基于MOSES的张力腿平台干拖运输过程稳性分析
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第6期
- 15 -
基于MOSES的张力腿平台干拖运输过程稳性
分析
杨光，李洁，刘旭平，张广磊，李俊汲
（海洋石油工程股份有限公司，天津，300451） [摘 要] 以HYSY278半潜船干拖运输张力腿平台联合体为研究对象，利用MOSES软件建立了数值分析模型。对HYSY278半潜 船干拖运输TLP联合体的完整稳性和破舱稳性进行了校核，分析结果表明，通过半潜船运输TLP稳性结果满足规范要求，可 以为干拖运输拖航施工提供理论指导。 [关键词] MOSES软件；张力腿平台；干拖运输；稳性分析
表1 HYSY278主尺度
主要参数 垂线间长
型宽 型深 空船重量 VCG LCG TCG
单位 m m m MT m m m
数值 210.88 42.00 13.30 24435 11.38 95.02 0.00
图2 HYSY278总布置图
2 张力腿平台干拖分析模型 2.1 MOSES软件介绍
在本次计算中采用MOSES建立干拖运输稳性 分析模型，在MOSES中使用的坐标系，原点位于 船首中线处，X轴沿船长方向，Y轴沿船宽方向， 右舷为正，Z轴原点位于船体基线处，向上为正。 2.2 干拖分析工况
1 张力腿平台干拖过程
1.1 TLP干拖过程 平台在运输船上的布置通常有两种方式：平
行方向布置及对角方向布置。布置方式的选择受 多种因素的影响，包括运输船的长度及宽度、平 台结构尺寸的大小、结构的整体刚度以及局部的 加强情况。由于TLP平台平行方向的宽度比船体的 宽度大得多，如果采用平台在运输船上的平台方 向布置，其中的两个浮筒及两个立柱基本上都位 于运输船之外，立柱悬在外边的距离较长，产生 的动力载荷较大。采用平台与船体成对角45°方 向布置，每个悬在外边的立柱由两个浮体支撑， 并且船体对平台重量的支撑面最大，动力反应相 对较小，受力情况相对好一些，故在TLP运输过程 中采用平台与船体成45°角的布置状态。
张力腿平台凭借其良好的运动性能、易操作 性、相对低廉的采油操作费用等优点从很小的边 际油田到大型油田、从几百米到1500米水深都得 到了应用[1]。
张力腿平台在建造场地完成建造后通常使 用半潜船运送至安装地点，其在海上干拖运输过 程中，结构物与半潜船结构紧密连接在一起。因 此，结构物与半潜船一起参与波浪诱导的总纵弯 矩作用，分析时将结构物和半潜船看作一个整 体，称为联合体。由于结构物的结构一般比较庞 大，导致联合体的重心很高，在风浪中发生意外 的几率大大增加，因此干拖过程要考虑半潜船和 结构物联合体的稳性问题。
编号 1 2 3 4
表4 船体进水点坐标
x (m) 76.8 97.6 76.8 97.6
y (m) -11.375 -11.375 11.375 11.375
z (m) 36.8 36.8 36.8 36.8
(4)船体模型。软件分析的船体模型包含以下 两部分：①水动力计算模型；②压载系统模型。 上部模块模型通过简化成质量点来模拟，包括重 量、重心位置以及组块绕该点的惯性半径。在 MOSES中建立的模型如图3。
m
60.64
m
55.48
m
103.97
m
wenku.baidu.com
0.00
m
17.35
CoG是拖航船体的重心，Rxx、Ryy和Rzz分别 是绕船体X、Y、Z坐标轴的惯性矩。
(2)受风面积。受风面积的计算按照API-RP2SK-2005[3]，TLP拖航过程中各浪向角的有效受 风面积及作用中心点如表3，作用中心坐标相对于 HYSY278的基线。
坐标 Y(m) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
有效面 Z(m) 积(m2) 17.25 433.91 19.10 95.95 29.55 290.42 28.35 62.78 47.85 310.34 59.25 48.72 28.73 1242.13
(3)进水点。稳性校核时考虑了4个开口，这4 个开口均选在船体的关键位置，表4列出了船体进 水点的具体坐标。
(a) TLP布置正视图
(b) TLP布置俯视图 图1 TLP在HYSY278放置状态 作者简介：杨光（1982—），男，辽宁人，硕士研究生，工程
师。研究方向为海洋工程浮式结构物总体性能研究。
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论文广场
(3)TLP平台的几何中心位于HYSY278的中线 上，距尾垂线104m。执行此次干拖任务的是五万 吨半潜船HYSY278，该船是拥有DP2能力，电力 驱动的自航半潜船，通过该船将TLP平台从建造场 地拖运至平台场址待安装地点，HYSY278的主尺 度如表1，该船总布置图如图2所示，
干拖过程分析的设计参数包括以下几个方 面：
(1)HYSY278与TLP干拖装载工况如表2。
表2 装载工况
主要参数 平均吃水 纵倾角 横倾角 排水量
单位 m deg deg MT
数值 9.60 0.00 0.00d 79174
石油和化工设备 2019年第22卷
Rxx
Ryy
Rzz
X
CoG
Y
Z
m
29.82
第6期
杨光等 基于MOSES的张力腿平台干拖运输过程稳性分析
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图3 干拖分析MOSES模型
2.3 稳性校核
半潜船所装载的张力腿平台体积庞大，重心 较高，其稳性受到严峻考验。本节以MOSES软 件为工具，以半潜船和TLP联合体为研究对象， 通过计算和分析其在航行和半潜作业下的浮态稳 性，为后续的设计工作和研究提供相关参考。在 MOSES建立的HYSY278模型包括几何模型和船舶 舱室模型，其中舱室布置如图4。干拖完整性校核 采用70节风速，破舱稳性采用50节风速，规范采 用DNV GL-ST-N001[4]。
TLP的干拖过程是整个TLP运输安装工程中难 度最大的环节，干拖过程跨越距离长，遭遇海况 复杂，因此半潜船和平台联合体在干拖过程的稳 性问题备受关注[2]。
拖航过程中的计算是基于以下假设：(1)拖航 过程中船体吃水9.6m，处于正浮状态；(2)拖航过 程中TLP与船体成45°状态，TLP在HYSY278上的 放置状态如图1。
(3-1)
其中：ρair为空气密度，Aeff为有效受风面 积，V为风速。
表3 HYSY278受风面积
实际面 高度(m) 积(m2)
433.91 0-15.3
95.95 1 5 . 3 - 264.02
30.5 57.08 30.5-46 258.62
46-61 24.98 合计 1134.6
X(m) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
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基于MOSES的张力腿平台干拖运输过程稳性
分析
杨光，李洁，刘旭平，张广磊，李俊汲
（海洋石油工程股份有限公司，天津，300451） [摘 要] 以HYSY278半潜船干拖运输张力腿平台联合体为研究对象，利用MOSES软件建立了数值分析模型。对HYSY278半潜 船干拖运输TLP联合体的完整稳性和破舱稳性进行了校核，分析结果表明，通过半潜船运输TLP稳性结果满足规范要求，可 以为干拖运输拖航施工提供理论指导。 [关键词] MOSES软件；张力腿平台；干拖运输；稳性分析
表1 HYSY278主尺度
主要参数 垂线间长
型宽 型深 空船重量 VCG LCG TCG
单位 m m m MT m m m
数值 210.88 42.00 13.30 24435 11.38 95.02 0.00
图2 HYSY278总布置图
2 张力腿平台干拖分析模型 2.1 MOSES软件介绍
在本次计算中采用MOSES建立干拖运输稳性 分析模型，在MOSES中使用的坐标系，原点位于 船首中线处，X轴沿船长方向，Y轴沿船宽方向， 右舷为正，Z轴原点位于船体基线处，向上为正。 2.2 干拖分析工况
1 张力腿平台干拖过程
1.1 TLP干拖过程 平台在运输船上的布置通常有两种方式：平
行方向布置及对角方向布置。布置方式的选择受 多种因素的影响，包括运输船的长度及宽度、平 台结构尺寸的大小、结构的整体刚度以及局部的 加强情况。由于TLP平台平行方向的宽度比船体的 宽度大得多，如果采用平台在运输船上的平台方 向布置，其中的两个浮筒及两个立柱基本上都位 于运输船之外，立柱悬在外边的距离较长，产生 的动力载荷较大。采用平台与船体成对角45°方 向布置，每个悬在外边的立柱由两个浮体支撑， 并且船体对平台重量的支撑面最大，动力反应相 对较小，受力情况相对好一些，故在TLP运输过程 中采用平台与船体成45°角的布置状态。
张力腿平台凭借其良好的运动性能、易操作 性、相对低廉的采油操作费用等优点从很小的边 际油田到大型油田、从几百米到1500米水深都得 到了应用[1]。
张力腿平台在建造场地完成建造后通常使 用半潜船运送至安装地点，其在海上干拖运输过 程中，结构物与半潜船结构紧密连接在一起。因 此，结构物与半潜船一起参与波浪诱导的总纵弯 矩作用，分析时将结构物和半潜船看作一个整 体，称为联合体。由于结构物的结构一般比较庞 大，导致联合体的重心很高，在风浪中发生意外 的几率大大增加，因此干拖过程要考虑半潜船和 结构物联合体的稳性问题。
编号 1 2 3 4
表4 船体进水点坐标
x (m) 76.8 97.6 76.8 97.6
y (m) -11.375 -11.375 11.375 11.375
z (m) 36.8 36.8 36.8 36.8
(4)船体模型。软件分析的船体模型包含以下 两部分：①水动力计算模型；②压载系统模型。 上部模块模型通过简化成质量点来模拟，包括重 量、重心位置以及组块绕该点的惯性半径。在 MOSES中建立的模型如图3。
m
60.64
m
55.48
m
103.97
m
wenku.baidu.com
0.00
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17.35
CoG是拖航船体的重心，Rxx、Ryy和Rzz分别 是绕船体X、Y、Z坐标轴的惯性矩。
(2)受风面积。受风面积的计算按照API-RP2SK-2005[3]，TLP拖航过程中各浪向角的有效受 风面积及作用中心点如表3，作用中心坐标相对于 HYSY278的基线。
坐标 Y(m) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
有效面 Z(m) 积(m2) 17.25 433.91 19.10 95.95 29.55 290.42 28.35 62.78 47.85 310.34 59.25 48.72 28.73 1242.13
(3)进水点。稳性校核时考虑了4个开口，这4 个开口均选在船体的关键位置，表4列出了船体进 水点的具体坐标。
(a) TLP布置正视图
(b) TLP布置俯视图 图1 TLP在HYSY278放置状态 作者简介：杨光（1982—），男，辽宁人，硕士研究生，工程
师。研究方向为海洋工程浮式结构物总体性能研究。
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论文广场
(3)TLP平台的几何中心位于HYSY278的中线 上，距尾垂线104m。执行此次干拖任务的是五万 吨半潜船HYSY278，该船是拥有DP2能力，电力 驱动的自航半潜船，通过该船将TLP平台从建造场 地拖运至平台场址待安装地点，HYSY278的主尺 度如表1，该船总布置图如图2所示，
干拖过程分析的设计参数包括以下几个方 面：
(1)HYSY278与TLP干拖装载工况如表2。
表2 装载工况
主要参数 平均吃水 纵倾角 横倾角 排水量
单位 m deg deg MT
数值 9.60 0.00 0.00d 79174
石油和化工设备 2019年第22卷
Rxx
Ryy
Rzz
X
CoG
Y
Z
m
29.82
第6期
杨光等 基于MOSES的张力腿平台干拖运输过程稳性分析
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图3 干拖分析MOSES模型
2.3 稳性校核
半潜船所装载的张力腿平台体积庞大，重心 较高，其稳性受到严峻考验。本节以MOSES软 件为工具，以半潜船和TLP联合体为研究对象， 通过计算和分析其在航行和半潜作业下的浮态稳 性，为后续的设计工作和研究提供相关参考。在 MOSES建立的HYSY278模型包括几何模型和船舶 舱室模型，其中舱室布置如图4。干拖完整性校核 采用70节风速，破舱稳性采用50节风速，规范采 用DNV GL-ST-N001[4]。
TLP的干拖过程是整个TLP运输安装工程中难 度最大的环节，干拖过程跨越距离长，遭遇海况 复杂，因此半潜船和平台联合体在干拖过程的稳 性问题备受关注[2]。
拖航过程中的计算是基于以下假设：(1)拖航 过程中船体吃水9.6m，处于正浮状态；(2)拖航过 程中TLP与船体成45°状态，TLP在HYSY278上的 放置状态如图1。
(3-1)
其中：ρair为空气密度，Aeff为有效受风面 积，V为风速。
表3 HYSY278受风面积
实际面 高度(m) 积(m2)
433.91 0-15.3
95.95 1 5 . 3 - 264.02
30.5 57.08 30.5-46 258.62
46-61 24.98 合计 1134.6
X(m) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00