浮式生产储油船（FPSO）设计建造研究

摘要

FPSO是Floating Production Storage and Offloading 的英文缩写，即浮式生产储油卸油装置，习惯上我们称为浮式生产储油船。它是集生产、储油、外输、生活、动力于一体的多功能采油设施，是海洋石油开发中非常重要、也是最有应用前景的装备之一。国外FPSO的设计建造始于二十世纪七十年代，经过多年的发展，国外公司对于 FPSO 关键技术的研究日趋成熟。国内对FPSO设计建造的研究起步相对较晚，虽然相关单位也对FPSO设计建造的部分技术进行了多年研究并取得了一定成果，但是对FPSO的总体设计和FPSO建造过程中的特别之处尚缺乏系统分析，对于FPSO设计中关键技术之一“系泊系统的设计”尚缺乏理论研究。 针对这些不足之处，本论文对影响浮式生产储油设施FPSO设计建造的因素进行了综合分析，并对系泊系统的设计进行了重点研究。 基于对FPSO相关规范的研究，结合我国自行设计建造的15万吨级FPSO的实际经验，采用了层式分析法和模糊评判法，对该船型的方案论证、总布置、可靠性评估等方面做了详细分析，总结得出FPSO的总体设计框架与原则，设计单位可以根据该原则对承接的FPSO进行初步设计。 通过将浮式生产储油设施FPSO和普通油船进行对比分析，首次给出一系列反映两者区别的直观表格，并在此基础上归纳了设计建造FPSO所必须考虑的影响因素，可供船厂建造FPSO过程中结合已有的油船建造经验进行参考分析。 应用流体力学理论和数学工具开发了FPSO环境载荷的计算方法，对系泊系统的设计和模型实验进行了研究。如何确定外部环境载荷，是本部分研究的重点。采用线性化Weibull概率密度函数分析得到设计波参数，并根据三维源汇分布方法建立浮体运动与波浪荷载计算方法，完成了一浮式生产储油船(FPSO)在波浪中的运动响应和船体表面水动力压力分布以及总体荷载的概率特性的计算，并以此为基础对FPSO的系泊系统的设计和模型实验开展研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究工作的意义和目的

1.2浮式生产储油设施FPSO系统介绍

1.2.1浮式生产储油设施FPSO在海洋石油开发中的地位以及应用前景

1.2.2浮式生产储油设施FPSO的发展历程

1.3当前FPSO技术的发展

1.3.1世界范围FPSO技术的进展

1.3.2FPSO船型的新发展

1.3.3我国FPSO技术的新突破

1.4目前FPSO部分技术问题的研究概况

1.4.1FPSO结构设计技术的研究

1.4.2FPSO运动和系泊系统的研究

1.4.3研究目标及论文主要内容

1.5小结

2浮式生产储油船FPSO规范分析与总体设计原则

2.1规范分析

2.1.1ABS(美国船级社)FPSO指导意见简介

2.1.2FPSO对规范特殊要求分析

2.1.3船级社相关规范

2.1.4规范对比分析

2.2总体布置原则及方案论证

2.2.1FPSO总体布置的基本原则

2.2.2货油舱、压载舱、工艺流程舱及机泵舱的分割和布置

2.2.3甲板模块布置

2.2.4工艺流程系统设计技术和接口技术

2.2.5卸油装置的型式及各种特点研究技术

2.2.6探讨船型综合评价方法体系

2.3波浪作用下的运动与荷载计算

2.4各种状态的完整与破舱稳性

2.5结构优化设计和疲劳寿命分析

2.5.1静水弯矩、剪力和波浪载荷的确定

2.5.2结构形式优化设计分析

2.5.3货舱区结构直接有限元分析

2.5.4货舱区结构疲劳寿命分析研究

2.5.5FPSO特殊节点结构设计

2.6受损船体极限强度分析和可靠性评估

2.7小结

3浮式生产储油船FPSO与油船设计建造影响因素对比分析

3.1船型与结构特点对比分析

3.1.1船型的选择

3.1.2结构设计的特点

3.2材料选用和跟踪特点对比分析

3.3设备和管系的选型与调试特点对比分析

3.4电气设计特点对比分析

3.5涂装技术特点对比分析

3.5.1玻璃磷片漆的采用及大面积施工的条件

3.5.2热喷铝技术需具备的特定条件

3.5.3双相不锈钢及超级双相不锈钢的喷砂涂装及钝化技术难点

3.5.4有机硅防污漆的应用也应具备相应的条件

3.6规范和标准选用特点对比分析

3.7设计与建造管理特点对比分析

3.8国际海洋工程项目的程序文件管理体系建立

3.8.1国际海洋工程项目的程序文件管理体系的主要内容

3.8.2国际海洋工程项目的程序文件管理体系对项目的意义

3.9小结

4影响浮式生产储油船FPSO设计建造的因素

4.1FPSO-3船基本设计深度和设备采办造成的影响

4.1.1基本设计深度及设计滞后、修改的影响

4.1.2标签设备采办滞后及设备资料影响

4.2结构强度和疲劳寿命的要求

4.3MEM(电气模块)的设置和由此带来的变化

4.4FPSO涂装技术的挑战

4.5完工管理系统(CMS)的实施

4.6小结

5浮式生产储油船(FPSO)迁航性能计算

5.1迁航状态船体几何要素

5.2迁航环境参数的确定

5.3迁航船体阻力计算

5.4迁航船体运动与波浪荷载计算

5.5小结

6浮式生产储油船FPSO系泊系统设计

6.1系泊方式分析

6.2波浪载荷与运动计算

6.2.1环境因素的确定

6.2.2运动与波浪荷载的计算

6.2.3运动与荷载的统计分析

6.2.4FPSO运动与荷载计算

6.3浮式生产储油船(FPSO)锚泊定位性能计算

6.3.1计算原理

6.3.2计算条件

6.3.3计算结果

6.3.4讨论

6.3.5结论

6.4系泊模型实验研究

6.4.1实验目的

6.4.2试验的相似准则

6.4.3模型设计

6.4.4环境模拟

6.4.5试验设计

6.4.6试验与数据分析实例

6.4.7结论

6.5小结

7结论

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

创新点摘要

致谢