淺水大型FPSO運(yùn)動(dòng)及甲板上浪特性研究.pdf

1、渤海是我國(guó)海上石油主要產(chǎn)區(qū)之一,新開發(fā)的秦皇島32-6、渤中25-1、曹妃甸11-1和蓬萊19-3等億噸級(jí)大油田都有浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪(FPSO)工作于水深20m左右的淺水中。國(guó)際上,越來越多的LNG船、LNG浮式接收終端需要系泊于近岸淺水海域。由此,大型浮體在淺水中的水動(dòng)力特性,如運(yùn)動(dòng)響應(yīng)、系泊載荷、是否觸底、甲板上浪等,仍將是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。FPSO常年系泊于特定海域,所遇海洋環(huán)境極為復(fù)雜,甲板上浪時(shí)有發(fā)生,上浪水體會(huì)對(duì)船體及甲板

2、設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞。在非共線風(fēng)浪流作用下,單點(diǎn)系泊的FPSO船體處于斜向迎浪狀態(tài),此時(shí)的運(yùn)動(dòng)性能和甲板上浪特性值得進(jìn)一步研究。本文以淺水大型FPSO在渤海海域的應(yīng)用為研究背景,以單點(diǎn)系泊于PL19-3淺水油田的30萬噸級(jí)FPSO為研究對(duì)象,通過模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法,對(duì)淺水FPSO遭遇非共線風(fēng)浪流組合海況時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性及斜向迎浪時(shí)甲板上浪特性進(jìn)行了研究分析。首先,基于三維線性勢(shì)流理論通過頻域和時(shí)域數(shù)值模擬得到淺水不同水深、不同波浪條件下風(fēng)

3、浪流聯(lián)合作用下FPSO的運(yùn)動(dòng)響應(yīng),并與相應(yīng)模型試驗(yàn)結(jié)果比較分析淺水中風(fēng)浪流聯(lián)合作用下FPSO的運(yùn)動(dòng)特性;其次,結(jié)合運(yùn)動(dòng)特性及甲板上浪的模型試驗(yàn)結(jié)果分析了淺水FPSO的甲板上浪特性,并檢驗(yàn)了甲板上浪工程快速時(shí)域預(yù)估方法的可靠性;最后基于FLUENT軟件,建立4種水深的三維數(shù)值水池,在不同水深、不同浪向角條件下,對(duì)固定和運(yùn)動(dòng)FPSO遭遇不同波高規(guī)則波時(shí)的波浪爬升及甲板上浪情況進(jìn)行了模擬,并與模型試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,揭示試驗(yàn)結(jié)果的產(chǎn)生原因,進(jìn)而分析

4、了浪向角、淺水深及波高對(duì)上浪的影響,得出淺水FPSO上浪的規(guī)律,為應(yīng)用于淺水的FPSO避免上浪發(fā)生提供理論依據(jù)。研究表明:首搖角對(duì)于FPSO的搖蕩及上浪均影響顯著;非共線風(fēng)浪流使得船體斜向迎浪,船舯附近比船首和船尾處更容易發(fā)生甲板上浪;不考慮波浪堆積爬升的甲板上浪時(shí)域預(yù)估方法并不適用于淺水;相同波高下,水深較小時(shí)運(yùn)動(dòng)較小,符合淺水效應(yīng)規(guī)律,但此時(shí)舷側(cè)甲板波浪堆積明顯,上浪更為嚴(yán)重;淺水深對(duì)上浪也有顯著影響,水深越淺,波浪爬升及上浪越劇烈