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。在确定系泊材料、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运动响应影响的基础上,按照控制变量法的设计理念,将聚酯缆和钢缆各自按照一定的比例,组合成分段式和多股索式(即钢缆与聚酯缆配合形成整根系缆结构)的两种新型系泊缆,并通过进行FPSO在南海目标海域百年一遇的海洋环境下响应3个小时的时域耦合分析,综合考虑经济成本,优选出最佳的新型系泊材料。结果表明:通过将聚酯缆和钢缆分段式组合形成新型材料的设计不成立,40%聚酯缆+60%钢缆形成的新型多股索式系泊缆是最适合当前工况的系泊缆。