白雪平，李 達(dá)，范 模，易 叢

(中海油研究總院，北京 100027)

隨著海上油田的勘探開發(fā)，海上平臺(tái)正向大型化、集約化方向發(fā)展，平臺(tái)上部組塊的整體重量也隨之增加。高速發(fā)展的海上油氣田開發(fā)，對海上超大型平臺(tái)的安裝技術(shù)及作業(yè)能力提出了更高的要求。大型組塊的傳統(tǒng)安裝方式有分塊吊裝和整體浮托，受起重船起吊能力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)物尺寸、巨型起重船數(shù)量、使用費(fèi)用等因素的限制，用吊裝法安裝大型平臺(tái)組塊難度和成本較高，且不能用于超大型組塊安裝，因此整體浮托安裝應(yīng)運(yùn)而生，且是萬噸級(jí)組塊整體安裝的最佳解決方案。

浮托安裝法誕生于20世紀(jì)80年代，到目前為止，世界上已經(jīng)完成的浮托法安裝的組塊超過30座，中海油于2005年在南堡35-2油田上首次實(shí)施了浮托法安裝，到2014年1月已完成了16座組塊的整體安裝設(shè)計(jì)，其中9座為大型組塊的浮托安裝，節(jié)省了組塊安裝工期及費(fèi)用，縮短了海上連接調(diào)試時(shí)間，見表1。

根據(jù)組塊浮托安裝駁船有無動(dòng)力，可以分為常規(guī)無動(dòng)力駁船(圖1)和動(dòng)力定位駁船(圖2)兩種。目前只有惠州25-8油田的動(dòng)力生活平臺(tái)組塊(簡稱惠州25-8 DPP組塊)采用動(dòng)力定位船舶海洋石油278進(jìn)行浮托，究其原因是其中14座組塊位于渤海海域，水深較淺，錨泊定位成本較低，常規(guī)無動(dòng)力駁船費(fèi)用較低，而荔灣3-1氣田中心處理平臺(tái)由于其浮托重量較重，國際上無法找到能滿足其浮托作業(yè)的動(dòng)力定位船舶。目前國際上采用動(dòng)力定位船舶已成功完成8座組塊的浮托安裝，還有3座組塊正在設(shè)計(jì)中(含惠州25-8 DPP組塊)，隨著浮托安裝技術(shù)的發(fā)展，由常規(guī)無動(dòng)力駁船向動(dòng)力定位船舶轉(zhuǎn)變是一個(gè)必然的趨勢。本文主要針對動(dòng)力定位船舶進(jìn)行組塊浮托安裝，給出動(dòng)力定位能力分析，并應(yīng)用于惠州25-8 DPP組塊安裝設(shè)計(jì)。

表1 組塊浮托安裝設(shè)計(jì)匯總表Tab.1 The overall topside installation by float-over method

圖1 無動(dòng)力駁船(海洋石油229)安裝荔灣3-1組塊Fig.1 Liwan 3-1 topside installation by HYSY229

圖2 動(dòng)力定位船舶(泰安口)安裝馬來西亞海域組塊Fig.2 Malaysia topside installation by Taian Kou

1 動(dòng)力定位船舶浮托安裝研究

1.1 概述

浮托法是利用安裝船舶載運(yùn)海上平臺(tái)上部組塊進(jìn)入已安裝的導(dǎo)管架槽口，在安裝過程中依靠潮位、駁船調(diào)載與升降機(jī)構(gòu)等方式實(shí)施上部組塊重量的轉(zhuǎn)移，同時(shí)輔以專用聯(lián)接部件，完成組塊與導(dǎo)管架對接作業(yè)的安裝技術(shù)。傳統(tǒng)的浮托安裝需要進(jìn)行系泊系統(tǒng)定位以及輔助拖輪牽引，如圖1的海洋石油229甲板上布滿了用于系泊定位的設(shè)備和結(jié)構(gòu)，而制造、安裝和使用這些設(shè)備和結(jié)構(gòu)將耗費(fèi)大量的費(fèi)用和準(zhǔn)備時(shí)間，且安裝時(shí)需要?jiǎng)佑么笮偷母〉跫皩I(yè)人員配合，而如圖2的泰安口利用其自身推進(jìn)器的能力能夠保持船舶定位和航跡控制，為浮托安裝帶來技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢:

1)動(dòng)力定位船舶具有自航能力，航行安全性更高，且在浮托安裝操作中無需拖輪協(xié)助和系泊系統(tǒng)的布置和連接，且其費(fèi)用不會(huì)隨著水深的增加而增加。

2)動(dòng)力定位船舶進(jìn)行浮托安裝，可以抵抗更大的海上作業(yè)工況，此外在浮托安裝過程中壓載能力強(qiáng)，精準(zhǔn)對接能力強(qiáng)，可使常規(guī)浮托安裝所需的6個(gè)小時(shí)降低為3個(gè)小時(shí)，甚至更短的時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)，增加了施工作業(yè)的天氣窗口，可更為有效地保障組塊安裝工期的要求，尤其適合南中國海惡劣環(huán)境條件下的浮托作業(yè)。

目前國內(nèi)能進(jìn)行組塊浮托安裝的動(dòng)力定位船舶較少，能力從1萬噸到1.6萬噸，如表2所示，截至目前，國際上應(yīng)用動(dòng)力定位船進(jìn)行浮托安裝的項(xiàng)目均由GL Noble Denton設(shè)計(jì)，使用中遠(yuǎn)船務(wù)的泰安口/康盛口作為浮托主作業(yè)船。

表2 動(dòng)力定位船舶性能參數(shù)Tab.2 The dynamic position vessels

1.2 浮托安裝總體設(shè)計(jì)

動(dòng)力定位船舶浮托安裝分析的工作量相當(dāng)繁雜，需要根據(jù)動(dòng)力定位(以下簡稱DP)系統(tǒng)能力進(jìn)行環(huán)境條件評(píng)估、駁船能力評(píng)估及數(shù)值模擬分析，需根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算所有工況的運(yùn)動(dòng)和受力，并以此計(jì)算結(jié)果不斷調(diào)整安裝時(shí)環(huán)境條件、各個(gè)系統(tǒng)的位置和剛度等參數(shù)，從而保證安裝階段的載荷在整個(gè)系統(tǒng)所能承受的范圍內(nèi)，并盡可能減少海上操作的風(fēng)險(xiǎn)，減少平臺(tái)建造和海上施工成本［1］。進(jìn)行動(dòng)力定位船舶浮托安裝的設(shè)計(jì)，主要有如下工作:

1)駁船初步選擇:根據(jù)海洋平臺(tái)組塊重量進(jìn)行駁船資源的選擇，并與船東聯(lián)系，確定駁船用于該項(xiàng)目的可行性;

2)環(huán)境條件評(píng)估:根據(jù)所選擇的駁船的定位能力和平臺(tái)所在海域的環(huán)境條件，確認(rèn)所在海域環(huán)境條件是否滿足浮托法操作要求;

3)駁船能力評(píng)估:對所選擇的駁船進(jìn)行評(píng)估，確保駁船滿足所有控制工況的要求，并鎖定駁船資源;4)浮托法數(shù)值模擬和設(shè)計(jì):進(jìn)行組塊浮托安裝法各工況的數(shù)值模擬和設(shè)計(jì)。

1.3 浮托安裝設(shè)計(jì)方法

浮托法安裝操作時(shí)，導(dǎo)管架處于沒有任何遮蔽的開敞水域，駁船進(jìn)退船時(shí)受到風(fēng)浪流及涌的綜合作用，浮托安裝時(shí)組塊與導(dǎo)管架的對接合攏，涉及到駁船、導(dǎo)管架和上部組塊的耦合作用及耦合運(yùn)動(dòng)，各剛體間耦合運(yùn)動(dòng)情況極其復(fù)雜，對全過程數(shù)值模擬及分析技術(shù)提出了更高的要求。為了準(zhǔn)確預(yù)測DP、橫蕩護(hù)舷和縱蕩護(hù)舷之間的耦合作用及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，需建立多自由度彈性約束的力學(xué)模型，一般采用時(shí)域法能夠獲得更加精確的分析結(jié)果，即在每一步時(shí)間，需根據(jù)上一步時(shí)間動(dòng)力定位船舶的六自由度運(yùn)動(dòng)和速度，計(jì)算出所需DP的矯正力，并把此力加入運(yùn)動(dòng)方程中計(jì)算下一步的船體運(yùn)動(dòng)，而DP的矯正力是根據(jù)卡爾曼濾波理論及PID控制理論得出?？柭鼮V波可通過下式得出:

式中:M為慣性矩，x、y、ψ為縱蕩、橫蕩和艏搖的運(yùn)動(dòng)量，u、v、ω為縱蕩、橫蕩和艏搖的速度，τx、τy、τψ為縱蕩、橫蕩和艏搖的力和力矩，wx、wy、wψ為縱蕩、橫蕩和艏搖的噪音分量。

在計(jì)算駁船的運(yùn)動(dòng)及各推進(jìn)器的推力時(shí)，為計(jì)及由駁船運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)拉力的非線性特性，通常建立動(dòng)力定位船舶平均、低頻和波頻組合響應(yīng)的總體運(yùn)動(dòng)方程，載荷函數(shù)應(yīng)包括由于風(fēng)、浪、流和推進(jìn)器產(chǎn)生的平均力、低頻力和波頻力。船體和推進(jìn)器載荷在同一個(gè)時(shí)域動(dòng)力學(xué)方程組中模擬，從而獲得所有系統(tǒng)參數(shù)的時(shí)間歷程，然后對時(shí)間歷程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)而得到期望的極值。時(shí)域中的運(yùn)動(dòng)方程為:

式中:Mij為i行j列基本質(zhì)量陣;Cij為i行j列剛度陣;Fwv為波浪力;aij為附加質(zhì)量陣;Rij為延遲函數(shù)陣;X為位移陣，T為DP推力;Fc為流力;Fwd為風(fēng)力;NT為推進(jìn)器數(shù)量。

1.4 環(huán)境力計(jì)算

動(dòng)力定位系統(tǒng)能抵抗定常環(huán)境力，特別是低頻運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力定位能力計(jì)算中考慮的是水平方向環(huán)境載荷與推力器產(chǎn)生推力的靜態(tài)平衡，需要滿足下列等式:

式中:Txi、Tyi和Mzi分別為各個(gè)推力器在水平三個(gè)方向上產(chǎn)生的力和力矩，NT為推力器數(shù)目;Fwvx、Fwvy和Mwvz為波浪漂移作用引起的力和力矩;Fcx、Fcy和Mcz為海流力和力矩;Fwdx、Fwdy和Mwdz為風(fēng)力和力矩。

1)風(fēng)力。風(fēng)載荷采用模塊法進(jìn)行計(jì)算，模塊法是估算海上結(jié)構(gòu)物風(fēng)載荷常用的方法，是將整個(gè)結(jié)構(gòu)離散成不同的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模塊，疊加各組成構(gòu)件的載荷獲得總載荷。一般來說各個(gè)方向下的風(fēng)力和風(fēng)力系數(shù)由風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到或根據(jù)相關(guān)規(guī)范可進(jìn)行風(fēng)力估算，例如API［2］的經(jīng)驗(yàn)公式為:

式中:Cw=0.615 N·s2/m4，Cs為形狀系數(shù)，Ch為高度系數(shù)，A為構(gòu)件沿風(fēng)向的投影面積(m2)，Vw為海平面上10 m處的平均風(fēng)速(m/s)。

2)波浪平均漂移力。動(dòng)力定位系統(tǒng)只考慮對波浪漂移力進(jìn)行抵抗，而不考慮波頻的振蕩力。波浪平均漂移力在沒有模型實(shí)驗(yàn)支持的前提下可通過水動(dòng)力分析軟件獲得，例如Sesam、Aqua等。

3)流力。流載荷同樣采用模塊法進(jìn)行計(jì)算。各個(gè)流向下的流力和流力系數(shù)由水池實(shí)驗(yàn)得到或者根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，例如OCIMF［3］經(jīng)驗(yàn)公式為:

式中:Fxc、Fyc、Mxyc為作用在浮體上水平三個(gè)方向上的力和力矩，Cxc、Cyc、Cxyc分別為縱向、橫向和艏搖流力系數(shù)，Vc為流速，LBP為垂線間長，T為船舶吃水。

1.5 定位能力分析

動(dòng)力定位船舶各推進(jìn)器在浮托作業(yè)中需發(fā)揮自身的能力使其具有足夠的定位能力和艏向控制，浮托安裝分為待機(jī)、進(jìn)船、對接和退船四個(gè)階段。針對DP2的特點(diǎn)，參考失效模式與影響分析(FMEA)報(bào)告中的失效模式，在浮托安裝中只考慮單一推進(jìn)器失效［4］。在待機(jī)階段時(shí)，船舶位于導(dǎo)管架300 m以外，在進(jìn)船前需進(jìn)行操船實(shí)驗(yàn)，以確保各推進(jìn)器處于完整模式，。在浮托作業(yè)各階段，需依靠各推進(jìn)器進(jìn)行配合作業(yè)，以保證安裝船舶和組塊的安全性。綜合考慮浮托安裝過程中各個(gè)推進(jìn)器的作用及定位能力，可得到完整模式和失效模式動(dòng)力定位在浮托安裝中所能抵抗的環(huán)境條件:

1)完整模式。在進(jìn)行環(huán)境條件評(píng)估時(shí)，一般參考國內(nèi)外浮托安裝的工程經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)力定位船舶的特點(diǎn)，首先設(shè)定浮托法安裝時(shí)的波浪條件和流速條件，然后根據(jù)DP系統(tǒng)的能力確定在限定波浪和流速情況下，DP所能抵御的最大風(fēng)速，而此時(shí)的風(fēng)、浪、流限制條件即為DP系統(tǒng)在浮托法安裝時(shí)發(fā)揮效用的極限條件，并以此用來定義DP系統(tǒng)的能力。根據(jù)南中國海及國際上其他海域浮托安裝的工程實(shí)踐，在限定的波浪和流速情況下進(jìn)行以下三種情況來進(jìn)行DP能力分析:①只有風(fēng)存在時(shí)DP系統(tǒng)的能力;②只有流存在時(shí)DP系統(tǒng)的能力;③風(fēng)、浪、流同時(shí)存在時(shí)DP系統(tǒng)的能力。

2)失效模式。根據(jù)動(dòng)力定位船舶推進(jìn)器分布，其主要的失效模式有以下三種:①主推進(jìn)器失效;②艏部推進(jìn)器失效;③艉部推進(jìn)器失效分析。失效模式下DP系統(tǒng)能力分析的思路是保持和完整模式同樣的波浪和流速條件，得到所能承受的最大風(fēng)速。

1.6 浮托安裝緩沖裝置設(shè)計(jì)

動(dòng)力定位浮托安裝過程主要依靠DP來實(shí)現(xiàn)駁船的位移和艏向控制，通過護(hù)舷及其他緩沖裝置來實(shí)現(xiàn)緩沖運(yùn)動(dòng)，減小碰撞力，以避免載運(yùn)平臺(tái)組塊的船體在進(jìn)入導(dǎo)管架槽口前后因惡劣的環(huán)境條件產(chǎn)生過大的運(yùn)動(dòng)或者碰撞力，從而使得駁船無法進(jìn)入導(dǎo)管架槽口或者導(dǎo)管架/組塊/駁船之間產(chǎn)生破壞。在設(shè)計(jì)之初，就需要設(shè)計(jì)相關(guān)的緩沖裝置以減少碰撞力。

1)護(hù)舷的設(shè)計(jì)。護(hù)舷是橫蕩護(hù)舷以及縱蕩護(hù)舷的統(tǒng)稱，它們是在浮托安裝中起到水平方向的定位和緩沖作用的設(shè)備。一般來說，護(hù)舷的形式和剛度將通過DP、環(huán)境力的大小及導(dǎo)管架的受力進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，因此護(hù)舷的型式和剛度曲線對駁船和導(dǎo)管架的強(qiáng)度是非常重要的。

2)對接緩沖裝置(LMU)和組塊支撐裝置(DSU)的設(shè)計(jì)。平臺(tái)組塊與導(dǎo)管架對接時(shí)，需采用LMU來減少導(dǎo)管架與組塊腿之間碰撞載荷，平臺(tái)組塊與駁船分離時(shí)，需采用DSU來減小組塊與駁船甲板上支撐結(jié)構(gòu)間沖擊載荷。合理選擇LMU和DSU的規(guī)格和剛度，可以保證在組塊荷載從駁船向?qū)Ч芗苻D(zhuǎn)移的各階段，整個(gè)系統(tǒng)所受到的碰撞力在平臺(tái)組塊、導(dǎo)管架以及駁船可承受的范圍內(nèi)。除了考慮LMU和DSU的剛度以外，還要合理考慮導(dǎo)管架和組塊的結(jié)構(gòu)剛度。

2 惠州25-8 DPP組塊動(dòng)力定位浮托安裝分析

惠州25-8油田位于南中國海珠江口地區(qū)，水深為99.8 m，主要的工程設(shè)施為一座動(dòng)力生產(chǎn)平臺(tái)，組塊浮托重量為15 500 t，組塊長72 m，寬40 m，導(dǎo)管架槽口間距為48 m。導(dǎo)管架腿上安裝2個(gè)縱向護(hù)舷和4個(gè)橫向護(hù)舷，LMU彈性體的沖程為0.3 m，彈性體部分可承載75%組塊重量，DSU的彈性體的沖程為0.25 m，可承載30%組塊重量。由于海洋石油278是中海油內(nèi)部船舶資源，在設(shè)計(jì)之初就已鎖定，故采用海洋石油278進(jìn)行組塊浮托安裝設(shè)計(jì)分析。

“海洋石油278”駁船是一艘DP2半潛駁，共有7個(gè)推進(jìn)器，推進(jìn)器的能力如表3所示。

表3 海洋石油278半潛駁推進(jìn)器能力Tab.3 The thruster force for HYSY278

2.1 環(huán)境條件評(píng)估

根據(jù)動(dòng)力定位能力分析方法，可以得出海洋石油278船失效模式與完整模式的定位能力玫瑰圖，如圖3所示。從中可以得出，1個(gè)主推進(jìn)器失效及1個(gè)艏部回轉(zhuǎn)或隧道推進(jìn)器失效時(shí)，DP系統(tǒng)能抵御的最低風(fēng)速基本維持不變，但1個(gè)尾部隧道側(cè)推器失效時(shí)，DP系統(tǒng)能抵御的最低風(fēng)速明顯減小，1小時(shí)最大平均風(fēng)速為7.75 m/s。

圖3 海洋石油278動(dòng)力定位能力玫瑰圖Fig.3 The DP capability plot of HYSY278

結(jié)合國內(nèi)外常規(guī)無動(dòng)力駁船浮托安裝的環(huán)境條件，考慮南中國海的海域特征、“海洋石油278”船各推進(jìn)器能力和安裝氣候窗的要求，惠州25-8 DPP組塊浮托安裝的限制環(huán)境條件如表4和表5所示。

表4 完整模式下浮托安裝限制環(huán)境條件Tab.4 The environment condition for intact floatover operations

表5 失效模式下浮托安裝限制環(huán)境條件Tab.5 The environment condition for floatover operations in one failure thruster

根據(jù)DP系統(tǒng)的能力、惠州25-8油田環(huán)境特征，進(jìn)行了相關(guān)月份浮托法安裝的適應(yīng)性分析。在限制的波浪、流速以及風(fēng)速條件下，不考慮風(fēng)浪流之間的相關(guān)性，得到浮托法安裝的可操作概率。對于安裝月份，完整模式下可操作概率為81.28%，失效模式下可操作概率為60.56%，滿足常規(guī)浮托安裝所需的氣候窗要求。

2.2 駁船能力評(píng)估

惠州25-8 DPP上部組塊在青島碼頭5號(hào)滑道建造完畢，需通過拖拉設(shè)備進(jìn)行拖拉上船。根據(jù)駁船在碼頭前沿的擺放形式，滑移裝船分為橫向和縱向兩種形式。目前國內(nèi)超大型組塊均采用縱向裝船方式，考慮到“海洋石油278”是一艘半潛駁，裝船方式受駁船調(diào)載能力、船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、青島碼頭潮汐變化等因素的影響，在前期針對橫向裝船和縱向裝船兩種方式進(jìn)行了詳細(xì)的論證，如表6所示。

表6 橫向裝船和縱向裝船對比分析Tab.6 Comparison between transverse loadout and longitudinal loadout

從表4中可以看出，從技術(shù)可行性、國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)性的角度來看，惠州25-8 DPP大型組塊推薦采用橫向裝船，這也是中海油首次對大型組塊采用的裝船方式。

組塊裝船完畢后需從青島場地拖航運(yùn)輸?shù)桨惭b海域，大型結(jié)構(gòu)物海上長距離的運(yùn)輸需進(jìn)行運(yùn)輸安全性評(píng)估，以確保運(yùn)輸船舶的穩(wěn)性安全、船體總強(qiáng)度適應(yīng)海況要求和海洋結(jié)構(gòu)物能承受運(yùn)動(dòng)載荷，這也是平臺(tái)設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)。拖航環(huán)境條件采用拖航路線上10年一遇月極值。組塊拖航時(shí)駁船的穩(wěn)性評(píng)估主要考察浮托船舶的完整穩(wěn)性是否滿足規(guī)范或者指南［5］的要求。考慮運(yùn)輸船為自航駁，穩(wěn)性衡準(zhǔn)需滿足船級(jí)社和IMO的規(guī)定，表7為惠州25-8 DPP組塊拖航時(shí)的完整穩(wěn)性評(píng)估結(jié)果，一般浮托船舶的破艙穩(wěn)性容易滿足要求。

表7 拖航穩(wěn)性評(píng)估結(jié)果Tab.7 The stability result of towing condition

駁船的總縱強(qiáng)度需要滿足所有工況的要求，通常來說，裝船和組塊運(yùn)輸時(shí)的總縱強(qiáng)度是可能的控制工況，組塊拖航時(shí)的總縱強(qiáng)度是本項(xiàng)目的控制工況。圖4為惠州25-8 DPP組塊拖航時(shí)駁船的總縱彎曲值?？梢钥闯觯g船總強(qiáng)度滿足要求。

2.3 組塊浮托安裝數(shù)值模擬成果

當(dāng)組塊到達(dá)油田海域附近300 m處，保持拖航吃水，等待合適的氣候窗，壓載至預(yù)進(jìn)船吃水。駁船在自身動(dòng)力和進(jìn)船導(dǎo)向的幫助下順利進(jìn)入導(dǎo)管架，同時(shí)開始切割組塊與駁船之間的支撐結(jié)構(gòu)。駁船進(jìn)入導(dǎo)管架之后，依靠自身推進(jìn)器繼續(xù)牽引組塊，直至平臺(tái)組塊立柱正好落在相應(yīng)的導(dǎo)管架腿的正上方，此時(shí)駁船的橫向運(yùn)動(dòng)受護(hù)舷的控制，縱向運(yùn)動(dòng)由DP以及縱蕩護(hù)舷來控制。

在進(jìn)船過程中需考慮以下情況:1)船尾靠近導(dǎo)管架但未進(jìn)入，此階段需用DP控制船的方向及船尾橫向、縱向運(yùn)動(dòng)，船尾橫向運(yùn)動(dòng)控制在±2.5 m之內(nèi)。2)船尾進(jìn)入導(dǎo)管架后需用船首推進(jìn)器控制船的方向，船尾隧道推進(jìn)器停止工作。根據(jù)海況大小，在進(jìn)船過程中主推進(jìn)器可參與控制船的縱向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本文的研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)船過程中船尾最大橫向位移為±2.3 m，船縱向所需最大推力為67 t，橫蕩護(hù)舷的最大受力為150 t，最大壓縮量為0.62 m，滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)浮托安裝的限制條件對組塊浮托安裝進(jìn)行數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵結(jié)果是在進(jìn)船過程中LMU處的最小垂向間隙為0.87 m，對接前 LMU處的最大水平位移為0.574 m，對接過程中LMU處在垂向上的最大受力為3 147 t，DSU處的最大受力為5 170 t，對接結(jié)束后，駁船在DSU處的最大垂向運(yùn)動(dòng)為0.696 m，退船過程中護(hù)舷最大應(yīng)力為120 t，最大壓縮量為0.53 m，船首最大橫向位移±1.1 m，船首DP最大側(cè)向推力37 t，縱向所需最大推力39 t。所有浮托安裝中典型工況的荷載都需要提取出來用于結(jié)構(gòu)分析。計(jì)算結(jié)果表明，浮托安裝產(chǎn)生的荷載在導(dǎo)管架和組塊結(jié)構(gòu)可承受的范圍內(nèi)，各關(guān)鍵參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求，駁船縱向所需推力由船首回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和主推進(jìn)器來實(shí)現(xiàn)。

圖4 拖航工況下的總縱彎曲值Fig.4 The bending moment of towing condition

3 結(jié)語

從動(dòng)力定位船舶的優(yōu)勢出發(fā)，首先進(jìn)行浮托安裝方法介紹，確定環(huán)境力，其次進(jìn)行動(dòng)力定位能力分析和緩沖裝置的設(shè)計(jì)，并以惠州25-8 DPP組塊浮托安裝分析為例，給出了南中國海海域浮托安裝的氣候窗、駁船能力評(píng)估及浮托安裝數(shù)值模擬結(jié)果，得出如下的結(jié)論與建議:

1)動(dòng)力定位船舶由于浮托安裝過程中具有技術(shù)可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等伏勢，使其非常適合于系泊定位困難的南中國海深水海域。

2)綜合動(dòng)力定位船舶的能力分析，結(jié)合國際上常規(guī)浮托作業(yè)氣候窗，給出惠州25-8 DPP組塊浮托安裝的環(huán)境條件，使其在安裝月份進(jìn)行浮托作業(yè)的可操作概率大于50%，滿足常規(guī)的氣候窗要求。

3)惠州25-8 DPP組塊采用橫向裝船，導(dǎo)管架上安裝2個(gè)縱向護(hù)舷和4個(gè)橫向護(hù)舷，浮托安裝的關(guān)鍵參數(shù)和數(shù)值模擬結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

4)惠州25-8 DPP平臺(tái)采用預(yù)先將LMU安裝在組塊支柱上、護(hù)舷安裝在導(dǎo)管架上，大大減少了海上作業(yè)的時(shí)間及大型浮吊資源的長期占用，節(jié)省了工程投資;

5)由于東海環(huán)境條件較惡劣，滿足浮托安裝的氣候窗小于50%，為了提高組塊的安裝效率，建議東?？梢钥紤]動(dòng)力定位和多點(diǎn)系泊組合的定位系統(tǒng)來協(xié)助組塊進(jìn)行浮托安裝。

［1］ 李達(dá)，范模，易叢，等.海洋平臺(tái)組塊浮托安裝總體設(shè)計(jì)方法［J］.海洋工程，2011，29(3):13-22.(LI Da，F(xiàn)AN Mo，YI Cong ，et al.General design method on floa-t over installation of platform’s topsides［J］.The Ocean Engineering，2011，29(3):13-22.(in Chinese))

［2］ API RP 2SK，Recommended practice for design and analysis of station-keeping systems for floating structures［S］.3rd Edition，2005.

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