台抵抗风浪的能力，使本来能抗12级以上风力的“渤海2号”，却经不起8～9级风（最大的阵风是10级）的袭击，致使通风筒被海浪打断后，海水得以大量涌进泵舱，失去平衡、造成翻沉。在这三条中，特别是第一条原因没有及时排出压载水或卸载是造成“渤海2号”翻沉的致命原因。“渤海二号”沉船事件，促使我国政府及中国船级社不断加强平台船舶设计的规范性和严密性，从中吸取教训和经验，规范版本逐年不断修改完善。中国船级社在海洋平台设计规范中提出了对通风筒高度和强度的明确要求，并完善了海洋平台应急排水系统的设计。

这些惨痛的教训给海洋资源开发以很大的警示，同时也促使国内外石油部门更加努力研究海洋平台安全管理的关键科学问题。

近年来, 在海洋工程领域结构控制的理论研究与试验取得了许多进展, 目前正在积极开展工作, 争取应用到实际抗冰海洋平台中。结构控制作为一种辅助手段, 与结构体系本身共同发挥作用来抵御环境荷载, 减小振动, 因此涉及到两类优化问题: 一是抗冰海洋平台控制装置的优化设计, 即对于特定的抗冰海洋平台设计方案进行控制装置参数及位置的优化设计。二是抗冰海洋平台和控制装置的一体化优化设计, 比如, 抗冰海洋平台设计中是否需要采用控制装置、采用什么控制策略和装置以及设计参数如何选取等问题与海洋平台结构本身的设计情况密切相关, 所以结构控制装置的设计不应该单独考虑, 而是应该根据设计目标( 如造价和性能等) 和海洋平台结构设计一起进行优化设计。

本质上讲, 海洋平台所受到的环境荷载都是动荷载, 因此, 海洋平台在动荷载作用下的动态响应特性关系到结构能否发挥正常的性能和保持良好的工作状态, 是结构设计的一项重要指标。

由于海洋平台一般都是钢结构, 在极端环境荷载作用下, 当其达到极限状态时材料往往都是高度非线性的, 而焊接残余应力、腐蚀等对材料的非线性性能有很大影响, 一般的线弹性方法根本不能反映其实际情况。因此, 考虑材料非线性、焊接残余应力影响的分析方法, 是今后需要进一步研究的问题。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

（一）研究基本内容

1．通风筒规范设计；

2．应急排水系统的规范设计；

3. 舱底水系统设计；

（二）拟解决的主要问题

1．海洋平台设计中的经济性和安全性的若干考虑；

2．对海洋平台通风系统的规范设计；

3．对舱底水系统的规范设计；

三、研究步骤、方法及措施：

（一）研究步骤：

1．对海洋平台设计的认识熟悉；

2．对海洋平台优化设计的研究进展；

3．研究海洋平台设计中的经济性和安全性；

4．对海洋平台通风系统的规范设计；

5．对舱底水系统的规范设计；

（二）方法及措施：

1．查找相关海洋平台的资料并对其深入了解；

2．随时与指导教师讨论设计中存在的问题。

参考文献：

［1］蒋其铠，“漫漫求索路_渤海2号钻井船翻沉事故原因的追踪”，[J].《石油科技论坛》2006年6月

［2］《2005海上移动平台入级规范》[s]. 2005年

［3］《2006钢质海船入级规范》[s]. 2006年

［4］Nomoto T, Aoyama K .Ship definition system in computer integrated design and manufacturing[C]. In: Vieria CB, Martins P (eds) Computer applications in the Automation of ship yard operations and ship design VII. Elsevier, Amsterdam, (1992),pp 177-185.

［5］Nomoto T, Aoyama K.Product modeling in CIM for shipbuilding and its application for production planning. International [C].Symposium on Practical Design of Ships and Mobile Units, (1995) ,pp1389-1398.

四、研究工作进度：