水深对某典型FPSO及其系泊系统影响研究

郑 律

（南通市地方海事局 南通226000）

引 言

海上浮式生产储卸油船装置（Floating Production Storage and Offloading，简称FPSO）不同于一般意义上的油船，它集生产、储油及外输等多种功能于一身，俨然是海上大型石油加工厂。［1］它一般通过单点系泊长期固定在海上油田，与水下采油装置和穿梭油船组成一套完整的生产系统，是海上油田开发的重要工程设备，特别适用于早期生产和边际油田的开发。［2］完整的FPSO主要由壳体、甲板、上层建筑设施、处理系统、系泊以及立管系统构成，其壳体及甲板通常可采用传统造船工业技术来完成，而系泊及立管系统往往是FPSO 中的关键技术［3-5］。

本文基于水动力相关理论［6-8］，应用AQWA计算软件研究FPSO的水动力性能，并对不同水深系泊系统的静力特性、船体运动响应以及锚链线强度进行分析，总结了FPSO及其系泊系统的相关性能随水深变化的规律。

1 计算模型

转塔式FPSO共由12根系泊线组成，成4×3组合分布。每根系泊线分别由底部锚链、中间钢缆、顶部锚链材料这三部分组成，其结构如图1所示。

图1 系泊系统的基本模型

2 参数设定

2.1 环境参数设定

本文对环境载荷的设定采用的是墨西哥湾百年一遇的飓风海况，分别选用914.4 m、1 800 m以及3 000 m三个典型水深情况下的FPSO及其系泊系统的性能进行探讨，具体参数见表1［9-10］。环境载荷作用方向示意图见图2。

表1 环境参数

图2 风、浪、流的作用方向

2.2 锚链线参数设定

按照系泊线的形状系泊系统可以分为悬链线式系泊系统和张紧式系泊系统。

当水深为914.4 m时，系泊系统采用悬链线式系泊方式即可。随着水深的增加，系泊线的预张力也随之增加，这时悬链线式系泊方式已经不能满足要求，所以在1 800 m和3 000 m时采用的是张紧式系泊系统［11-12］。

表2 914.4 m水深时的锚链线参数

表3 1 800 m水深时的锚链线参数

表4 3 000 m水深时的锚链线参数

3 不同水深系泊系统比较分析

3.1 不同水深系泊系统静力特性曲线比较分析

在外力作用下，船体发生位移，使系泊线的形状和位置发生改变，从而导致系泊线的张力发生变化，各个系泊线的张力差值就产生系泊系统的回复力，使船体重新回到平衡状态。

沿X方向分别施加大小为20 m、40 m、60 m、80 m、90 m的位移，得到X方向上系泊外力随纵荡位移的变化曲线如图3所示，可知纵荡位移和系泊外力基本上呈线性关系。

图3 不同水深时的纵荡位移-系泊外力变化曲线

对比不同水深静态曲线容易看出：

（1）在1 800 m和3 000 m水深时，FPSO系统的静态运动曲线都趋于线性，在相同位移的情况下，1 800 m水深时FPSO平台的回复力大于3 000 m时平台的回复力。

（2）从图中可以看出，在相同位移的情况下，张紧式系泊方式系泊线的回复力要大于悬链线式系泊方式系泊线的回复力，可以进一步推断出采用张紧式系泊方式的FPSO比悬链线式系泊方式运动更加稳定一些。

3.2 不同水深时船体运动响应对比分析

对FPSO在上述特定风浪流环境下，不同水深时FPSO的主要运动情况如表5-表7。

表5 914.4 m水深时FPSO运动情况

表6 1 800 m水深时FPSO运动情况

表7 3 000 m水深时FPSO运动情况

通过以上列表对比分析可得出以下结论：

（1）随着水深的增加，FPSO的运动加剧；

（2）FPSO的纵荡和横荡运动急剧增加，其他运动变化不大。

3.3 不同水深时锚泊线顶部张力对比分析

分析不同水深时FPSO的各根锚泊线所受张力情况时，锚链总共是4组，由于每组3条锚链所受张力情况相当，所以在每组锚链中选出1条对比各水深情况下所受张力情况。

图4仅用1号锚链所受张力的趋势来表征1号、2号和3号这3条锚链的所受张力的趋势。

图4 1号锚链在各水深情况下所受张力情况对比

图5仅用4号锚链所受张力的趋势来表征4号、5号和6号这3条锚链的所受张力的趋势。

图5 4号锚链在各水深情况下所受张力情况对比

图6仅用7号锚链所受张力的趋势来表征7号、8号和9号这3条锚链的所受张力的趋势。

图7仅用10号锚链所受张力的趋势来表征10号、11号和12号这3条锚链的所受张力的趋势。

通过图4-图6的比较分析可知：随着水深的增加，每根锚泊线所受的张力都增大；而从图7中可以看出，虽然10号锚链张力最大值不是随着水深增加而增加的，但通过最小值和平均值的比较可以看出，锚链所受的张力几乎是随着水深的增加而增大的。

图6 7号锚链在各水深情况下所受张力情况对比

图7 10号锚链在各水深情况下所受张力情况对比

4 结 论

本文主要对作业水深分别为914.4 m、1 800 m和3 000 m的FPSO及其系泊系统进行极限海况计算分析，通过对比分析得到以下结论：

（1）在相同位移的情况下，张紧式系泊方式系泊线的回复力要大于悬链线式系泊方式系泊线的回复力，可以进一步推断出采用张紧式系泊方式的FPSO比悬链线式系泊方式运动更加稳定；

（2）随着水深的增加，FPSO的运动加剧，主要是纵荡运动和横荡运动变化很大；

（3）随着水深的增加，每根锚泊线所受的张力都增大。

［1］ 张武奎，刘振国，宋儒鑫.发展中的浮式生产储卸油装置（FPSO）关键技术［J］.中国造船，2005：21-30.

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