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關注創建者:姜講蔣醬 創建時間:2023-02-23

系泊系統的實例教程
綜合考慮,本文中的海上牧場建議使用純錨鏈系泊方案。
3.3 系泊系統部分失效結果分析
在海上牧場在海上作業及生存時,可能會由于磨損或海底撞擊等原因導致系泊系統部分失效,為了提高平臺的生存性能,設計系泊系統在各浪向角時受力最大的系泊線斷開,研究其他錨鏈是否可以支撐整個系統的生存。純錨鏈系泊方案部分失效狀態系泊張力結果見表12。
通過研究發現,在6號錨鏈破損斷裂情況下,系泊系統錨鏈張力最大值為2478kN,最小安全系數為2.08,大于所需的安全系數,驗證了系泊部分失效后,在作業工況和生存工況下,剩余的錨鏈系泊系統仍能夠保證海洋牧場的安全。
04
結論
本文以半潛式海上牧場為時域計算目標,對海洋結構物在波浪中的時域計算方法進行分析。在考慮風力機、網衣和水輪機載荷的情況下,結合本文中海上牧場的結構特點和有關文獻研究,設計了六點式系泊方案,設計了純錨鏈系泊方案和組合式系泊方案2種系泊形式并進行了性能對比分析。通過對比分析2種系泊方案,得到以下結論:
1)在作業工況和生存工況下,兩種系泊方案均符合系泊系統設計的安全要求,但組合式系泊方案下的海上牧場在各浪向角時的縱蕩位移要略大于純錨鏈系泊方案,系泊張力安全系數要小于純錨鏈方案。綜合考慮,選擇采取純錨鏈作為海上牧場的系泊系統。
展開 綜合考慮,本文中的海上牧場建議使用純錨鏈系泊方案。
3.3 系泊系統部分失效結果分析
在海上牧場在海上作業及生存時,可能會由于磨損或海底撞擊等原因導致系泊系統部分失效,為了提高平臺的生存性能,設計系泊系統在各浪向角時受力最大的系泊線斷開,研究其他錨鏈是否可以支撐整個系統的生存。純錨鏈系泊方案部分失效狀態系泊張力結果見表12。
通過研究發現,在6號錨鏈破損斷裂情況下,系泊系統錨鏈張力最大值為2478kN,最小安全系數為2.08,大于所需的安全系數,驗證了系泊部分失效后,在作業工況和生存工況下,剩余的錨鏈系泊系統仍能夠保證海洋牧場的安全。
04
結論
本文以半潛式海上牧場為時域計算目標,對海洋結構物在波浪中的時域計算方法進行分析。在考慮風力機、網衣和水輪機載荷的情況下,結合本文中海上牧場的結構特點和有關文獻研究,設計了六點式系泊方案,設計了純錨鏈系泊方案和組合式系泊方案2種系泊形式并進行了性能對比分析。通過對比分析2種系泊方案,得到以下結論:
1)在作業工況和生存工況下,兩種系泊方案均符合系泊系統設計的安全要求,但組合式系泊方案下的海上牧場在各浪向角時的縱蕩位移要略大于純錨鏈系泊方案,系泊張力安全系數要小于純錨鏈方案。綜合考慮,選擇采取純錨鏈作為海上牧場的系泊系統。
展開 單點系泊系統的絕大多數設備都布置在轉臺上部,主要包括:
絞車:額定載荷滿足漂浮軟管和系泊纜接入作業需求
導航設備:布置霧笛、導航燈和雷達反射器
輸油管路:根據流體輸送能力要求進行設計
系泊器和系纜樁:進行托航和系泊作業條件下的強度校核
電力系統:包括太陽能板和蓄電池箱,為絞車和導航設備提供電力
轉臺上部安裝有保護框架,用于設備的保護。轉臺兩側分別布置潛水員平臺和登船平臺。潛水員平臺布置在輸油管路一側,用于輸油管端與漂浮軟管連接。登船平臺布置在相反方向,用于日常作業船舶的停靠。
圖3 轉臺結構示意圖
(3)系泊纜及錨鏈
系泊系統包括系泊器和系泊纜兩部分。系泊器固定在轉臺邊緣,與系泊纜通過單向接頭相連,系泊纜另一端固定在船上。
圖4 系泊系統示意圖
錨泊系統包括止鏈器、錨鏈、錨樁。通常浮體結構通過均勻布置的6 ~ 8根錨鏈固定。
展開 2.優缺點
相對于傳統的纜繩系泊而言,磁力自動系泊具有顯著的優點,如表1所示。
表1 磁性系泊和帶繩系泊的優缺點對比
(1)主要優勢
節省時間:系泊過程耗時減少,提高操作效率;
降低成本:無需配備系泊纜繩;
安全性高:使用磁力系泊,員工將在更安全、更高效的環境中工作;
減少人力:在船舶系泊期間,只需少量監控室人員協助。
(2)缺點和不足
磁力吸盤會產生強大的磁場,對船上的導航儀器等磁力設備產生巨大影響甚至造成損壞;在磁場作用下,作為大型鋼結構的船舶也將成為感應磁鐵,并對含有鐵、鎳等物質的貨物產生吸引,甚至會導致貨物位移以及貨物與船殼的碰撞,除非造船材料發生變化,否則此影響無法消除,磁力自動系泊系統自身的優缺點如表2所示。
表2 磁力自動系泊系統自身的優缺點
3.典型磁力自動系泊產品介紹
荷蘭的Mampaey海洋工業公司致力于提供先進的集成牽引、系泊和靠泊系統,能為任何特定的綜合停泊(停靠)和停泊要求提供最完整的產品和服務套件imoor系統(如圖2所示)。Mampaey公司推出了自動磁力系泊系統(如圖3所示)。該公司自動磁力系泊系統將能夠在船對船或船對岸的情況下提供一個完全自動化的系泊過程。
圖2 荷蘭Mampaey公司imoor系統
圖3 Mampaey電磁式自動系泊裝置系統
Mampaey公司的磁力式自動系泊品已經在油輪、渡船上安裝并進行了廣泛的測試和應用(如圖4所示)。Mampaey公司開發的智能系泊系統iDL是世界上第一個磁性停泊系統,它的成功應用使得渡輪停靠所需時間減少至10s。
展開 圖1 不同配重重量對系泊纜恢復力特性影響
FPSO系泊系統采用分組布置,具體為4根系泊纜為一組,分為三組,整個系泊系統由12根系泊纜組成,單組中纜繩間距4°,每組纜繩間距108°。
圖2 系泊布置
根據ABS規范對于單點系泊系統系泊分析環境角度組合建議,對兩種系泊半徑系泊布置進行掃略分析。為了快速得到設計值,分析中采用Ariane作為分析軟件。計算結果表明:當FPSO壓載時纜繩張力較大;當系泊半徑為1200m時,纜繩張力載荷較小,FPSO位移較大。由于當前鋼鏈直徑已經較大,處于安全系數考慮,系泊半徑1200m方案作為最終的系泊系統設計方案。
表2 兩個系泊系統掃略分析結果比較(系泊系統完整工況)
系泊半徑950m
系泊半徑1200m
系泊系統狀態
完整
完整
FPSO裝載狀態
滿載
壓載
滿載
壓載
最大偏移 [m]
26.7
20.9
31.30
23.70
最大張力[Tons]
1097.05
929.74
1007.63
887.92
最小安全系數
1.58
1.86
1.72
1.95
3.耦合分析
為了確保設計的系泊系統能夠滿足立管設計要求需進行立管-系泊系統耦合分析,選取典型工況分別使用Ariane 和Orcaflex進行分析。由于Arian并不能考慮纜繩動態響應,在添加了動力放大系數進行修正后,纜繩張力結果與Orcaflex計算結果非常接近,但FPSO偏移值小于Orcaflex計算結果,因而有必要進行立管-系泊系統耦合計算來進一步的分析。
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系泊系統的布置情況如圖2所示,在每個邊立柱的底部設置3根系泊錨鏈,采用3×3的懸鏈線式系泊。
圖1 浮式風力機結構示意圖
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圖2 浮式風力機系泊系統布置圖
水動力模型的建立
在AQWA中建立浮式基礎的水動力模型如圖3所示。
穆安樂等[6]采用懸鏈線系泊系統,通過對平臺縱蕩和縱搖響應進行分析,研究了風浪聯合作用下系泊半徑、導纜孔位置和系泊長度等對平臺穩定性及系泊受力的影響。潘甜[7]研究發現組合系泊系統可為浮式平臺提供更大的回復力。張亮等[8]將Spar平臺系泊改為包括錨鏈、重塊及彈性系泊的組合系泊,發現彈性系泊可有效降低平臺動態響應與系泊張力,且彈性系泊的位置對結果無明顯影響。
浮式防波堤是一種常見的海洋工程結構物,主要由浮體結構和系泊系統組成。目前對于浮式防波堤水動力性能的研究大部分是通過數值模擬和物理模型試驗進行。
其先根據錨鏈參數設計系泊系統,然后采用8根和12根不同的纜繩布置形式,研究其動力響應的差異。童波等[11]以工作水深為1500m的半潛式平臺為研究對象,設定了系泊纜直徑、長度、預張力角度等相關變量,從而進行平臺系泊系統的動態特性研究。該研究還以纜繩數量、纜繩布置角度為變量,進行了系泊系統的動力響應分析。
這些網箱通常配備系泊系統,以將它們保持在固定位置或避免因風、水流和其他環境因素而過度移動。管理網增加了海水網箱養殖場的大量工作量,這需要使用專門的設備。網材的堅固程度決定了網能夠承受不同水動力的程度,而用堅固比來描述網的“緊密度”。根據挪威標準 NS 9415, 網在水中的斷裂強度不應低于其初始強度的 65%。
盡管通常位于偏遠地區,但養魚場也無法免受污染、寄生蟲感染和氧氣水平不足的負面影響。
圖1 系泊動力定位系統結構
系泊動力定位系統的控制目標是借助推進器和系泊系統補償海洋環境的干擾,使船舶的位置維持在工作區域內且保持期望艏向。其中,在保證系泊纜繩安全的前提下,充分發揮系泊系統的能力來抵御外界環境干擾,減少動力定位系統對推進器的調用,從而節省能源消耗和機械磨損。
2021年,挪威Kongsberg與Yara公司合作打造的“YARA Birkeland”號集裝箱船在挪威南部進行了12海里的短途自主航行,在Macgregor智能系泊系統協助下,初步實現無人船的靠離泊技術應用。2021年瑞典Volvo Penta公司展示了其靠離泊輔助系統中的動態變量補償技術及航向保持功能,該靠離泊輔助系統的應用時業界首個全集成輔助靠離泊系統的商業應用。
在系泊方面,KIM等[4]針對一種FPSO進行系泊系統時域耦合,分析了不同風浪下的浮體運動響應和系泊動力分析,并與試驗數據作對比。TANG等[5]通過建立網箱的時域數值模型,分析破損系泊系統下網箱的運動情況及系泊力的變化。LIN等[6]通過AQWA軟件對半潛式浮式平臺進行水動力性能及系泊系統分析,并研究了系泊對平臺水動力的影響。
使用自動系泊系統替代傳統纜繩系泊系統將增加港口建設成本,但是從長遠來看,無論是磁力自動系泊系統還是真空式自動系泊系統都能提高港口使用率和系泊效率,降低人員成本,從而為港口產生可觀的經濟效益。
單點系泊系統成功實現了油輪的海上系泊,適用水深范圍較廣,適應海上極端作業條件。目前現有的大部分單點系泊系統可以在7級大風及浪高3 ~ 5米的情況下進行原油裝卸,年平均工作日達到330個。
同時,單點系泊系統也具有重復使用性,主要部件進行調整后能夠實現相似環境和作業條件下的重復使用。