旧平台改造项目中的浮吊船锚泊的分析

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452; 2.太重(天津)滨海重型机械有限公司技术中心，天津 300000)

旧平台改造项目中的浮吊船锚泊的分析

孙华峰1贺辰1邳帅2

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452; 2.太重(天津)滨海重型机械有限公司技术中心，天津 300000)

本文采用MOSES软件对蓝鲸号在埕北油田升级改造项目中的吊装作业进行系泊分析计算，在将锚缆系泊于旧平台的情况下，计算分析了8个入射方向0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的风、浪、流等环境荷载，并考虑了待命状态和作业状态两种工况。通过分析计算得出能够满足蓝鲸号待命和作业状态的环境载荷要求，为旧平台改造时的作业船锚泊分析提供了参考。

系泊分析；MOSES；工程船

埕北油田位于渤海西部海域，该油田距塘沽基地92 km，油田范围内平均水深15.8 m。该油田发现于1972年，针对平台现有设备已经不能满足油田高效开发的问题，决定对埕北平台设备进行改造。在施工中为了保持船舶在海面上的相对位置，必须保证系泊的可靠性，目前浅海海域定位采用的锚泊系统，具有操作简便、可靠性高、经济性好等优点，是现在主要采用的办法[1,2]。在施工前要进行特定海况下的计算以采用合理的系泊方式，以保证系泊缆的强度、系泊缆和海底管道或已安装平台保持一定的距离等。本文以蓝鲸号在埕北油田升级改造施工为例，由于作业船受多个平台包围，无法按常规方法布锚，故设计左舷两个系泊缆和右舷一个系泊缆系于已安装平台上，以此工况进行系泊计算分析。

1 理论分析基础

1.1 坐标系

本文采用美国Ultramarine公司的MOSES[3]软件，因其在海洋结构物安装、运输的时域数值计算上具有计算速度快，使用方便的优势，在海洋工程项目中得到广泛的应用[4]。坐标系及环境变量方向规定如图所示。

图1 MOSES坐标系示意图

1.2 系泊系统时域耦合运动求解

系泊计算基于Newmark积分的时域分析方法，考虑了船体与系泊系统的耦合影响，时域计算考虑了非线性波浪力，没有考虑锚链的动力效应，计算过程为：(1)利用三维势流理论计算船体在频域中的水动力系数；(2)通过卷积积分将频域中的水动力系数转换成时域下的水动力系数；(3)根据锚泊线的预张力确定船体其初始参数；(4)计算风力、流力；(5)不计入锚泊线子系统，在t+dt时刻，求解时域中的运动方程；(6)根据浮体在t+dt时刻的运动，计算锚泊线的动力参数。

1.3 规范标准

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 系泊计算

2.1 主要技术参数

主要技术参数见表1，表2。

表1 主尺度

表2 系泊缆及锚属性

2.2 系泊图

系泊图见图2，图3。

图2 待机状态的锚泊示意图

图3 作业状态的系泊示意图

2.3 环境载荷

根据工程船的待命、作业情况，分两种环境下载荷工况进行了系泊计算。待命环境工况和作业环境工况如表3所示。

2.4 模型建立

本文采用Moses软件建立了水动力计算模型，如图4、图5、图6、图7所示。

表3 环境工况

图4 工程船模型侧视图

图5 工程船模型俯视图

图6 待命状态系泊图

图7 作业状态系泊图

2.5 计算结果

本文分别对0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°共8个浪向角进行时域模拟计算，API规范中，移动式系泊系统性能评估通常采用准静力分析方法，并通过安全系数2.0来考虑系泊缆的动力效应。进行准静力分析时，环境载荷风、浪、流的作用方向相同，考虑极限状态，可以得出蓝鲸号所受的最恶劣载荷。计算时，基于准静力分析模型和环境载荷得出船舶运动响应RAO值和最大1/1000波高环境载荷作用下系泊缆的受力[1]。

2.5.1RAO

船舶运动响应RAO值如图8所示。

图8 RAO(0°、45°、90°、135°)

2.5.2待命状态计算分析

待命状态下最大系泊缆受力为174.9 t发生在270度浪向角作用下，此时安全系数为2.2，满足规范要求。与平台相连接的系泊缆最大受力为117.1 t，发生在135度浪向角作用下。各工况受力统计结果如表4所示。

2.5.3作业状态计算分析

作业状态时因左舷一系泊缆与驳船位置干涉，故去掉此系泊缆，波高为0.5 m下最危险系泊缆是与平台相连接的系泊缆，受力为142.8 t，发生在270度浪向角作用下，此时安全系数为2.7，满足规范要求，各工况受力统计结果如表5所示。

表5 作业状态下完整工况的受力统计(波高为0.5 m)

作业状态波高为1.5 m下最危险系泊缆是与平台相连接的系泊缆，受力为504.3 t，发生在270度浪向角作用下，此时超过系泊缆最大破断力，不满足规范要求，各工况受力统计结果如表所示。

3 结 论

本文对蓝鲸号在不同锚缆系泊方式和不同风浪作用下的待命、作业状态进行时域计算分析，得出如下结论：

(1)待命状态，根据API相关规范对船舶进行校核，以系泊缆破断力为标准，在许用范围内，能满足有义波高为2.5 m的海况。

(2)作业状态，在许用范围内，该船只能满足有义波高为0.5m的海况，不能满足有义波高为1.5 m的海况。

(3)缆绳系于已安装平台上的系泊方式，经过计算分析，满足环境载荷要求，为今后工程船在平台群内无法正常布锚时提供了参考。

1 于文太，秦立成. 大型导管架下水中蓝疆号起重船系泊计算分析[J].中国水运(下半月)，2010(6).

2 孙玉柱，任小伟. 利用MOSES软件进行施工船系泊分析[J].中国水运(下半月)，2016(3).

3 MOSES MANUAL. Ultramarine, Inc.2002.

4 李怀亮，徐慧，谢维维. MOSES软件在系泊浮体运动计算中的应用研究[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

孙华峰，男，工程师，主要从事海洋平台安装设计研究工作。

(责任编辑：谭银元)