巨型FPSO装载过程稳性分析

维普资讯 http://www.cqvip.com ・　２４　・　陈新权等　巨型ＦＰＳＯ装载过程稳性分析　２００６年４月　文章编号：１００１—４５００（２００６）０２－－ｏ０２４一Ｏ５　巨型ＦＰＳＯ装载过程稳性分析　陈新权，谭家华　（上海交通大学。上海２０００３０）　摘　耍￣ＦＰＳＯ自从出现以采，由于其经济性和灵活性。已经成为海上油气开发的主要装　置，广泛应用于世界各油田。为了保证在海上安全、可靠地工作．ＦＰＳＯ必需满足一系列规范的　稳性要求。本文针对一３０万吨级ＦＰＳＯ．对其各种状态下的完整稳性进行计算分析，所得蛄果　对同类产品的船型、分舱等的确定以及实际捧作具有一定的参考价值。　关键词：ＦＰＳＯ，完整稳性；配栽Ｉ卸栽　中圈分类号；Ｕ６６１　文献标识码：Ａ　ｌ　概述　ＦＰＳＯ是浮式生产储油卸油船。自从壳牌石油公司提出ＦＰＳＯ的概念，并将一艘油轮成功改装成世界　上第一艘ＦＰＳＯ后。ＦＰＳＯ由于其灵活性和经济性，已经成为海上油气开发的主要装置，广泛应用于世界各　油田。　为了保证ＦＰＳＯ在海上安全、可靠地工作，防止海损事故发生后对周围海域造成污染。必需满足一系列　规范的稳性要求。本文针对一３ｏ万吨级ＦＰＳＯ，对其各种状态下的完整稳性进行计算分析，得到了装载过　程中随吃水变化的稳性变化规律，对同类产品的船型、分舱等的确定以及实际操作具有一定的参考价值。　２巨型ＦＰＳＯ简介　本文的对象是一艘３Ｏ万吨级的ＦＰＳＯ，具有２００万桶的原油储存能力。采用多点系泊。该船的机舱和　泵舱设在艉部的生活楼下，甲板上有生活楼、原油生产处理模块、吊机、火炬塔和直升机平台等（图１）。　图１　ＦＰＳＯ示意图　２．Ｉ　主尺度　裹ｌ主要舱宣参数　总长３０２．０ｍ；垂线间长２９０．ｏｍＩ设计水线长　舱室　舱容（ｍ　）　重心位置（ｍ）　２９０．ｏｍ；型宽５８．ＯｍＩ型深３２．８ｍ；设计吃水２４．５ｍ。　Ｘ　Ｙ　Ｚ　２．２舱室分布　本船船型为单体驳船，全船设有原油舱、污油　舱、甲醇舱、机舱、泵舱、海水吸入舱、压载水舱、生活　用水舱、泥浆舱、滑油舱、柴油舱、燃用油料舱等，图　２与表ｌ列出各舱室布置及舱容等参数。　注。坐标系原点取在尾垂线、中纵剖面和基线的交点处，Ｘ轴向首为　收稿日期：２００５—０８—１０　修改稿收捌日期：２００５—１２—１９　作者简介：陈新权（１９８０－）．男，博士生。　正，Ｙ轴向右舷为正，Ｚ轴向上为正　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２ｌ卷第２期　中国海洋平台　・　２５　・　…一：　Ｊ｝　￣ＯＴ　０７０１　。。　。　。’［—］　。’呻　　。　’　ｃ。　。　。，　Ｊ＾一ＰＲ。・　／　巨日　ｃ。　。，。　－ｑ　一—４：ＶＯＩＤＯ￣０１　ｃ。　２ａ。，　Ｊ¨　。・　日　ｃ。　。，。，　Ｌ－　Ｄ●ｃｋ　ｌｉｔ２４．５０　ｍ●ｔｒｅ●　图２　ＦＰＳ（）舱室分布及受风面积确定　２．３空船重量分布（图３）　空船重量包括船体钢材重量、舾装重量、机电设备重量、甲板上的动力模块、热站、油处理模块、水处理模　块等生产工艺模块重量等。　与一般油船不同的是，ＦＰＳＯ甲板上生产处理模块的存在使得全船重心升高，亦使ＦＰＳＯ的受风面积增　大，它们的重量、尺寸以及在甲板上的分布，对ＦＰＳＯ的稳性具有较大影响。　３完整稳性计算分析　３．１稳性衡准　ＦＰＳＯ是储油船，在稳性上必须满足各种规范和公约的规定要求，如国际载重线公约、国际吨位丈量公　约、ＩＭＯ大会决议、ＭＡＲＰＯＬ公约、以及船级社对油船的稳性要求：　１）经自由液面修正后初稳性高。不小于０．１５ｍ；　２）横倾角等于３０。（或进水角，取小者）处的复原力臂不小于０．２ｍ；　３）最大复原力臂所对应的横倾角不小于２５。，最好大于３Ｏ度；　４）至横倾角３Ｏ。，复原力臂曲线下面积不小于０．０５５ｍ・ｒａｄ；　５）至横倾角４０。（或进水角，取小者），复原力臂曲线下面积不小于０．０９　ｍ。ｒａｄ　６）横倾角３Ｏ。到４０。（或进水角）之间，复原力臂曲线下面积不小于０．０３　ｍ。ｒａｄ；　７）稳性衡准数不小于１。　本文考虑ＦＰＳＯ为海洋工程结构物，在海上作业时不同于常规船舶，按照ＩＭＯ对海上移动式钻井平台　的完整稳性要求来计算校核３Ｏ万吨ＦＰＳＯ的完整稳性。　ＩＭＯ规定在每种情况下的稳性，均应符合下列衡准：　１）对于浮式和自升式平台，至第二交点或进水角处的复原力矩曲线下面积，取其较小者，至少比至同一　△上日　限定角处的风压倾侧力矩曲线下的面积大４０％。即图４中　≥１・４。　２）复原力矩曲线，从正浮至第二交点的所有角度范围内，均应为正值。　３．２受风面积和力臂计算（表２）　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　２６　・　陈新权等　巨型ＦＰＳＯ装载过程稳性分析　２００６年４月　图　３　　『１㈣　　ｆ３００　广＿＿１广、　＾　Ｊ（）　咖《　Ｉ（）（１　１ｊ　一　硐ｌ　Ｉ一。’中一～～　］　　｛　，（】　倾斜角　Ｉ（Ｊ（）　Ｉ５（Ｊ　２００　２５（Ｊ　埘｝Ｋ（ｍ）　空船莺量沿船长分布　图４复原力矩和倾侧力矩　衰２受风面积和力臂　３．３稳性校核计算　分最初的压载、４５　装载、９８　装载这一过程计算校核ＦＰＳＯ的完整稳性。在配载中尽量保证船体的平　稳，不出现艏倾和横倾（见：表３～５，图５～９）。　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２ｌ卷　第２期　中国海洋平台　・　２７　－　衰３不同状态下平衡时的参数　衰４稳性计算结果　注；面积Ａ、Ｂ、Ｃ的定义见“囤４复原力矩和倾侧力”　衰５稳性校核　８　１０　ｆ・－．－＿Ｉｌ¨　ＪＪ忖・・－・－一倾艇ＪＪ　７　９　ｌ・－．－＿　忖－－－－＿倾｛鼍ｆ　Ｊ　，’　、　、Ｉ　ｒ　．一　●＿　＇　、　６　—曼５　ｆ。　．　冒　一　’　，　—＿——　，　气　、．　雄　、．　蓑　。　４　ｆ　、　５　４　．　３　ｌ　、　３　，　２　｝　’　‘　２　＿＿＿　ｌ　，Ｉ‘　厂　。Ｏ　０　５　１０　１５　２０　２５　３０　３５　４０　４５　５０　５５　６０　６５　７０　０　５　１Ｏ　Ｉ５　２０　２５　３０　３５　４０　４５　５０　５５　６０　６５　７０　倾角（。）　倾角（。）　图５压载时的复原力臂及倾覆力臂曲线　图６　４５　装载时的复原力臂及倾覆力臂曲线　２２　２　５　，　▲　Ｊ—＿．＿＿－刚复力臂－＿．－一俩覆　臂　２０　、　ｌ８　、　‘　。　ｌ６　、Ｉ　＾　ｇ　｝　、　１４　｝　舌ｌ２　Ｉ　１０　Ｌｕ　０　Ｓ　８　　．一　０　６　０　５　ｌ０　ｌ　５　２０　２５　３Ｏ　３５　４０　４５　５０　５５　６０　６５　７０　４　６　８　１０　１２　１４　１６　１８　２０　２２　２４　２６　ｆ【碰　（　１　Ｉ吃水（ｒＩ１）　图７　９８％装载时的复原力臂及倾覆力臂曲线　图８　ＦＰＳＯ各舱装油顺序不同时的稳性变化曲线　ＦＰＳＯ的储油和卸油是两个互逆的过程，本文考虑装载时稳性的变化，其趋势应和卸载时的稳性变化相　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　２８　・　陈新权等　巨型ＦＰＳＯ装载过程稳性分析　２ＯＯ６年４月　似，只是吃水的变化方向不同而已。本文考虑三种装载　２５　情况：（Ａ）先船艉后船艏最后船舯的油舱装载顺序，只装　载边舱，不装载中舱｝（Ｂ）先船艉后船艏最后船舯的油舱　苎　装载顺序，亦装载中舱；（Ｃ）全船油舱均匀装载，在装载　１５　＼　过程中，需要调整压载水舱，使得ＦＰＳＯ在装载过程中保　，　＼　持平衡，不出现大的纵倾和横倾。从船艏向船艉装载的　方式，由于需要在ＦＰＳＯ上频繁地调整压载水舱里的压　＼　载水，本文不考虑这种情况。　ｏ　从图８可见，ＦＰＳＯ在装载过程中的初稳性高曲线　７　９　１１　ｌ３　１５　１８　２０　２２　２４　有着相似的变化规律，表现为随吃水的增加而递减，不同　吃柑（ｍ）　的只是由于装载顺序和装载速度不同而引起局部差别，　图９吃水一稳性高曲线　整个过程的完整稳性满足规范要求。图９从改变吃水的　角度给出了ＦＰＳＯ稳性变化的拟合曲线。　４　结论　从不同吃水的复原力臂及倾覆力臂曲线可看出，此类船型具有很大的稳性储备；在调节好装载（卸载）的　顺序，不出现较大的纵倾和横倾的情况下，其装载（卸载）过程中的稳性高随吃水改变具有平滑的变化规律，　且在此过程中，由于其肥大型及分舱的特点，自由液面对稳性的影响可以忽略不计。　计算结果表明该ＦＰＳＯ稳性满足ＩＭＯ对海上移动式钻井平台的完整稳性要求，对于其他规则公约的稳　性要求，亦有很大裕度。　随着技术的进步，ＦＰＳＯ正往深水化、巨型化发展，当前世界上新建成的ＦＰＳＯ集中在３ｏ万吨载重量，　船长处于２９０￣３２０ｍ之间，我国此类型ＦＰＳＯ也正处于建造阶段，本文所得结果对同类型船的主尺度确定　和舱室划分等初步设计具有一定参考价值。　参考文献　［１］　国际海事组织．海上移动式钻井平台构造和设备规则Ｉｓ］．中华人民共和国船舶检验局，１９９０　［２］盛振邦，杨尚荣．陈雪深．船舶静力学［Ｍ］．上海；上海交通大学出版社　［３］Ｓｅｒｇｉｏ　Ｈ　Ｓ，Ａｎｔｏｎｉｏ　Ｃ　Ｆ。Ｓｙｌｖｉｏ　Ｈ　Ｓ　Ｃ，Ｇｕｓｔａｖｏ　Ａ　Ｖ　Ｃ．Ｍａｎｅｕｖｅｒｉｎｇ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ＦＰＳＯｓ　ａｎｄ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＳＭＥ，２００２．　［４］时明曙．船舶稳性设计应注意的几个方面［Ｊ］．水运科技信息．１９９８（４）．　［５］关爽．船舶装载及稳性计算ｌＪ］．船舶设计通讯。２０００（６）．　ＳＴＡＢＩＬＩＴＹ　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ｏＦ　Ａ　ＬＡＲＧＥ　ＦＰＳｏ　ＤＵＲＩＮＧ　ＬｏＡＤＩＮＧ　ＯＨＥＮ　Ｘｉｎｑｕａｎ，ＴＡＮ　Ｊｉａｈｕａ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦＰＳＯ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｏｉｌ　ｆｉｅｌｄｓ　ａｌｌ　ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｓｔｒｏｎｇ—　ｐｏｉｎｔｓ．Ｆｏｒ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｓａｆｅｌｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｅａ，ＦＰＳＯ　ｓｈｏｕｌｄ　ｏｂｅｙ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｒｕｌｅｓ　ｉｎ　ｓｏｍｅ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｓ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａ　３０００００　ＤＷＴ　ＦＰＳＯ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｏａｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｇｏｏｄ　ｒｅｆ—　ｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｖｅｓｓｅｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＦＰＳＯ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏａｄ　ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ