环境载荷下FPSO串靠外输作业的拖轮适配性研究

摘要

目前，由于串靠外输方式具有对船舶吨位差异及装载状况要求小、海况适应力强、系泊力小、解脱迅速等优点，而被广泛运用于FPSO外输作业中。在进行串靠提油作业时，FPSO与穿梭油轮组成的作业系统在风、浪、流等复杂的环境载荷作用下发生运动，由于FPSO与穿梭油轮的尺度不同，所受环境载荷大小也不同，在相同的环境条件下，会出现运动不一致的情形，而作业系统过大的相对运动会造成FPSO与穿梭油轮发生碰撞事故。因此，位于穿梭油轮尾部的拖轮能够提供的最大有效拖力能否维持FPSO与穿梭油轮保持相对位置，直接影响到了作业的安全性。为对串靠提油作业时所需拖轮拖力进行研究，提出合理的拖轮选型理论依据，就需要对拖力进行数值计算。基于对环境载荷及提油工作状态的不同假定，本文共提出了静态、准动态、耦合三种拖力计算模型。 在静态模型中，首先建立系统力学平衡方程，其次对穿梭油轮和FPSO进行几何建模，利用AQWA求出波浪载荷，根据经验公式计算风载荷，最后得到极端允许作业环境条件下所需拖力的分布曲线，实现了拖轮所需拖力的求解。此模型未考虑流载荷且仅涉及对穿梭油轮受力分析，计算过程简单，使用方便。 准动态模型中，首先对FPSO与穿梭油轮串靠外输系统绕系泊单点旋转时所受风、浪、流等环境载荷进行全面考虑，建立了准动态受力平衡模型。然后，运用经验公式及AQWA软件计算出环境载荷大小，并依据计算结果拟合出环境载荷曲线。最后，配合受力平衡方程求解出能够保障作业安全进行所需的最小拖力。依照此方法计算所得拖力选取的拖轮能够兼顾作业安全性和使用经济性。 耦合模型中，先将FPSO与穿梭油轮的三维几何模型导入至AQWA平台中，随后在软件中输入依据经验公式计算得到风、流载荷系数。然后在软件中对作业系统进行单点系泊及缆绳连接设置，同时将作业的海区参数输入计算平台，最后进行频域、时域计算得到所需拖轮拖力结果。与前两种模型相比，此模型最为接近实际工作情况，其计算的结果精度最高。 分别运用三种模型对环境载荷改变对过驳拖轮拖力变化规律进行研究，最后对三种模型计算结果进行对比分析，总结了三种模型的优劣势及适用情况，对FPSO串靠提油作业拖轮选型提供了理论指导。

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