(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452; 2.太重(天津)濱海重型機(jī)械有限公司技術(shù)中心，天津 300000)

舊平臺改造項目中的浮吊船錨泊的分析

孫華峰1賀辰1邳帥2

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452; 2.太重(天津)濱海重型機(jī)械有限公司技術(shù)中心，天津 300000)

本文采用MOSES軟件對藍(lán)鯨號在埕北油田升級改造項目中的吊裝作業(yè)進(jìn)行系泊分析計算，在將錨纜系泊于舊平臺的情況下，計算分析了8個入射方向0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的風(fēng)、浪、流等環(huán)境荷載，并考慮了待命狀態(tài)和作業(yè)狀態(tài)兩種工況。通過分析計算得出能夠滿足藍(lán)鯨號待命和作業(yè)狀態(tài)的環(huán)境載荷要求，為舊平臺改造時的作業(yè)船錨泊分析提供了參考。

系泊分析；MOSES；工程船

埕北油田位于渤海西部海域，該油田距塘沽基地92 km，油田范圍內(nèi)平均水深15.8 m。該油田發(fā)現(xiàn)于1972年，針對平臺現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)不能滿足油田高效開發(fā)的問題，決定對埕北平臺設(shè)備進(jìn)行改造。在施工中為了保持船舶在海面上的相對位置，必須保證系泊的可靠性，目前淺海海域定位采用的錨泊系統(tǒng)，具有操作簡便、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點，是現(xiàn)在主要采用的辦法[1,2]。在施工前要進(jìn)行特定海況下的計算以采用合理的系泊方式，以保證系泊纜的強度、系泊纜和海底管道或已安裝平臺保持一定的距離等。本文以藍(lán)鯨號在埕北油田升級改造施工為例，由于作業(yè)船受多個平臺包圍，無法按常規(guī)方法布錨，故設(shè)計左舷兩個系泊纜和右舷一個系泊纜系于已安裝平臺上，以此工況進(jìn)行系泊計算分析。

1 理論分析基礎(chǔ)

1.1 坐標(biāo)系

本文采用美國Ultramarine公司的MOSES[3]軟件，因其在海洋結(jié)構(gòu)物安裝、運輸?shù)臅r域數(shù)值計算上具有計算速度快，使用方便的優(yōu)勢，在海洋工程項目中得到廣泛的應(yīng)用[4]。坐標(biāo)系及環(huán)境變量方向規(guī)定如圖所示。

圖1 MOSES坐標(biāo)系示意圖

1.2 系泊系統(tǒng)時域耦合運動求解

系泊計算基于Newmark積分的時域分析方法，考慮了船體與系泊系統(tǒng)的耦合影響，時域計算考慮了非線性波浪力，沒有考慮錨鏈的動力效應(yīng)，計算過程為：(1)利用三維勢流理論計算船體在頻域中的水動力系數(shù)；(2)通過卷積積分將頻域中的水動力系數(shù)轉(zhuǎn)換成時域下的水動力系數(shù)；(3)根據(jù)錨泊線的預(yù)張力確定船體其初始參數(shù)；(4)計算風(fēng)力、流力；(5)不計入錨泊線子系統(tǒng)，在t+dt時刻，求解時域中的運動方程；(6)根據(jù)浮體在t+dt時刻的運動，計算錨泊線的動力參數(shù)。

1.3 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

1) API-RP-2A: American Petroleum Institute recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms-WSD (20th).

2) American Bureau of Shipping (ABS): Building and Classing Mobile Offshore Drilling Units

3) API-RP-2SK: Recommended Practice for Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating Structures.

2 系泊計算

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)見表1，表2。

表1 主尺度

表2 系泊纜及錨屬性

2.2 系泊圖

系泊圖見圖2，圖3。

圖2 待機(jī)狀態(tài)的錨泊示意圖

圖3 作業(yè)狀態(tài)的系泊示意圖

2.3 環(huán)境載荷

根據(jù)工程船的待命、作業(yè)情況，分兩種環(huán)境下載荷工況進(jìn)行了系泊計算。待命環(huán)境工況和作業(yè)環(huán)境工況如表3所示。

2.4 模型建立

本文采用Moses軟件建立了水動力計算模型，如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

表3 環(huán)境工況

圖4 工程船模型側(cè)視圖

圖5 工程船模型俯視圖

圖6 待命狀態(tài)系泊圖

圖7 作業(yè)狀態(tài)系泊圖

2.5 計算結(jié)果

本文分別對0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°共8個浪向角進(jìn)行時域模擬計算，API規(guī)范中，移動式系泊系統(tǒng)性能評估通常采用準(zhǔn)靜力分析方法，并通過安全系數(shù)2.0來考慮系泊纜的動力效應(yīng)。進(jìn)行準(zhǔn)靜力分析時，環(huán)境載荷風(fēng)、浪、流的作用方向相同，考慮極限狀態(tài)，可以得出藍(lán)鯨號所受的最惡劣載荷。計算時，基于準(zhǔn)靜力分析模型和環(huán)境載荷得出船舶運動響應(yīng)RAO值和最大1/1000波高環(huán)境載荷作用下系泊纜的受力[1]。

2.5.1RAO

船舶運動響應(yīng)RAO值如圖8所示。

圖8 RAO(0°、45°、90°、135°)

2.5.2待命狀態(tài)計算分析

待命狀態(tài)下最大系泊纜受力為174.9 t發(fā)生在270度浪向角作用下，此時安全系數(shù)為2.2，滿足規(guī)范要求。與平臺相連接的系泊纜最大受力為117.1 t，發(fā)生在135度浪向角作用下。各工況受力統(tǒng)計結(jié)果如表4所示。

2.5.3作業(yè)狀態(tài)計算分析

作業(yè)狀態(tài)時因左舷一系泊纜與駁船位置干涉，故去掉此系泊纜，波高為0.5 m下最危險系泊纜是與平臺相連接的系泊纜，受力為142.8 t，發(fā)生在270度浪向角作用下，此時安全系數(shù)為2.7，滿足規(guī)范要求，各工況受力統(tǒng)計結(jié)果如表5所示。

表5 作業(yè)狀態(tài)下完整工況的受力統(tǒng)計(波高為0.5 m)

作業(yè)狀態(tài)波高為1.5 m下最危險系泊纜是與平臺相連接的系泊纜，受力為504.3 t，發(fā)生在270度浪向角作用下，此時超過系泊纜最大破斷力，不滿足規(guī)范要求，各工況受力統(tǒng)計結(jié)果如表所示。

3 結(jié) 論

本文對藍(lán)鯨號在不同錨纜系泊方式和不同風(fēng)浪作用下的待命、作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行時域計算分析，得出如下結(jié)論：

(1)待命狀態(tài)，根據(jù)API相關(guān)規(guī)范對船舶進(jìn)行校核，以系泊纜破斷力為標(biāo)準(zhǔn)，在許用范圍內(nèi)，能滿足有義波高為2.5 m的海況。

(2)作業(yè)狀態(tài)，在許用范圍內(nèi)，該船只能滿足有義波高為0.5m的海況，不能滿足有義波高為1.5 m的海況。

(3)纜繩系于已安裝平臺上的系泊方式，經(jīng)過計算分析，滿足環(huán)境載荷要求，為今后工程船在平臺群內(nèi)無法正常布錨時提供了參考。

1 于文太，秦立成. 大型導(dǎo)管架下水中藍(lán)疆號起重船系泊計算分析[J].中國水運(下半月)，2010(6).

2 孫玉柱，任小偉. 利用MOSES軟件進(jìn)行施工船系泊分析[J].中國水運(下半月)，2016(3).

3 MOSES MANUAL. Ultramarine, Inc.2002.

4 李懷亮，徐慧，謝維維. MOSES軟件在系泊浮體運動計算中的應(yīng)用研究[J]. 海洋工程，2013(6).

MooringAnalysisforCraneBargeinPlatformModificationProject

SUNHua-feng1，HEChen1，PIShuai2

(1. Offshore Oil Engineering Company, Tianjin 300452, China; 2. TZ(Tianjin) Binhai Technology Center, Tianjin 300000,China)

This topic researches on mooring analysis of Lanjing lifting working in the Chengbei modification project by software MOSES. Environment loads are made of wind、wave、current and adopt eight directions including 0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°in the standby and installation conditions while some mooring lines connected to installed platform . The results of calculation show the qualified environment loads in standby and installation conditions, and provide reference in platform modification project.

mooring analysis; engineer ship; MOSES

U674.38

A

1671-8100(2017)04-0023-04

2017-05-18

孫華峰，男，工程師，主要從事海洋平臺安裝設(shè)計研究工作。

(責(zé)任編輯：譚銀元)