LNG浮式转接驳平台离岸距离算例分析

黄国良，周毅，李萌，罗文忠，蒙学昊

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

1 系统模型参数与分析工况

1.1 系统模型参数

首先确定海上漂浮软管输油系统的参数，整个系统主要包括运输船、LNG浮式转接驳和漂浮软管。LNG浮式转接驳在距离海岸线一定距离时，转接驳与岸端之间铺设漂浮软管，将天然气输送到岸上。

浮式转接驳距离海岸为50～1 000 m，软管的每根长度为12 m，软管间采用接头连接。作业时，LNG船舶分别通过首尾4根系泊缆连接水中浮筒进行定位，转接驳通过拖轮顶推靠近LNG船后采用其自带的真空吸附装置与LNG船舶牢固连接，形成联合浮体。转接驳尺度小，重量轻，LNG船可看作其系泊码头。以一艘3万mLNG船为例，开展相关技术分析。该船总长184.7 m，型宽28.1 m，型深15.6 m，系泊水域深15 m。拟用的漂浮软管最大允许工作压力1.5 MPa，最小弯曲半径为3 m，工作温度范围为-196 ℃～+40 ℃，内径20 in，轴向抗拉刚度300 kN。

1.2 分析工况

主要分析不同环境工况对离岸距离在800～2 000 m的范围内不同输送软管长度的响应，选择最优的输送管道长度以及合适的离岸距离。

海上漂浮软管系统仿真计算工况主要包括海况级别、风速、风向、浪向等，海浪选用JONSWAP谱。漂浮软管系统仿真计算中的风、浪、流工况为风向180°，浪向225°，流向45°，其余见表1。

表1 漂浮软管系统仿真计算工况

2 分析和仿真计算方法

2.1 分析方法

应用软件Orcaflex和AQWA，对于转接驳平台离岸距离，采用动态分析法，利用有限元软件分析漂浮软管在风浪流载荷下的受力变化、漂移量以及软管上岸端与基准线的夹角。对LNG运输船、转接驳、输送软管建立模型，利用AQWA-LINE模块进行频域分析，计算规则波下LNG船的波浪载荷和响应，基于AQWA软件计算结果，利用Orcaflex软件对漂浮软管、船体、系泊缆绳之间的耦合运动进行时域分析，仿真风浪流环境影响下漂浮软管的实时运动，得到时域下软管运动响应的数据。

2.2 计算流程和参数设置

Orcaflex软件计算的流程见图1。

图1 Orcaflex软件计算流程

构建运输船舶、浮式转接驳和漂浮软管模型，见图2。

图2 系统模型构建

对计算参数进行设置，风浪流环境参数相关设置见图3～5。

图3 波浪相关参数设置

图4 海流相关参数设置

图5 风相关参数设置

运输船和转接驳相关参数设置见图6、7。

图6 运输船舶相关参数设置

图7 浮式转接驳平台相关参数设置

系泊锚链与漂浮软管相关参数设置见图8。

图8 系泊系统及漂浮软管相关参数设置

3 仿真结果及数值分析

初步分析,确定软管两端点的距离后，软管所受张力与软管长度有关。

选定离岸距离分别为800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000 m，在离岸距离的基础上依次逐步增加50 m，分别对不同距离上不同长度的输送软管进行动态仿真计算。

工况1，不同离岸距离对应漂浮软管的动态仿真计算结果见表2，同理得到其余各工况的计算结果(略)。

表2 工况1对应漂浮软管的动态仿真计算结果

分析全部计算结果发现，软管两端点的距离确定后，软管所受张力与软管长度有关，软管越长，其所受张力越小，但漂移量越大；软管长度增加到一定程度后，张力继续变小、速度放缓，但漂移量持续增大。目前所有转接驳传输方案输送最远距离为800 m，在保证安全输送的情况下，应尽可能考虑经济性，建议离岸距离选择800 m。

对离岸距离800 m时不同工况下漂浮软管进行动态分析。工况2的海况条件是本次分析的海况中环境最差的。不同软管长度下各项参数的变化见表3。

表3 工况2，离岸距离800 m，不同长度漂浮软管的仿真计算结果

可见浮式转接驳平台与岸上系固点间的漂浮软管越长，漂浮软管所受张力越小。但随着漂移量的增大，当软管由800 m增至850 m时，漂浮软管所受张力减小非常明显，减小约为10%，偏移量增加约为15%。软管长度由850 m增至900 m时，软管所受张力减小为7.1%，偏移量增加12.1%。当软管由900 m增至950 m时，软管所受张力减小约为6.8%，偏移量增加10.5%。可知，漂浮软管的张力值减小的拐点在850～900 m之间，偏移量的增加值在900 m附近时增加幅度减小。

结合偏移量与漂浮软管的变化情况初步可以确定漂浮软管的长度约为900 m，再结合整个远距离液化天然气输送系统的安全性、经济性的综合考量，当海上浮式转接驳平台距离海岸800 m，浮式转接驳与岸上系固点之间的漂浮软管长为900 m时最优。

之后，对各种工况下漂浮软管的动态数值进行分析与验证，结果见表4。

表4 漂浮软管动态仿真数值分析

漂浮软管最大张力为92.6 kN，对于轴向抗拉强度为300 kN的漂浮软管在最恶劣海况下的安全系数为3.3，在其他海况下，安全系数均稳定大于规定所要求的3.0，因此在各类海况中都可以保证安全性，海上漂浮软管可以安全使用。

4 结论

1)海况对漂浮软管的张力影响呈非线性增长，漂浮软管的张力最大值在其与海上、岸滩连接端点的位置。

2)建议转接驳的离岸最远距离为800 m，综合考虑系统受力、漂移量等因素，结合整个系统安全性、经济性的考量，建议配备软管长度900 m，此时漂移量约为256.4 m，漂浮软管最大张力为92.6 kN；对于软管轴向抗拉强度为300 kN时，在恶劣的工况2情况下，其安全系数为3.3，可以安全使用。

3)设计人员可以调整模型参数和重点关注的工况来判断相漂浮软管相应的受力和偏移量，进一步估算其安全性和经济性。