FPSO与串靠油轮非线性动态响应分析

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FPSO单点系泊系统的水动力响应分析

FPSO单点系泊系统的水动力响应分析摘要：FPSO（Floating Production, Storage, and Offloading）是一种常用于海上油田开采的浮式生产储油船，通过与海底油井连接，实现原油的生产、贮存及离岸转运。

FPSO单点系泊系统作为FPSO的重要组成部分，其受到海洋环境的影响，需要进行水动力响应分析以保证系统的稳定性和安全性。

本文将介绍FPSO单点系泊系统的水动力响应分析方法，并重点讨论其在不同环境条件下的水动力响应特性和设计参数对系统性能的影响。

1. 引言FPSO单点系泊系统是FPSO在海上运营中最重要的部分之一，其主要作用是保持FPSO在海上油井位置的稳定。

系统主要由锚链、锚泊和系泊缆组成。

在海洋环境中，FPSO单点系泊系统会受到波浪、潮流、风力等因素的影响，这些影响会导致系统产生水动力响应，进而影响其稳定性和安全性。

2. 水动力响应分析方法水动力响应分析是对FPSO单点系泊系统的响应特性进行研究和评估的过程。

目前常用的水动力响应分析方法主要包括数值模拟和物理模型试验两种。

2.1 数值模拟数值模拟是利用计算流体力学（CFD）方法对FPSO单点系泊系统的水动力响应进行模拟和计算的方法。

其基本原理是通过建立数值模型、采用适当的数值算法和边界条件，求解Navier-Stokes方程来描述水体在FPSO周围的流动过程。

数值模拟方法具有较高的精度和灵活性，能够模拟系统在不同环境条件下的水动力响应。

2.2 物理模型试验物理模型试验是利用缩比实验模型对FPSO单点系泊系统进行水动力响应研究的方法。

其基本原理是通过制作适当比例的实验模型，放置于水槽中进行波浪或风场试验，通过测量实验模型的位移、张力等参数，分析系统在不同环境条件下的水动力响应特性。

物理模型试验方法可以直观地观察系统响应过程，但实验周期长且费用高。

3. 环境条件对水动力响应的影响FPSO单点系泊系统的水动力响应受到海洋环境条件的影响，主要包括波浪、潮流和风力。

FPSO(浮式生产储油装置)污染事故规律分析及海事局在管理中作用的探讨海上交通工程论文

FPSO（浮式生产储油装置）污染事故规律分析及海事局在管理中作用的探讨1、前言浮式生产储油装置（Floating Production Storage and Offloading system，以下简称FPSO），是海洋石油工业集油气生产、储存、外输、生活、动力于一体的海上油气处理大型设施，穿梭油轮定期提取，将原油运往各地.目前已成为海上油气田开发的主流生产方式。

FPSO在海上油气田开发生产中与平台的井口连接，又与油气外输相连接。

FPSO本身就是一艘大型的船舶，可以有舵，能自航，也可以无舵，靠拖航就位。

该装置通过固定式单点或悬链式单点系泊系统固定在海上，可随风浪和水流的作用360°全方位地自由旋转，如果情况恶化，他们还能与海底的油井分离，由拖船拖离原地。

利用它的储油舱可以储存原油，在它的主甲板上面加设生产甲板，安装生产处理设施和公用设施，并向操作人员提供居住和休息场所，可担负起海上油田原油的处理、储存和外输的全部职能。

它可和固定式井口平台配套使用，也可采用水下井口单独进行油田的开发，充分显示了它的灵活性。

中海油运营管理ＦＰＳＯ最早可追溯到１９８６年开始设计建造的＂友谊号＂，经过１９年的跨越式发展，中海油已在１６个油田使用了１４艘ＦＰＳＯ进行油气开发，总载重量达１７０万吨，其中，１３艘在中国渤海和南海共10个油气田作业，１艘在印尼爪哇海域作业。

作业海域的水深从１０多米到３３０米不等，吨位从５万吨级至２５万吨级。

目前中国已经成为全球最大的ＦＰＳＯ制造与应用国，所拥有的ＦＰＳＯ数量与总吨位均居世界首位。

中海油"十一五"期间还将投资新建11艘10万吨级的海上浮式生产储油船（FPSO）。

业界咨询单位道格拉斯—威斯特伍德有限公司说，在过去的5年内，由于更多的石油生产从近海转移到远海，世界上这种“浮动生产、储存和装运船”的数量增加了一倍，达到113艘。

到2011年将再建成83艘。

FPSO系泊系统的运动响应分析

FPSO系泊系统的运动响应分析本文以“海洋石油118”号为FPSO尺寸参考,通过AQWA软件模拟分析FPSO 系泊系统在单位规则波下的频域响应情况,研究附加质量、辐射阻尼、一阶波激力、二阶漂移力和运动响应幅值算子RAO随水深、频率、浪向角的变化情况。

在频域分析的基础上,通过时域耦合分析研究FPSO的系泊缆材料、系泊点位置、预张力大小、缆间角大小、布置方式、布置种类和系泊半径等因素对FPSO最大水平位移和系泊缆绳张力的影响。

并将聚酯缆和钢缆各自按照一定的比例,采用分段式和多股索式组成新型系泊材料,通过时域耦合分析,优选出最适合当前海况下的内转塔式单点系泊系统。

参考“海洋石油118”号的尺寸参数,通过PRO-E软件,建立了简易的三维FPSO 模型。

基于三维势流理论及边界条件,利用ANSYS Workbench软件平台,调用Hydrodynamic-Diffraction频域计算模块,对FPSO在单位规则波诱导下所受到的水动力响应进行了分析,得到了:FPSO的初稳性与水深的关系;FPSO的附加质量和水深、频率的关系;FPSO的辐射阻尼和水深、频率的关系;FPSO的一阶波激力和水深、频率、浪向角的关系;FPSO的二阶漂移力和水深、频率、浪向角的关系;FPSO的运动响应幅值算子RAO和水深、频率、浪向角的关系,对后续研究提供了数据基础。

采用时域耦合分析方法,利用ANSYS Workbench软件平台,调用时域计算模块Hydrodynamic-Response,对FPSO在南海目标海域一年一遇的环境参数下响应30分钟的情况进行了模拟计算,按照控制变量法的设计理念,探讨了系泊材料、系泊点、预张力大小、缆间角、布置方式、布置类别和系泊半径等参数对FPSO运动响应的影响,分析不同参数下FPSO的水平最大偏移值和系泊缆的最大张力安全系数的变化情况。

并在结果分析的基础上,模拟相同参数的FPSO在南海百年一遇的作业工况下响应30分钟的响应情况,验证结论的可靠性。

多点系泊型式浮式生产储油船(FPSO)的运动响应预报

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满载初始位置后移 %$ & 后移初始压载 !% & 位置后移 %$ & ))’ % 后移 !% & )义法向分量， -- ! / ( . 0( ， . 为辐射波的数目。应用叠加原理，将线性速度势分解为入射势绕射势 ! 1 和对应于各运动模态的辐射势 ! ,( ： !+ 、
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! ,( & ( $/ 体基线的交点。
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分别建立各自的定解条件，通过数值计算得到物体附加质量、阻尼系数和波浪力等水动力特征。 !# !" 运动方程考虑系泊系统的 0123 的运动方程为：
国内在对于单点系泊形式 !"#$ 的运动响应，数值计算以及模型试验方面作了大量的研究，为工程应用提供了大量的参考依据。而对于多点系泊形式 !"#$ 的运动响应国内进行的研究比较少，这主要归因于我国没有适用于此类 !"#$ 的海域。以西非海域超大型多点系泊 2& 万吨 !"#$ 为研究对象，本文对多点系泊型式 !"#$ 的运动响应做一些探讨，并就多点系泊位置对运动的影响做一定考虑。目前可用于浮式海洋结构物运动预报的商用软件很多，但能考虑系泊系统影响的软件比较有限，因此实际海洋工程的运动响应软件预报结果一般需要船模试验进行验证。本文计算采用的软件是美国 .@ACJ?JC89F 公司的 ,$#-#，它在海洋工程领域应用十分广泛，可以预报 !"#$ 在系泊系统影响下的运动响应。通过软件计算结果与模型试验结果的比较，对软件进行多点系泊形式 !"#$ “ 运动响应预报” 的准确性作出初步的评估。

多点系泊型式浮式生产储油船(FPSO)的运动响应预报

．
［关键词］ＰＯ；ＦＳ多点系泊系统；运动响应；三维辐射一绕射［摘
要］对多点系泊形式ＦＳＰＯ的运动响应及系泊力问题进行了研究，通过软件和试验结果的对比，就软件
预报的可用性进行了评估。并用软件计算了系泊位置变化对ＦＳＰＯ运动响应和系泊力的影响。对比表明，ＳＳＭＯＥ软件计算多点系泊型式ＦＳＰＯ运动响应的结果具有较好的可信度。［中图分类号］６４３Ｕ７．８［文献标识码］Ａ［文章编号］０１９５（０７０一０９— ４１０ — ８５２０）ｌ０００
系泊系统是ＦＳＰＯ的关键设施之一，泊方式系
主要分为单点系泊、动力定位以及多点系泊。就世
界范围来看，ＦＳ和浮式储油船（Ｓ上应用在ＰＯＦＯ）最多的系泊系统是单点系泊系统。单点系泊又可细分为浮筒式（ＡＭ等）塔式（刚臂等）转塔式ＣＬ、软和
中在渤海湾一般采用软刚臂系统，在南海则一般采用内转塔系统。动力定位应用较少，要考虑特定主环境及特殊作业下使用。单点和动力定位两种系泊方式适用范围广，都属于专利技术，但价格昂贵。相对于前两种系泊方式，多点系泊是非专利技术，本成较低，缺点在于它不具备风向标效应，用水深有其应
（内转塔和外转塔）每种形式都有其适用的环境条，

FPSO单点系泊水动力响应研究综述

FPSO单点系泊水动力响应研究综述0 引言浮式生产储油船(Floating Production，Storage and Offloading System，简称FPSO)最早出现在1977年，是西班牙壳牌公司将一艘商业游船改装而成的，并服役于地中海的卡斯特伦油田。

FPSO的概念包括FSP(Floating Storage and Offloading)，即浮式储油卸油装置，集成了处理、生产、储油及外输等多种功能，一艘FPSO实际上就是一个海上移动的大型石油加工厂。

FPSO没有动力，通过位于艏部的单点系泊装置长期系泊在油田附近，与采油输油装置、穿梭油船组成一套完整的生产系统，是海上石油开发的重要战略装备，如图1.1。

FPSO可以比较方便地转移避险或重复使用，与其产生的附加产值相比，造价较低，并且对于传统的导管架平台或者重力式平台，随着水深的增加制造成本以及安装维护成本都大幅增加，FPSO由于只需系泊系统固定在指定区域，因此随水深的增加成本增加相对较少。

因其几乎适用于所有水深，逐渐成为石油开发的主流工具。

图1 FPSO生产系统Fig1 FPSO production system大多数FPSO都采用单点系泊系统，其特点是FPSO可以绕其上一点自由转动，从而长期系泊定位于特定海域进行油气的生产作业，在环境荷载条件下产生风标效应，最大程度地减少风浪流的作用力。

同时单点系泊系统也有利于穿梭油轮卸油，油轮与FPSO艏艉串联，两浮体同时绕系泊点自由转动，操作方便安全。

根据水深和环境荷载的不同，目前发展的单点系泊（SPM）类型有单锚腿系泊(SALM)，悬锚腿系泊(CALM)，转塔式系泊(Turret Mooring)和软刚臂系泊(Soft Yoke Mooring)等多种类型。

常规水深、深水及超深水中应用最多的是转塔式系泊系统，包括内转塔式和外转塔式两种。

1 FPSO与系泊立管系统耦合水动力预报分析研究进展风、浪、流等环境荷载的作用下，系泊状态下FPSO水动力性能的数值预报从第一艘FPSO诞生开始就一直是学者们研究的热点问题。

FPSO单点系泊系统运动响应分析

FPSO单点系泊系统运动响应分析内转塔式单点系泊FPSO具有适应水深范围较大、抵抗海洋环境能力较强、经济性相对良好的优点，因此已经成为海洋工程领域研究的热点。

其中单点系泊系统及FPSO与驳船串靠外输模式下的运动响应预报是目前急需解决的重要问题，开展系泊系统设计与多体耦合运动响应研究对于保障FPSO的运输安全具有重要的指导意义。

本文采用基于三维势流理论的AQWA软件进行FPSO单点系泊系统及串靠外输系统的水动力分析及耦合运动的实时数值预报。

本文对FPSO微幅波诱导下的水动力进行了分析，得到了附加质量、辐射阻尼、一阶波激力、平均二阶漂移力和运动响应幅值算子随水深、吃水深度、入射浪向角的变化规律。

在水动力计算结果的基础上，本文对FPSO的系泊系统进行了初步设计，并对深水FPSO及张紧式单点系泊系统耦合动力响应进行了计算分析。

针对1000米水深，百年一遇海况下的FPSO系泊系统耦合运动响应进行了实时数值预报，得出了不同风、浪、流方向组合下FPSO的平衡位置、运动响应及系泊缆张力的时域统计结果，结果指出FPSO系泊系统的安全系数在浪、流同向，斜风或侧风时偏小。

为提高FPSO系统的作业安全，增加其使用寿命，应尽量减小平台的水平偏移量、增加系泊系统的安全系数，本文针对这两个要求，探讨了内转塔位置、张紧式系泊缆材料分布、系泊缆预张力大小与方向、系泊缆数量、系泊缆布置形式等参数对FPSO系泊性能的影响，在综合考虑所有参数影响规律的基础上，提出了一套1000m内转塔式单点系泊系统的优选方案：其中转塔距船艏柱25%Lpp，系泊半径1500m，缆长1775m，下端钢链占总长9%，中段聚酯缆占总长90%，上端钢链占总长1%，预张力3367.3KN，预张力倾角36°，缆绳9根（3组×3根/组），每组三根缆间夹角5°，并对该系泊系统进行了完整工况及破损工况下的强度校核，均可满足FPSO系泊定位的工程要求。

多点系泊FPSO旁靠外输多浮体系统水动力研究

多点系泊FPSO旁靠外输多浮体系统水动力研究随着工业技术的发展,国民对石油天然气等资源的需求与日俱增,伴随着陆地资源的快速消耗殆尽,石油天然气资源的开发逐渐转向深海大洋。

尽管目前我国的原油进口依存程度很高,但是我国海域的油气储藏量也十分巨大,因此加强海上装备的自主研发能力是我国的当务之急。

在近20年间,FPSO已经在逐渐成为海洋油气田开采的主流方式。

由于FPSO 不同于普通航运船舶,其长期系泊于海洋之中。

因此,海洋石油天然气的外输称为一项必不可少的工作。

在外输作业中,会产生吃水的实时变化和船体间相互作用,导致船舶的水动力性能发生改变,作业危险程度提升。

因此,FPSO旁靠外输水动力性能是一项十分有意义的课题。

本文以一艘工作于中国南海域的15万吨级FPSO和一艘10万吨级的穿梭油轮为研究对象,研究水深为200m。

首先研究了FPSO满载状态水动力性能,同时开展了FPSO及穿梭油轮旁靠系统水动力性能研究并做出对比;开展水池中静水衰减,规则波和不规则波实验,验证数值模拟结果的正确性;研究FPSO及穿梭油轮单独漂浮状态的风载荷和流载荷特性,同时开展两船旁靠状态下各自的风载荷和流载荷研究,并相互对比;最后开展FPSO及穿梭油轮旁靠系统的时域分析,考虑在南海海况下外输作业的安全性,并对多点系泊系统和旁靠定位系统的优化研究。

具体内容如下:(1)为了研究FPSO与穿梭油轮间水动力性能的相互影响,分析了满载FPSO单独漂浮时以及FPSO与穿梭油轮旁靠时不同船体吃水深度,不同旁靠间距尺寸时附加质量和辐射阻尼RAO以及波浪力的变化趋势。

研究表明旁靠穿梭油轮的存在对FPSO水动力性能产生了显著影响。

集中体现在,使FPSO在受到迎浪时产生横向波浪力和运动响应。

吃水深度的变化同样会对船体水动力性能产生较大影响。

其中穿梭油轮在压载状态下横摇响应会0.75rad/s附近发生大幅度上升,而在满载状态下响应程度较低。

随着旁靠距离的靠近,船体横向载荷和运动响应幅度会有所增加。

FPSO系泊系统参数的动力效应影响分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＢＴＭ（ＢｕｏｙａｎｔＴｕｒｒｅｔＭｏｏｉｒｎｇ）ｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｄｙｎａｍｉｃｒｅ — ｓｐｏｎｓｅｏｆＦＰＳＯｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｓｏｆｔｗａｒｅＡＱＷＡ．Ｔｈｅｉｎｌｆｕｅｎｃｅｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｃｈａｓｔｕｒｅｔｌｏｃａｔｉｏｎ，
位置距船艏柱２５％Ｌｐｐ时风标效应及定位效果最好，多成分系泊缆材料分布采取下端钢链９％、聚酯缆９０％、上端钢链１％时，系泊缆数量取９根且为３组 × ３根／组布置时定位效果最好，缆绳受力最小．以ＦＰＳＯ水平偏移量与系泊缆的安全系数为
ａｇｅａｎｄａｆｆｃｏａｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）系统动力效应的影响特性，定量分析了内转塔位置、系泊缆材料分布、系泊缆预张力、系？白缆数量、
系泊缆布置形式等参数对ＦＰＳＯ系统动力效应的影响，对每个系泊参数采取多个特征量进行比较分析，计算结果表明技大学船舶与海洋：［程学院，江苏镇江２１２００３）摘要：利用水动力分析软件ＡＱＷＡ研究了内转塔式单点系泊参数对海上浮式生产储油船ＦＰＳＯ（ｌｆｏａｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｔｏｒ —

FPSO单点系泊系统的动力学分析

FPSO单点系泊系统的动力学分析概述：FPSO（Floating Production Storage and Offloading）是一种在海上进行石油生产、储存和装卸的浮式生产设施。

而FPSO的单点系泊系统是确保FPSO在海上稳定性和安全性的关键部分，它承受着海浪、海风和深水等多种复杂动力环境的作用，因此对其动力学性能进行准确的分析和优化至关重要。

动力学分析的重要性：FPSO单点系泊系统承受着巨大的外部载荷，任何系统结构或参数的改变都会对其动力学性能产生重大影响。

因此，准确的动力学分析可以帮助工程师们设计出更加稳定、安全和高效的单点系泊系统，保护设备和人员的安全，并提高FPSO的生产效率。

1. 建立动力学模型：动力学分析的第一步是建立一个准确的模型来描述FPSO 单点系泊系统的运动响应。

这个模型应该考虑到多种因素，包括海浪和风载荷、斜拉索和摩擦力等。

模型可以采用力学方程、动力学方程或者传递矩阵等方法进行描述。

2. 海浪和风载荷的考虑：海浪和风载荷是影响FPSO单点系泊系统动力学响应的主要因素。

通过收集并分析历史气象数据，可以获得预测FPSO所处海域的海浪和风速等参数。

然后，可以使用响应谱分析等方法，将这些载荷施加到动力学模型上，以分析系统的响应情况。

3. 系泊系统的设计：系泊系统是FPSO单点系泊系统的核心组成部分，其设计必须考虑到FPSO的质量、尺寸、所处海域的特点等因素。

通过对各种系泊系统的比较和优化分析，可以选择最适合FPSO特定需求的系泊方案，并确定合理的系泊点的位置。

4. 系泊系统参数的优化：对系泊系统的参数进行合理的优化设计可以提高其动力学性能。

例如，通过调整锚链的长度、直径和重量等参数，可以改变系统的刚度和阻尼特性，从而减小FPSO的摇晃幅度和滚动角度。

此外，还可以通过调整各个系泊点的位置和角度等参数，来优化系泊系统的稳定性和可靠性。

5. 预测各种运动响应：在进行动力学分析时，需要预测FPSO的各种运动响应，如俯仰、横摇、纵摇、位置偏移等。

FPSO的流体力学特性与优化研究

FPSO的流体力学特性与优化研究FPSO是浮式生产储油船的英文缩写，它在海上油田开发中扮演着重要角色。

随着全球能源需求的增长，FPSO的数量不断增加，因此研究FPSO的流体力学特性与优化变得越来越重要。

FPSO的流体力学特性主要包括其在海上运营时受到的海浪、海风和海流的影响，以及在船体设计中需要考虑的稳定性和航行性能。

针对这些特性，研究FPSO的流体力学特性与优化可以帮助优化FPSO的设计和运行，提高其安全性和性能。

首先，研究FPSO在海浪环境下的响应是流体力学研究的重点之一。

当FPSO受到海浪的冲击时，其船体会发生摆动和倾斜。

因此，研究如何减少FPSO的摆动和倾斜，提高其稳定性是非常关键的。

其中一项常用的方法是使用艏吃水锚泊系统，通过锚链调节FPSO的位置和角度，从而减少其受到的海浪冲击，提高其稳定性。

其次，研究FPSO在海风环境下的响应也是十分重要的。

海风对FPSO的影响主要体现在两个方面，一是风载荷对FPSO的影响，另一个是风对FPSO位置的影响。

通过研究FPSO在不同风速和风向下的响应，可以确定相应的抵御风浪的能力，设计适合的锚链长度和结构，保证FPSO在强风环境下的稳定性和安全性。

另外，FPSO的流体力学特性还与海流有关。

海流不仅会对FPSO位置产生影响，还会造成FPSO的阻力增大。

因此，研究FPSO在不同海流条件下的运动特性和阻力变化规律，可以指导FPSO的位置控制和运行优化，提高其效率和经济性。

除了以上流体力学特性的研究，FPSO的优化研究也是十分重要的。

优化研究旨在提高FPSO的性能，减少其能耗和碳排放。

一方面，通过优化FPSO的船体造型和参数，减小水动力阻力，提高其航行性能，降低能耗；另一方面，通过优化FPSO的动力系统，减少燃料消耗和排放，提高能源利用效率。

此外，还可以优化FPSO的各项设备和系统，减小噪音和振动，提高生产效率和工作环境品质。

总之，FPSO的流体力学特性与优化研究对于提高FPSO的安全性、稳定性、航行性能和经济性至关重要。

FPSO原油装载系统的分析与优化

ＦＰＳＯ原油装载系统的分析与优化
陈国刚
（上海中远船务工程有限公司，上海２００２３１）
摘要：浮式生产储油装置（ｌｆｏａｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｔｏｒａｇｅａｎｄｏｉｏｆ￣ｍｇ），简称ＦＰＳＯ，用于将原油处理后储存于原油储存舱中，并定期外输至穿梭油轮。原油装载作为ＦＰＳＯ的重要功能之一，起止于上部处理模块和储存舱底部，为典型的大落差系统。文章结合现有项目案例，研究如何实现合理的原油装载方案，并通过研究管网水力学计算，详细分析该类大落差管道的特点，为完成类似系统
计运行时候，大落差管道的垂直管段中不是噪声很大就是振动很厉害。经过管网水力学计算，可以通
过能量梯度直观地发现问题。
压，以舱底末端为ＥＬ０．０ｍ标高计算，主甲板管线的标高为ＥＬ３５．０ｍ。
ｔｏｈｔｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｂｏｔｔｏｍ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｈｔｅｅｘｓｉｔｉｎｇｐｏｒｊｅｃｔｃａｓｅ，ｈｅｔｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｈｔｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ
ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｌｏａｄｉｎｇｓｃｈｅｍｅｆｏｒｃｒｕｄｅｏｉｌ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｕｔｄｙｏｆｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｔｏｈｅｐｉｐｅｎｅｗ０ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ．

穿梭油轮相对于FPSO的动力定位研究

Specialty: Control Theory and Control Engineering Date of Submission: Jan. 2013 Date of Oral Examination: Mar. 2013
University: Harbin Engineering University
硕士研究生：李晓光指导教师：丁福光教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制理论与控制工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2013 年 1 月论文答辩日期：2013 年 3 月学位授予单位：哈尔滨工程大学
Classified Index: U.D.C:
本文的主要工作是建立穿梭油轮和FPSO的仿真数学模型，并建立与仿真有关的风、浪、流等海洋环境力数学模型。基于上述建立的数学模型进行了穿梭油轮动力定位控制器以及其在原油装载过程中跟踪FPSO控制策略的设计。最后对上述内容进行了仿真验证性实验。
关键词：穿梭油轮；FPSO；动力定位；模糊免疫控制；灰色预测
哈尔滨工程大学硕士学位论文
Positioning controller of shuttle tanker as well as control strategy during the process of following FPSO are designed too. Finally, simulation experiment is done about the above design content.
本论文(□在授予学位后即可 □在授予学位12个月后 □解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存ห้องสมุดไป่ตู้汇编等。
作者(签字)：

涡激振动对FPSO外输系统的动态响应分析

涡激振动对FPSO外输系统的动态响应分析FPSO外输系统是海洋油气开发过程中非常重要的部分，它负责将海上钻井平台生产的原油、天然气运输到陆地或者其他设施中去。

但是，在FPSO外输系统运行的过程中，由于海洋环境的影响以及船体等因素，系统很容易受到外界涡激的影响而发生动态响应。

因此，针对涡激振动对FPSO外输系统的动态响应进行分析非常有必要。

首先，对FPSO外输系统的涡激振动作用机理进行简单介绍。

涡激振动是由于外部流体与物理结构之间的不稳定流动相互作用所引起的一种现象。

在FPSO外输系统中，由于海洋环境的影响，船体所在位置的流体会形成周期性的涡旋，这些涡旋会对系统产生涡动压力作用，导致系统发生运动。

此外，当外部流体的流速等参数变化时，也会对系统产生涡激振动作用。

其次，涡激振动对FPSO外输系统动态响应的影响进行分析。

由于涡激振动的作用，FPSO外输系统会产生如抖动、振动等动态响应，严重的情况下，会导致系统失稳。

除此之外，涡激振动还会对系统的结构强度造成影响，导致腐蚀、疲劳等问题，从而影响到FPSO外输系统的安全可靠性。

最后，对FPSO外输系统防止涡激振动的措施进行讨论。

为了防止涡激振动对FPSO外输系统的影响，可以采用以下措施：一是在设计外输管线时，增加防涡设计，如增加牵制器、降低岸壁角度等，降低涡激作用的影响。

二是加强管线的支撑，提高其对涡激振动的抵抗能力。

三是加强检查和维护，定期检查外输管道的状态，及时发现和排除管道中可能存在的问题，避免因此给系统安全带来潜在的风险。

综上所述，针对涡激振动对FPSO外输系统的动态响应进行分析非常重要，只有通过合理的设计和措施，才能保证FPSO外输系统安全、稳定地运行。

针对FPSO外输系统受到涡激振动的问题，需要进行相关数据的分析，以便更好地评估系统的可靠性和安全性。

以下是收集的相关数据：1. 海洋环境数据：海浪高度、波浪周期、风速、水深等。

这些数据可以反映海洋环境对FPSO外输系统的影响，其中风速和波浪周期对涡激振动影响最大。

FPSO与运输船旁靠时液舱晃荡与船舶运动耦合效应分析

FPSO与运输船旁靠时液舱晃荡与船舶运动耦合效应分析骆阳;朱仁庆;刘永涛【摘要】During the loading and offloading operation between FPSO and a transport ship in a side-by-side case, the coupling effects of ship motion and liquid sloshing are significant. The motion responses of FPSO with liquid tanks in waves are calculated based on the three-dimensional linear frequency domain hydrodynamic analysis soft-ware,HydroSTAR( BV). The experimental results and numerical results are compared,the effectiveness of the numerical model and the calculation technique are testified. Then,coupled motion responses,which are influ-enced by twofactors,different filling ratios of front and rear tanks mounted on FPSO and side-by-side mooring system composed of the FPSO and the transport ship,are calculated. The results show that there is a shadowing effect between the two ships,and the filling ratio of tanks has some influence on the motion responses of both ships.%浮式生产储存船（ Floating Production Storage and Offloading，FPSO）与运输船进行旁靠作业时，存在两船体的运动与液舱晃荡的耦合效应。

FPSO单点系泊水动力响应研究综述

因其几乎适用于所有水深，逐渐成为石油开发的主流工具。

同时单点系泊系统也有利于穿梭油轮卸油，油轮与FPSO艏艉串联，两浮体同时绕系泊点自由转动，操作方便安全。

常规水深、深水及超深水中应用最多的是转塔式系泊系统，包括内转塔式和外转塔式两种。

FPSO的动态定位系统模拟与优化研究

FPSO的动态定位系统模拟与优化研究FPSO（Floating Production, Storage and Offloading）是一种海上石油生产、存储和卸载设备，其在海上油田开发中扮演着重要角色。

在FPSO运营过程中，动态定位系统是保证船体稳定的关键技术之一。

为了提高FPSO动态定位系统的性能，模拟与优化研究变得尤为重要。

本文将围绕FPSO的动态定位系统模拟与优化展开详细论述。

FPSO的动态定位系统主要用于使FPSO保持在海上油田的预定位置，保证石油生产及相关作业的顺利进行。

动态定位系统的核心是利用多种传感器对环境条件进行监测，并通过控制设备实现船体的精确定位。

由于海洋环境的复杂性，动态定位系统的模拟与优化十分必要，以确保FPSO的安全性和生产效率。

首先，动态定位系统的模拟研究是建立基于物理原理的数学模型，通过计算机仿真进行系统性能评估和参数调优。

在模拟研究中，海洋环境的因素如海流、风力、波浪等会被考虑进去，以模拟真实的海洋作业场景。

在选择数学模型时，需要综合考虑船体力学、控制系统、环境因素等因素，并根据实际情况进行合理简化和假设。

如何准确描述FPSO的运动状态和环境条件，是模拟研究的关键。

动态定位系统的优化研究是针对模拟结果进行系统性能评估和参数调优的工作。

通过对模拟结果的分析，可以了解系统的稳定性、精度和抗干扰能力等方面的表现，并进行相应的优化设计。

优化研究的目标往往是提高定位系统的鲁棒性、精确性和响应速度，以应对复杂的海洋环境和各种工况。

优化研究的方法包括参数优化、控制策略的设计优化等。

通过多次迭代，得到最佳的系统参数和控制策略，提高FPSO动态定位系统的性能。

在FPSO动态定位系统的模拟与优化研究中，还需要考虑实时性和可靠性。

因为在实际的FPSO运营过程中，时效性和可靠性是至关重要的。

因此，在模拟与优化研究中，需要考虑数据传输和处理的时延以及传感器和控制设备的可靠性。

同时，为了保证可行性和有效性，可以结合实际海洋环境的数据进行仿真，并与实际操作进行对比和验证。

FPSO单点系泊系统的下沉与漏油事故应急响应研究

FPSO单点系泊系统的下沉与漏油事故应急响应研究FPSO（Floating Production Storage and Offloading）是一种海洋石油平台，用于在离岸或深海地区开采和储存原油。

随着深海石油开采的增加，FPSO的使用也越来越广泛。

然而，FPSO单点系泊系统的下沉和漏油事故是一种严重的灾难，对环境和人口带来巨大的影响。

因此，进行相关的应急响应研究非常重要。

FPSO单点系泊系统的下沉是指由于各种原因导致系统无法正常工作，造成整个FPSO平台下沉或倾斜。

这可能是由于设备故障、海洋环境条件的改变、不当的操作等引起的。

一旦发生下沉，可能导致油罐破裂、油舱漏油等情况，进而造成大规模的漏油事故。

为了应对FPSO单点系泊系统的下沉和漏油事故，研究应急响应策略至关重要。

首先，应建立一个完整的监测系统，通过实时监测FPSO平台的位置、倾斜度、油罐容量等参数，以早期发现异常情况。

同时，还应采取预测技术来研究潜在的风险因素，分析可能导致下沉和漏油的原因，从而提早做好预防准备。

其次，应建立一个紧急通知和报警系统，确保在事故发生时能够及时通知相关人员。

这包括平台上的工作人员、当地沿岸监测机构、环境保护部门等。

此外，应建立紧急救援队伍和设备，以确保能够迅速响应和处理事故。

针对不同程度的事故，可以制定相应的应急预案和处置方案，确保能够及时有效地控制事故扩大范围，减少对环境的影响。

此外，在FPSO平台的设计和建造阶段，应考虑到单点系泊系统的稳定性和安全性。

采用先进的技术和设备，确保系统能够在恶劣的海洋环境条件下正常运行。

同时，应严格执行相关的安全标准和规定，加强对工作人员的培训和监督，提高应对事故的能力和水平。

在漏油事故发生后，应立即采取措施限制油污的扩散，并进行紧急的漏油清理工作。

应利用吸油设备、油水分离设备等技术手段，尽快清除漏油，减少对海洋生态系统和周边环境的损害。

同时，应建立紧急物资储备和漏油应急基金，以应对大规模漏油事故的处置工作。

FPSO系统动态响应分析的开题报告

FPSO系统动态响应分析的开题报告一、选题背景及意义随着深海油气勘探、开发与实践的不断推进，FPSO（Floating Production Storage and Offloading）系统作为一种具有良好适应性和灵活性的海洋能源生产设施，已经得到广泛应用。

FPSO系统作为一个复杂的动力学系统，主要由船体、锚泊系统、生产装置、动力系统等部分组成，系统的稳定、安全性和生产效率等因素直接影响到FPSO系统的运行效果。

因此，在FPSO系统的设计和运行过程中，如何对系统进行合理的动态响应分析，对于提高FPSO系统的运行效率、优化系统结构、降低生产成本等方面具有重要的意义。

二、研究目的本研究旨在结合目前常用的FPSO系统模拟软件，建立FPSO系统的动态模型，并通过模拟实验的方式，对FPSO系统的动态响应进行分析。

通过分析得到FPSO系统在风浪条件下的姿态、双向耦合效应、各部件的动力响应等相关参数，为FPSO系统的设计和运行提供科学有效的理论参考。

三、研究内容1. FPSO系统的动态建模和仿真通过对FPSO系统的结构、组成部分、动力学特性等方面的研究，建立FPSO系统的数学模型，并结合常用的FPSO系统模拟软件，如DNV-GL软件、Moses软件等，对FPSO系统的动态响应进行仿真。

2. 风浪环境下FPSO系统的动态响应分析将FPSO系统置于不同的风浪环境下，进行数字化的动态仿真实验，通过分析得到FPSO系统的姿态参数、波浪力作用下的各组件响应、船体和锚泊系统的耦合效应等相关参数。

3. 分析优化FPSO系统的设计与运行通过上述仿真实验，对FPSO系统的设计和运行进行优化，包括提高系统的稳定性、优化船体结构和设计、优化生产装置结构等，以逐步提高FPSO系统的生产效率，降低生产成本。

四、研究方法1. 阅读相关的理论文献，了解FPSO系统的结构和组成部分，分析FPSO系统的动力学特性。

2. 建立FPSO系统的数学模型，并结合常用的FPSO系统仿真软件，进行系统动态响应仿真实验。

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