半潜式靠泊平台运动特性分析

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1、第一章绪论1959年IMODCO公司设计制造出第一套CALM(悬链线锚腿系泊)系统，单点系泊很快便作为解决VLCC锚泊问题的最有效措施迅速发展起来，由于它具有诱人的经济性和很高的适应性，许多国家采用单点系泊系统作为大型油轮装卸的终端，到目前为止，世界上共有各类单点超过40座，这种技术作为一种成熟的海上中转、仓储、过驳技术被世界各国竞相采用。我国单点系泊技术的引进始于渤海油田。随后，1968年01月，南海西部公司的一套15吨级的单点投入使用。1993年底和1997年以来，在流花和陆丰两个油田先后建成了四套FPSO，1994年10月在广东茂名建成了我国第一套设计能力为25万吨

2、级，可接卸13．27万吨级油轮，设计年中转能力为10万吨级CALM单点系泊系统。1995年在北部湾附近又建成了我国第二套浅水CALM系统。我国单点系泊设施的建设和单点系泊技术的发展呈蒸蒸日上的发展态势。随着我国海上石油勘探开发事业和石油化工工业的蓬勃发展，必将会兴建更多的单点系泊系统，这项技术在我国的应用也将越来越广涮¨。单点系泊源于英文“SinglepointMooring”，简言之，与固定码头相比，它的最大特点即系泊方式是“点”，也就是大型油轮或超大型油轮可以系泊于近海海面上的一个深水“点”，然后进行装卸货操作。单点系泊码头通常由一个能够漂浮在海面上的浮筒和铺设在海底

3、与陆地贮藏系统连接的管道组成。浮筒漂浮在海面上，油轮上的原油通过漂浮软管进入浮筒后，从水下软管进入海底管线，输到岸上的原油储罐。为防止浮筒随海浪远距离漂移，用数根巨大的锚链将其与海床相连，这样浮筒既可在一定范围内随风浪流漂浮移动，增加缓冲作用，减少与巨轮间发生碰撞的危险，又不至于被海浪漂走。，从油轮偏移其平衡位置后，系泊系统对其产生恢复力的机理来说，单点系泊系统主要可以分成两大类：一种是由重力提供恢复力的系泊系统，一种是由浮力来提供恢复力的系泊系统。由重力来提供恢复力的系泊系统有悬链锚腿系泊系统(CALM)、塔式软刚臂系统等，油轮偏移其平衡位置时，将系泊在其上的重物提起，

4、使其具有位能，从而对油轮作用一个恢复力，使油轮恢复到平衡位置。CALM系统是由重力提供恢复力的系泊系统的典范，在海上油田开发及输油终端中有着广泛的应用。由浮力来提供恢复力的系统有：单锚腿存储(SALS)系统、铰接装载塔(ALT)系统等，油轮偏移其平衡位置时，将系泊在其上的浮力张紧元件拉离其竖直张紧的平衡位置，而形成了一种水平恢复力，使油轮恢复到其静平衡位置。此外，还有一种重力和浮力共同提供恢复力的系泊系统，它的典型代表是悬链铰接塔(CAT)系统和牵索塔系统。随着深水作业的不断增加，各种传统的移动式平台，如半潜式平台和钻井船等，其运动性能和定位难以满足深水作业的要求，而各类

5、固定式平台，如重力式2第一章绪论平台和导管架平台等，其自重和工程造价随水深大幅度地增加，也已不能适应深海环境，所以必须发展新型的平台。从20世纪50年代以来，这样的研究探索不断进行，并提出了顺应式平台(CompliantPlatform)l堑／概念。在近二十年，顺应式平台得到了广泛的发展应用，其显著特点是具有特殊的结构形式，使工程造价较低，结构安全性良好。Spar平台和张力腿平台就是顺应式平台结构的典型【21。1．3国内外研究现状及存在的问题海洋环境载荷包括波浪载荷、风载荷以及流载荷等等，其中波浪载荷是平台设计中需要主要考虑的一种载荷。在当前的系泊系统设计中，系泊系统运动

6、响应和系泊缆索张力主要是通过耦合浮体运动和缆索张力得到。海洋工程浮体运动计算的发展经历了一个从经验方法到理论方法、二维方法到三维方法的发展历程。浮体荷载计算的经验方法主要是Morison：法。尽管该方法部分地考虑了流体非线性粘性阻尼项，但忽略了浮体的绕射效应(假定浮体特征尺度相对于波长为小量)，而且对于不规则剖面，浮体的附加质量系数和拖曳力系数需要通过试验确定。细长体理论首先在船舶工程中迅速发展起来，它在求解船舶运动的同时，可以得到船体剖面剪力、弯矩及湿表面上的压力分布。然而，细长体理论是建立在平面势流理论基础上的，实际浮体的三维效应是不应被忽略的，特别是对于不满足细长体

7、假设的海洋工程浮体更无法应用。因此三维水动力理论的研究与应用越来越受到重视pJ。1950年，Morison等人总结了许多实验结果，提出了半经验公式计算直立圆柱的波浪力，这就是著名的Morison公式。它适用于小尺度结构物，即特征长度与波长之比小于0．2的结构物。由于它具有一定的合理性，且计算方便，所以至今仍被海洋工程界广泛采用。对于相对尺度较大的直立柱体，需要考虑流场的绕射，1959年，Maccamy和Fuchs[4】给出了由海底伸至水面的大直径圆柱体所受线性波浪力的解析解。1976年，Chal彻bni【5】利用Stokest