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        基于OPTIMOOR軟件的船岸兼容性分析

        2022-04-04 12:08:18朱永凱斯園園
        天津科技 2022年3期
        關(guān)鍵詞:護(hù)舷船舶

        楊 波,朱永凱,楊 靜,周 斌,斯園園

        (中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司 天津 300452)

        0 引 言

        隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展,對(duì)天然氣的需求不斷增加[1],國內(nèi)的天然氣資源儲(chǔ)量十分有限,將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)依賴國外進(jìn)口。由于大型LNG運(yùn)輸船只能將天然氣運(yùn)至沿海大型LNG接收站,很多重要城市或經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)覆蓋不到,為維持天然氣持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng),必須使用小型LNG運(yùn)輸船進(jìn)行二次運(yùn)輸,液化天然氣的二程轉(zhuǎn)運(yùn)必將迎來一個(gè)非常廣闊的發(fā)展前景[2]。

        小型LNG運(yùn)輸船一般指艙容<4萬m3、液貨艙型式為獨(dú)立C型的LNG運(yùn)輸船[3]。目前國內(nèi)正在運(yùn)營(yíng)的小型LNG運(yùn)輸船為中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司建造的“海洋石油301”號(hào)LNG運(yùn)輸船,主要用于國內(nèi)大型LNG接收站向中小型LNG接收站的二次運(yùn)輸。LNG運(yùn)輸船靠泊LNG接收站前需與LNG接收站進(jìn)行船岸兼容性研究,只有滿足條件后,LNG運(yùn)輸船才可以靠泊LNG接收站[4]。

        以“海洋石油301”船與國內(nèi)某LNG接收站為例,利用OPTIMOOR軟件進(jìn)行有限元計(jì)算,開展船岸兼容性研究,確認(rèn)“海洋石油301”船是否可靠泊LNG接收站。

        1 計(jì)算基本條件

        1.1 船舶基本參數(shù)

        “海洋石油301”船是由上海船舶設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、江南船廠為中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司建造的國內(nèi)首艘30000m3LNG運(yùn)輸船,該船于2015年5月 8日正式投入運(yùn)營(yíng)。船舶配置4個(gè)雙耳獨(dú)立C型液貨艙、雙燃料電力推進(jìn)(DFDE)系統(tǒng)、全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器,艏部采用大功率可變螺距側(cè)推,具備自行靠離泊碼頭能力,可有效降低運(yùn)營(yíng)成本。船舶主要服務(wù)于我國沿海大型LNG接收站與小型LNG接收站之間的LNG二程轉(zhuǎn)運(yùn)。海洋石油301船總長(zhǎng)度為184.7m,垂線間長(zhǎng)為175.0m,型寬為28.1m,型深為18.7m,壓載吃水為6.0m,結(jié)構(gòu)吃水為7.6m,可裝載3萬m3的LNG,服務(wù)航速為16.5kn。

        1.2 LNG接收站基本參數(shù)

        國內(nèi)LNG接收站碼頭布置如圖1所示。

        圖1 LNG 接收站碼頭布置 Fig.1 Layout of LNG terminal jetty

        LNG接收站天然條件良好,擁有獨(dú)立的進(jìn)港航道。LNG接收站的設(shè)計(jì)水位為:設(shè)計(jì)高水位為水深基準(zhǔn)點(diǎn)+2.28m,設(shè)計(jì)低水位為水深基準(zhǔn)點(diǎn)+0.35m。系纜樁和碼頭系纜鉤的數(shù)據(jù)見表1,護(hù)舷墊的數(shù)據(jù)見 表2。

        表1 吊鉤/帶纜樁 Tab.1 Hook/bollard

        表2 護(hù)舷墊 Tab.2 Fender pad

        2 OPTIMOOR系泊計(jì)算分析

        2.1 模型建立

        利用有限元分析軟件OPTIMOOR分別建立船舶和碼頭模型,軟件模型見圖2。

        圖2 OPTIMOOR軟件模型 Fig.2 OPTIMOOR software model

        經(jīng)過優(yōu)化布置,“海洋石油301”船靠泊該碼頭的最優(yōu)系纜方案如表3。

        表3 船舶系纜方式 Tab.3 Ship mooring mode

        2.2 工況條件

        工況選擇時(shí),參考《石油公司國際海事論壇(OCIMF)規(guī)范、規(guī)則》,對(duì)LNG運(yùn)輸船系泊進(jìn)行分析,分為以下幾種情況:洋流的方向與LNG運(yùn)輸船的夾角為0°或180°時(shí)[5],流速選取3kn(節(jié)),折算約為1.54m/s;洋流的方向與LNG運(yùn)輸船的夾角為10°或170°時(shí),流速選取2kn(節(jié)),折算約為1.03m/s;洋流的方向與LNG運(yùn)輸船的夾角為其他角度時(shí),流速選取0.75kn(節(jié)),折算約為0.39m/s。船岸兼容性研究是對(duì)最危險(xiǎn)的情況進(jìn)行計(jì)算分析,從石油公司國際海事論壇(OCIMF)規(guī)范、規(guī)則中選取洋流方向與LNG運(yùn)輸船的夾角為0°、180°、90°、10°或170° 5種情況。

        “海洋石油301”船的系泊布置應(yīng)滿足在風(fēng)速達(dá)到60節(jié)(任何方向的風(fēng))[6]并伴隨下列5種水流的條件下仍能保證船舶的系泊:水流來自船艏或船艉時(shí)流速3節(jié);水流來自船艏或船艉10°方位時(shí)流速2節(jié);水流來自船舶正橫方位時(shí)流速為0.75節(jié)。

        利用OPTIMOOR有限元軟件進(jìn)行系泊計(jì)算時(shí)需考慮2種極端條件下的情況,分別為滿載吃水和最低潮位,以及壓在吃水和最高潮位。

        綜上,LNG運(yùn)輸船的設(shè)計(jì)工況包括表4所列 10種工況。

        表4 工況條件 Tab.4 Operating conditions

        2.3 系泊計(jì)算

        應(yīng)用OPTIMOOR軟件計(jì)算在不同風(fēng)速、流向和流速情況下LNG運(yùn)輸船的系泊狀況、船舶平行中體和護(hù)舷墊受力、船舶的位移。LNG運(yùn)輸船系泊纜繩能承受的最大負(fù)荷需根據(jù)系泊纜繩的材質(zhì)和纜繩的最小破斷力來決定。如果LNG運(yùn)輸船系泊纜繩為鋼絲繩,系泊纜繩可承受最大的系泊負(fù)荷不得超過纜繩最小破斷力的55%[7];如果LNG運(yùn)輸船系泊纜繩為合成纖維纜繩,系泊纜繩可承受最大的系泊負(fù)荷不得超過纜繩最小破斷力的50%,本次計(jì)算的船舶“海洋石油301”船系泊纜繩為迪尼瑪Dyneema高強(qiáng)度聚乙烯纖維,為合成纖維纜繩,因此,系泊纜繩可承受最大的系泊負(fù)荷不得超過纜繩最小破斷力的50%。LNG運(yùn)輸船平行中體至少與2個(gè)以上護(hù)舷墊接觸,且護(hù)舷墊的變形在有效范圍內(nèi)。

        分別對(duì)不同工況條件下LNG運(yùn)輸船和LNG接收站的兼容情況進(jìn)行計(jì)算。工況1:吃水6.0m;潮高2.28m;水流方向船艏,流速3.0knots;風(fēng)速為60knots。OPTIMOOR軟件計(jì)算出纜繩的受力情況如表5,護(hù)舷墊的受力情況如表6。

        表5 工況1條件下纜繩受力的受力情況 Tab.5 Force of cable under condition 1

        表6 工況1條件下護(hù)舷墊的變形 Tab.6 Deformation of fender pad under condition 1

        工況2:吃水6.0m;潮高2.28m;水流方向船艉,流速3.0knots;風(fēng)速為60knots。OPTIMOOR軟件計(jì)算出纜繩的受力情況如表7。護(hù)舷墊的受力情況如表8。

        表7 工況2條件下纜繩受力的受力情況 Tab.7 Force of cable under condition 2

        表8 工況2條件下護(hù)舷墊的變形 Tab.8 Deformation of fender pad under condition 2

        工況3:吃水6.0m;潮高2.28m;水流方向船艏10°,流速2.0knots;風(fēng)速為60knots。OPTIMOOR軟件計(jì)算出纜繩的受力情況如表9。OPTIMOOR軟件 計(jì)算出護(hù)舷墊的受力情況如表10。工況4:吃水6.0m;潮高2.28m;水流方向船艏10°,流速2.0knots;風(fēng)速為60knots。OPTIMOOR纜繩的受力情況如表11所示。

        表9 工況3條件下纜繩受力的受力情況 Tab.9 Force of cable under condition 3

        表10 工況3條件下護(hù)舷墊的變形 Tab.10 Deformation of fender pad under condition 3

        表11 工況4條件下纜繩受力的受力情況 Tab.11 Force of cable under condition 4

        工況5至工況10采用上述同樣方法,計(jì)算出纜繩和護(hù)舷墊的受力情況。將每種工況下LNG運(yùn)輸船和LNG接收站兼容性最差的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,得出不同工況條件下纜繩受力、船舶位移及護(hù)舷墊的變形情況,見表12。

        表12 計(jì)算結(jié)果 Tab.12 Calculation results

        通過上述數(shù)據(jù)可以看出,系泊纜受力最大為29.1t,小于纜繩破斷力的50%,護(hù)舷墊的最大變形在允許范圍內(nèi),對(duì)船舶的作用力滿足規(guī)范受力的要求。因此,文中所述的系泊布置方案可以應(yīng)用于船舶實(shí)際靠泊。

        3 結(jié) 語

        LNG運(yùn)輸船靠泊LNG接收站前,除需進(jìn)行上述系泊計(jì)算外,還應(yīng)進(jìn)行卸料臂和管匯、登船梯的位置和支撐、應(yīng)急關(guān)斷、纜繩張力檢測(cè)等匹配確認(rèn)性。其中,卸料臂與管匯的匹配包括卸料臂與管匯對(duì)接法蘭的匹配性,即卸料臂的個(gè)數(shù)、管匯距離水面的距離等。登船梯的匹配應(yīng)在所有海況和LNG運(yùn)輸船裝載(滿載和壓載)的條件下,登船梯所在甲板的高度在登船梯的活動(dòng)范圍內(nèi)。

        基于OPTIMOOR軟件的船岸兼容性計(jì)算可以解決LNG運(yùn)輸船和接收站安全性問題。在LNG船舶和接收站設(shè)計(jì)階段進(jìn)行必要的船岸兼容性計(jì)算有利于船舶和接受站后期的運(yùn)營(yíng)。■

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