FSRU码头系泊研究

摘要

随着社会主义现代化建设不断向前推进，我国经济发展进入新常态，环境承载压力已经接近极限，因此必须顺应国民大众对绿水蓝天的期待，重视生态环境，形成低碳循环发展观念。天然气作为一种安全高热的清洁能源，在实现经济可持续发展、建设良好生态和能源结构转型等战略目标中起到的作用重大。FSRU（Floating Storage and Re-gasification Unit，浮式LNG接收存储再气化装置）是应用最广泛的海上浮式液化天然气接收终端，将越来越广泛地应用于为电厂和普通城市用户供气。
　　FSRU单船码头系泊状态和LNG旁靠卸料状态的作业和安全停靠性能与系泊缆张力、靠垫挤压应力和船体6自由度运动等参数相关。因此，研究FSRU在恶劣海况下码头系泊的水动力性能对FSRU的设计工作有着重要作用。
　　本文选用一艘正在设计的FSRU及其码头系泊系统为研究对象，结合经典势流计算和水池模型试验的方法，在码头处海洋环境条件下，对船舶运动、系泊缆拉力、靠垫应力等进行了详细分析。
　　对于FSRU码头系泊的水动力分析，根据经典势流理论，在频域内计算FSRU分别在空载、10%装载、30%装载、50%装载、70%装载和满载下的水动力参数。结果显示：不同装载装载状况下，RAO曲线变化趋势和形状大体相同，部分曲线幅值存在一定差异。利用频域计算结果进行FSRU码头系泊的时域耦合分析，获得FSRU在不同装载状况下的6自由度运动、系泊缆拉力和靠垫压力的时历响应，得到整个系泊系统水动力性能参数。结果显示：横浪条件下，系泊缆和靠垫最大受力大于其他角度的最大受力；30%液体装载状况下，系泊缆和靠垫最大受力大于其他装载的最大受力。更进一步，建立FSRU-LNGC的多浮体系统的数值分析模型，对旁靠卸载时系统的水动力性能进行分析，得到系泊系统水动力参数的时历响应，计算结果显示：FSRU装载增加，LNGC装载量减少，对两船运动最大幅值变化趋势具有相反的效果。
　　为了验证FSRU码头系泊的水动力性能，在一年一遇海况下，设计了相应的水池模型试验，对数值分析的结果加以验证。水池模型试验内容包括静水衰减实验、白噪声实验和风浪流联合实验。将实验结果与数值计算结果对比，结论为：数值方法对FSRU单船系泊的船舶运动和系泊缆拉力的预报良好，可以作为设计依据，参考时应将数据加大10%进行修正，而LNGC旁靠时FSRU的码头系泊系统的计算预报有一定偏差，只能作为参考而不能作为设计依据。
　　最后，本文根据模型试验和数值模拟的结果对系泊系统安全性能做了评估，评估结果认为：除 LNG船靠泊时，FSRU与码头之间缆绳应力合乎要求外，其他状况下缆绳或者靠垫受力均超出了安全范围。
　　综上所述，本文对FSRU码头系泊展开了系统性研究，得到了关键结论，同时提出了可行的改进建议，对工程实践具有一定指导意义，为FSRU及其系泊系统的设计和改进提供了充分参考依据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 FSRU码头系泊问题简介

1.3 FSRU码头系泊问题研究综述

1.4本文研究内容与方法

1.5本文创新性

第二章 数值模拟基本理论

2.1坐标系定义

2.2三维势流理论

2.3频域计算

2.4时域耦合计算

2.5本章小结

第三章 数值分析

3.1建立数值计算模型

3.2 FSRU水动力计算结果

3.3 FSRU码头系泊时域耦合结果与分析

3.4 LNGC旁靠系泊时域耦合结果与分析

3.5本章小结

第四章 模型试验研究

4.1实验准备

4.2模型试验内容

4.3实验结果与对比

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1主要研究内容与结论

5.2进一步研究与展望

参考文献

附录1 风浪流组合实验工况表

附录2 FSRU单船系泊六自由度最大运动表

附录3 旁靠FSRU与LNGC的六自由度最大运动

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文