FPSO上部模块管道应力分析包划分研究

纪志远，李蕾

FPSO上部模块管道应力分析包划分研究

纪志远，李蕾

（海洋石油工程股份有限公司设计院， 天津 300451）

固定平台上部组块或FPSO上部模块管道需要进行详细应力分析的管道数量庞大，首先应将这些管线划分成小的管道应力分析包，再分别进行详细管道应力分析计算。然而，如何划分应力分析包，划分依据，以及怎样划分才能更有利的推动管道应力分析计算工作，成为管道应力分析时首先应思考解决的难题，因此，针对管道应力分析分包划分进行了研究分析，介绍了固定平台应力分析包划分原则与依据，并以南海某FPSO上部模块为例，介绍并对比FPSO上部模块管道应力分析包划分异同，对FPSO上部模块管道应力分析工作起到指导作用，为同行提供借鉴参考。

FPSO；管道；应力分析包；划分；应力分析

FPSO上部模块管道多、系统多，管线错综复杂，为保证系统安全稳定运行，应对敏感管道及符合管道应力分析范围内的管道进行详细管道应力分析计算。管道应力分析的首要工作是根据要求划分管道应力分析包。FPSO上部模块管道应力分析包的划分最复杂，区别于固定式平台上部组块，管道无结构变形。FPSO上部以模块划分，管道分落于不同的模块，不同模块对船体结构变形的影响不同，本文以南海某FPSO上部模块为例，对比与固定平台应力分析包划分差异，对FPSO上部模块管道应力分析包的划分进行分析，对FPSO上部模块管道应力分析工作起到指导作用，为同行提供借鉴参考。

1 FPSO介绍

FPSO是浮式生产储卸油装置，是海洋石油生产中的重要组成部分，是集油气处理、储卸油、生活、供电等多功能于一身的海上油气开发处理装置。FPSO主要包括三大系统：船舶系统、单点系泊系统、上部油气处理系统。其工艺流程主要为海底原油通过海底管道、单点后输送到FPSO上部油气等工艺处理模块处理后将合格原油储存于FPSO的原油储存舱中，运输油轮定期将原油送至路上终端。

2 应力分析管线范围及应力分析包

2.1 管道应力分析流程

管道应力分析首先应确定分析范围，后根据分析范围划分具体应力分析包，再针对每个应力分析包进行建模、计算、调整、得出计算结论、反馈计算结果、整理计算报告等。图1为FPSO漂浮于海面。

图1 FPSO漂浮于海面

2.2 管道应力分析包

管道应力分析包是管道应力分析计算时的基本单位，是管道应力分析的基础。在管线总数一定的情况下，单个应力分析包内管线多，则应力分析包的数量少，单个模型大，计算时间长；单个应力分析包内管线少，则应力分析包数量多、统计、反馈复杂，因此，合理划分管道应力分析包对管道应力分析整体工作较为重要。以南海某FPSO上部模块管道为例，需要分析的管线总数量达到400根，对比说明见表1。

3 固定平台上部组块管道应力分析包的划分方法

在确定了符合应力分析范围的管线后，应进行管道应力分析包的划分，以固定平台上部组块为例，介绍管道应力分析划分基本原则，见图2。

图2 管道应力分析流程图

3.1 划分方法

固定平台管道不需要考虑船体中垂中拱变形对其的影响，在划分应力分析包时主要有以下方式：

1）原则上以系统为单位，一个系统一个应力分析包，例如CR系统、HM系统、PW系统、WS系统等；

2）系统较大（管道多）可以视情况在适当位置（以固定支架或六向限位支架）拆分成两个或多个应力分析包；其中适当位置可理解为对两个应力分析包内管线影响最小的断点位置；

3）泵、压缩机等敏感设备，应以设备为基础，划分应力包考虑前后；

4）特殊区域管道，可以某区域为整体，将多系统管道并入同一管道应力分析包内。应力分析包划分方法见图3。

3.2 注意事项

特殊区域管道例如：跨接栈桥区域、火炬臂区域，井口区域等常需增加π弯以吸收较大位移，可以将符合应力分析范围的多系统管道合并为一个包计算。

4 FPSO上模管道应力分析包的划分

应力分析包划分合理，可以有效帮助管道应力分析计算，提高应力分析效率。

4.1 管道应力分析包划分原则

FPSO上部模块的管道应力分析包的划分基本原则可参考固定平台。FPSO上部模块与固定平台上部组块不同的是：FPSO船体在波浪流的作用下，船体不断运动，而船体运动变形会通过结构传递到管道支架进而影响到管道，在FPSO上部模块划分应力分析包时，应该考虑中垂中拱变形的影响，而不同模块上、不同层高的管道其中垂中拱变形值不同，这就增加了FPSO上部模块管道应力分析的复杂性。

若需要分析的管道仅位于某一单独模块内，则该模块内管道仅需要考虑运动加速度的影响。若需要分析的管道跨接不同的区域模块，则包内模型支架均应分模块、在每一个支架上加CNODE点添加对应位移值。处理上可对跨接模块应力分析包进行更细化的切分。

FPSO上部模块的管道分别位于相同或不同的模块内，因此在划分前需要首先对管道所在位置进行思考判断：1）需要分析计算的管道是否在同一模块内？若不是，跨越了几个模块？连接几个设备或跨越几个模块的管道（需要分析计算的）能否在模块边缘处有固定支架？将原来的单个应力分析包切分成单独模块内的形多个应力分析包。

如图4所示，管道跨越了三个模块，最好的解决办法是将模型划分为三个独立的应力分析包，在边界点以固定支架结束，每个应力分析包均在自己模块内，仅需要考虑船体运动加速度，无须考虑船体中垂中拱引起的位移变形，每个模块内管道可单独计算评估。当单独模块内管道过短，或柔性不好也可将其划分为两部分或者作为一个整体进行计算，单独模块可以单独考虑，只要跨越模块了每个模块上都要在每个支架点上输入对应的CNODE位移点。

图4 管道应力分析包划分

在评估时也应视情况分别判断，图5中给出了几种划分成两个应力分析包的情况，图5-1中可在模块边界处断开；图5-2中可以在模块B边界处断开计算也可如图5-3中在模块E边界处断开，形成两个应力分析包，分别计算。图5-1给出的是模块与管廊间的处理方式，图5-2与5-3给出了相邻模块间的处理方式。

图5 划分成两个应力包举例

4.2 管道应力分析包划分举例

以某FPSO项目CR系统为例，管道需要跨越CP模块、管廊模块、CS模块块连接设备X-2006、 X-2005、X-2004，见图6。建立详细模型如图7所示，评估CP模块、管廊、CS模块撬内管道柔性较好，可以在撬块边界点设置固定支架，将模型切分为三个模型分别计算。

图6 某FPSO船体平面布置图

建立详细模型如图7所示，评估CP模块、管廊、CS模块撬内管道柔性较好，可以在撬块边界点设置固定支架，将模型切分为三个模型分别计算。

图7 详细模型举例

4.3 管道应力分析包标记

划分好应力分析包的同时，应在P&ID上及管线表中将对应ISO图进行标记，并用颜色予以区分，方便识别与计算。

5 结 论

本文对管道应力分析分包划分进行研究分析，介绍了管道应力分析流程、固定平台应力分析包划分原则与依据，介绍了FPSO上部模块管道应力分析划分包的方法，对比了FPSO与固定平台应力分析包划分差异，并以南海某FPSO上部模块为例，对FPSO上部模块管道应力分析包的划分进行分析介绍。对FPSO上部模块管道应力分析工作起到指导与推动作用，为同行提供借鉴参考。

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Study on FPSO Topside Module Piping Stress Package Division Analysis

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（Engineering Company of Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China）

There are a large number of pipes that need detailed stress analysis for offshore-platform topside and FPSO(floating production storage and offloading device) topside module. At the beginning of piping stress analysis, these pipes should be divided into small packages, and then detailed pipe stress analysis calculation should be carried out. However, how to divide the stress analysis package, and how to divide it to promote the work of piping stress analysis are the first problem to be solved. In this paper, the division of the stress analysis package was studied and analyzed, the division principle and basis were introduced, and using the module of an FPSO in the South China Sea as an example, the differences and similarities of FPSO topside module piping stress analysis package were introduced and compared, which could guide and promotethe work of FPSO topside module piping stress analysis and provide reference for peers.

FPSO; Piping ; Piping stress package; Division; Piping stress analysis

2020-08-21

纪志远（1989-），男，工程师，硕士，天津人，毕业于南开大学项目管理专业，研究方向：海洋石油平台管道应力分析技术。

U674.38

A

1004-0935（2020）01-0078-04