淺談船舶海洋工程管線優(yōu)化設計

1、<p>　　淺談船舶海洋工程管線優(yōu)化設計</p><p>　　摘要：船舶工程技術專業(yè)一直以來主要是以一般航行船舶為主，隨著海洋開發(fā)的深入，船舶建造已不局限于一般船舶，而是擴展到海洋工程各部分，如各種工程船舶、海洋石油平臺、浮式生產儲油船等。船舶工程技術專業(yè)也應根據船舶發(fā)展形勢而適當的增加相關技術知識，使專業(yè)人員也掌握其它海洋工程結構物的知識。 </p><p>　　關鍵詞：船舶海

2、洋工程管線優(yōu)化 </p><p>　　中圖分類號：S611文獻標識碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　管道被廣泛地應用于石油化工"水利工程"建筑"船舶等領域，其在不同的應用環(huán)境下需承受不同的外力作用，大規(guī)模、全面地開發(fā)利用海洋資源和空間，發(fā)展海洋經濟已列入各沿海國家的發(fā)展戰(zhàn)略

3、。海洋開發(fā)和利用除了需要先進的海洋工程技術，還需要各種海洋工程結構物的支撐。這為與海洋工程裝備業(yè)關聯(lián)度極大的船舶工業(yè)提供了極好的機遇。作為未來世界經濟的支柱產業(yè)，海洋工程和海洋開發(fā)潛力非常巨大。近幾年，全世界對浮式生產系統(tǒng)的新增需求達到約120座，全球浮式生產系統(tǒng)的年投資額以高速度遞增，其中FPSO船(浮式生產儲油裝置)仍將是全球浮式生產市場的建造熱點,該船型集生產、儲油、運輸多項功能于一身，是當前國際海上石油開發(fā)生產設施的主流形式。隨

4、著生產向深海的不斷進入，FPSO船的優(yōu)勢將會更充分顯現出來。中國海洋石油開發(fā)總公司也需要較大數量的海洋平臺、多艘FP-SO平臺，用于海洋開發(fā)建設的資金達到了數百億元。船舶工業(yè)是海洋工程的天然“霸主”。隨著海洋油氣開發(fā)向深海發(fā)展，船舶工業(yè)與海洋工程的關系更加緊密，船舶工業(yè)在海洋油氣開發(fā)中的作用更加突出。這主要有兩方面的原因:一方面是技術上的因素。隨著作業(yè)水深的增加,固定式平臺海洋構造物</p><p><b&

5、gt;　　管線幾何優(yōu)化設計 </b></p><p>　　管道隔振支座最佳布置設計優(yōu)化需確定隔振支座的類型"數量及位置!由于支座類型的選擇難以依靠程式化優(yōu)化計算來得到，本研究僅針對支座力學與隔振性能參數給定情況下，研究管線支座的數量與幾何位置優(yōu)化問題涉及到的約束條件包含強度( 應力) "剛度( 位移和變形) "穩(wěn)定性( 屈曲) 和動力學特性( 管線固有頻率和管線響應振幅)

6、 ，同時考慮工藝安裝方面的特殊要求( 某些位置無法安裝支座) 針對上述約束，細化為優(yōu)化數學模型中考慮應力"位移"固有頻率"穩(wěn)定性和評價點在指定頻率區(qū)間的振級落差等約束條件簡化的支座布局幾何優(yōu)化設計模型見圖所示，通常選取支座數目和支座位置為設計變量本模型假定支座總數目事先已知( 通常按照工藝要求確定，但適當增加一定數量) ，通過確定各支座的幾何位置坐標實現布局優(yōu)化!當相鄰兩個支座的位置坐標非常接近或重合時，代

7、表其中一個支座可以取消。 </p><p>　　支座布局幾何優(yōu)化模型 </p><p>　　2.管道隔振支座布置設計優(yōu)化模型迭代解法 </p><p>　　上面給出的支座布局優(yōu)化模型仍為基于連續(xù)與離散設計變量的混合數學規(guī)劃問題，常規(guī)優(yōu)化算法較難解決，可采用迭代優(yōu)化算法 </p><p>　　進行求解!考慮到計算效率的問題，需采用變步長的迭代優(yōu)

8、化算法! </p><p>　　該迭代算法依據約束條件的滿足情況及變步長的臨界間距值來確定支座數量的減少與增加，然后通過 </p><p>　　常規(guī)優(yōu)化方法得到支座的幾何位置坐標，最終得到較優(yōu)的支座數目及間距!迭代流程見圖采用迭代算法求解該支座布局優(yōu)化模型時，其計算效率有賴于迭代步長的選擇!對于特定的管道結構，當假定的支座初始數目與最優(yōu)支座數目相接近時，即使迭代步長為常數，依然能夠獲得較好

9、的計算效率，但假定的支座初始數目與最優(yōu)支座數目相差較多時，則必須選擇逐步增加的迭代步長才能獲得較為理想的計算效率。 </p><p>　　支座布局優(yōu)化模型迭代解法 </p><p>　　由管線各目標函數下的優(yōu)化結果可知，三種目標函數下的優(yōu)化模型，優(yōu)化后滿足約束要求，支座最優(yōu)數目均為6個，各支座位置接近，優(yōu)化結果基本相同，三種方法迭代次數均為 5-6次，計算效率較為理想，但以關聯(lián)支座造價為目

10、標函數下的優(yōu)化模型與其他兩個模型相比迭代次數較多，將幾何優(yōu)化設計方法所得優(yōu)化結果與規(guī)范設計方法優(yōu)化結果比較可知，以管線結構應變能和管線最大下垂為目標函數的優(yōu)化模型，幾何方法和規(guī)范法所得優(yōu)化結果接近!以關聯(lián)支座造價為目標函數的優(yōu)化模型，采用幾何方法時，盡管迭代次數較多，但仍然取得了滿足約束條件的優(yōu)化結果，其計算過程較規(guī)范設計方法更為穩(wěn)定，結果更為可靠! </p><p>　　總體來看，兩種設計方法所得優(yōu)化結果是相一

11、致的，幾何優(yōu)化設計方法是可行的!在幾何優(yōu)化設計方法中，由于支座初始數目通過假定得到，且往往與最優(yōu)數目相差較大，因此迭代次數較多，其計算效率明顯低于規(guī)范設計方法，但較多的迭代次數同時也保證了迭代過程的穩(wěn)定性，使計算結果更為可信!因此，尚須進一步研究更為穩(wěn)定高效的管線隔振支座布局優(yōu)化算法。 </p><p>　　3.總結：將所得結果與規(guī)范設計方法優(yōu)化結果進行了比較，證明了幾何優(yōu)化設計模型及方法的可行性，并得到了與規(guī)范

12、設計方法中相一致的結論: 以管線最大下垂或管線結構應變能為目標函數的隔振支座布局模型計算過程更為穩(wěn)定高效"優(yōu)化結果更為可靠。 </p><p><b>　　參考文獻: </b></p><p>　　[1] W.Kent.Muhlbauer 《Pipeline Risk Management Manual》 </p><p>　　[2]

13、 美國雪佛龍公司 海上油氣工程設計實用手冊 </p><p>　　[3] 海洋石油工程設計概論與工藝設計 </p><p>　　ANALYSIS OF PIPING OPTIMIZATION DESIGN IN MARIN SHIP & OFFSHORE PROJECT </p><p>　　Xiaoyimeng </p><p>　

14、　(BOMESC Offshore Engineering Company Limited TEDA TIANJIN CHINA 300457) </p><p>　　Abstract: Ships engineering technology has been mainly based on general navigation of the ship-based, with the development o

15、f Deep Ocean, marine construction vessels generally have not restricted, but extends to all parts of marine engineering, such as various engineering ships, offshore oil platforms, FPSO vessels. Ships engineering technolo

16、gy should be based on a ship and the proper development of the situation to increase technical knowledge, so that professionals have mastered the knowledge </p><p>　　Keywords: Marine engineeringOffshore Engi