二十一世紀(jì)是海洋的世紀(jì),隨著海洋油氣田被不斷的發(fā)現(xiàn)和開采,具有適應(yīng)水深范圍廣、抗外部環(huán)境載荷能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點的浮式生產(chǎn)儲油平臺(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)得到了快速的發(fā)展,然而如何將開采到FPSO上的原油安全地卸載到穿梭油輪上,一直是一個研究的熱點。與旁靠式卸載方式不同,串靠外輸方式可適用于兩個不同噸位和尺寸的船型、且能適應(yīng)較為復(fù)雜的海況,為目前主流外輸方式。在實際外輸過程中,FPSO和穿梭油輪不僅遭受風(fēng)、浪、流及連接大纜等外力的影響,二者之間的水動力干擾情況也會影響著兩船的運動響應(yīng)情況,若FPSO和穿梭油輪發(fā)生過度縱蕩或魚尾運動,那么兩船將很有可能發(fā)生碰撞,導(dǎo)致災(zāi)難性后果,這就需在穿梭油輪尾部施加一定位拖輪使穿梭油輪與FPSO保持安全間距和合理角度,所以如何快速求得所需的拖輪拖力的大小是十分必要的。以AQWA軟件為工具,對FPSO串靠外輸作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行水動力性能分析,建立了動態(tài)耦合模型與全耦合模型,分別計算了不同模型下所需拖輪拖力并進(jìn)行比較。本文主要對以下幾方面進(jìn)行了研究:(1)以某海域作業(yè)的FPSO和穿梭油輪為研究對象,研究了不同水深吃水比時,通過數(shù)值計算方法、OCIMF規(guī)范方法與實驗方法對風(fēng)、流載荷進(jìn)行計算,并將計算結(jié)果進(jìn)行比較,得出三種方法的特點及適用范圍;(2)建立了FPSO-穿梭油輪-拖輪的動態(tài)耦合模型,對FPSO與穿梭油輪之間的水動力干擾進(jìn)行研究,并充分考慮了兩船間的串靠大纜與之耦合作用,求得了不同海域不同環(huán)境參數(shù)下所需的拖輪拖力,并與靜態(tài)模型及準(zhǔn)動態(tài)模型的結(jié)果進(jìn)行比較;(3)建立軟剛臂-FPSO-穿梭油輪-拖輪的動態(tài)全耦合模型,考慮了軟剛臂對串靠外輸系統(tǒng)的影響,計算了不同海域下穿梭油輪不同載況(滿載、壓載)所需的拖輪拖力,并與靜態(tài)模型、準(zhǔn)動態(tài)模型、動態(tài)耦合模型的計算結(jié)果進(jìn)行比較;(4)對全耦合模型進(jìn)行可靠性分析,首先研究了兩船間距、不同載況及不同水深對所需拖輪拖力的影響。然后以極值理論為基礎(chǔ),研究了FPSO及穿梭油輪發(fā)生碰撞的幾率及觸底的可能性。論文研究結(jié)果及結(jié)論可為FPSO串靠外輸作業(yè)拖輪的選型提供理論依據(jù),也可為拖輪操作人員提供現(xiàn)場指導(dǎo)作用。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U674.38
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 串靠外輸研究現(xiàn)狀
        1.1.1 FPSO串靠外輸方式
        1.1.2 FPSO串靠多浮體耦合性能分析研究
        1.1.3 環(huán)境載荷計算研究
        1.1.4 軟剛臂單點系泊系統(tǒng)研究
        1.1.5 FPSO碰撞風(fēng)險性分析研究
        1.1.6 本論文的研究的背景及意義
    1.2 研究內(nèi)容及研究方法
    1.3 論文各章節(jié)安排
2 數(shù)值計算分析基本理論
    2.1 概論及坐標(biāo)系定義
    2.2 基于RANS法的船舶風(fēng)、流載荷計算
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 RANS法網(wǎng)格收斂性研究
        2.2.4 RANS法驗證算例
    2.3 FPSO船體運動及其耦合問題的計算理論
        2.3.1 AQWA軟件介紹
        2.3.2 多浮體運動的三維勢流理論
        2.3.3 多浮體運動方程
        2.3.4 風(fēng)、流載荷系數(shù)計算
        2.3.5 波浪力計算
        2.3.6 AQWA數(shù)值驗證算例
    2.4 本章小結(jié)
3 FPSO串靠外輸作業(yè)風(fēng)及流載荷計算數(shù)值方法與OCIMF方法比較研究
    3.1 概述
    3.2 計算模型
    3.3 計算域建立及網(wǎng)格劃分
    3.4 風(fēng)剖面模擬
    3.5 流載荷計算
        3.5.1 FPSO流載荷計算
        3.5.2 穿梭油輪流載荷計算
    3.6 風(fēng)載荷計算
        3.6.1 FPSO風(fēng)載荷計算
        3.6.2 穿梭油輪風(fēng)載荷計算
    3.7 數(shù)值計算結(jié)果與OCIMF規(guī)范適用性分析
    3.8 本章小結(jié)
4 基于動態(tài)耦合效應(yīng)FPSO串靠外輸系統(tǒng)水動力分析
    4.1 概述
    4.2 FPSO串靠外輸分析方法
    4.3 數(shù)值模擬計算
        4.3.1 計算模型
        4.3.2 環(huán)境條件
        4.3.3 拖輪的拖力折損計算
    4.4 頻域分析
    4.5 時域耦合分析及數(shù)值計算
        4.5.1 FPSO與穿梭油輪水動力干擾分析
        4.5.2 不同模型所需拖輪拖力值比較
    4.6 本章小結(jié)
5 軟剛臂系泊FPSO串靠外輸系統(tǒng)所需拖輪拖力的預(yù)報
    5.1 概述
    5.2 軟剛臂系統(tǒng)工作原理
        5.2.1 外輸系統(tǒng)受力平衡方程
    5.3 計算模型
    5.4 時域耦合分析及數(shù)值計算
        5.4.1 軟剛臂系泊系統(tǒng)動力響應(yīng)分析
        5.4.2 不同模型所需拖力值比較
    5.5 本章小結(jié)
6 外輸多浮體系統(tǒng)可靠性分析
    6.1 參數(shù)敏感性分析
        6.1.1 兩船間不同間距對所需拖輪拖力的影響
        6.1.2 不同載況及不同水深對所需拖輪拖力的影響
        6.1.3 不同系纜方式對所需拖輪拖力的影響
    6.2 外輸過程風(fēng)險性分析
        6.2.1 極值理論
        6.2.2 I型極值分布驗證
        6.2.3 碰撞分析
        6.2.4 觸底分析
    6.3 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 本論文的主要創(chuàng)新點
    7.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2854417