FPSO讲座二MARINE DESIGN.ppt

FPSO 讲座讲座 二二MARINE DESIGN & RESEARCH INSTITUTE OF CHINA赵耕贤赵耕贤2010年年12月月23日日11 船体形状与尺度船体形状与尺度2装载与稳性装载与稳性3危险区划分与防火控制危险区划分与防火控制4工艺模块支工艺模块支墩墩25结构结构强度强度 6 火炬塔设计火炬塔设计7 船体结构有限元分析船体结构有限元分析8结构加强及基座设计结构加强及基座设计3 1 1 船体形状与尺度船体形状与尺度FPSOLCCL/B4.5~6.56L/D8.0~13.010~10.5B/D1.7~2.31.9d/D0.65~0.690.69Cb0.94~0.960.85~0.93 FPSO 与与LCC的大致尺度范围的大致尺度范围4PANYU 4-2/5-1 “海洋石油海洋石油111”FPSOLOA 262.00 mLWL 250.00 mB 46.00 mD 24.60 md 16.50 mdS 17.50 m 5南海南海FPSO的典型布置的典型布置火炬塔内转塔模块克林吊上层建筑主船体直升机甲板6模块结构,从船首起依次为：CRUDE OIL PROCESS MODULE, METERING FUEL OIL&WATER TREATMENT MODULE,HEATING STATION MODULE, POWER MODULE, TRANSFORMER ROOM&MAIN SWITCH ROOM MODULE.7 主船体由船首、货油舱区（包括污油主船体由船首、货油舱区（包括污油水舱、工艺舱）、机泵舱和尾部组成。

货水舱、工艺舱）、机泵舱和尾部组成货油舱区为单底、双舷侧结构设置平面横油舱区为单底、双舷侧结构设置平面横舱壁和平面中心纵舱壁机舱处设置四个舱壁和平面中心纵舱壁机舱处设置四个平台和双层底结构平台和双层底结构8型线图型线图9典型中剖面典型中剖面10 2 装载与稳性装载与稳性  常常规规油油船船的的装装载载工工况况一一般般为为：：满满载载出出港港、、满载到港、压载出港、压载到港满载到港、压载出港、压载到港 FPSO的的装装载载工工况况比比较较复复杂杂，，一一般般有有3大大类类数数十十种种状状态态：：工工作作状状态态（（例例：：16））、、检检查查状态（例：状态（例：8）、拖航状态（例：）、拖航状态（例：2）11 为为了了计计算算装装载载工工况况的的稳稳性性与与强强度度，，必必须须的的资资料料：：舱舱容容、、重重量量分分布布、、货货油油比比重重、、稳稳性衡准和强度衡准性衡准和强度衡准12• 横横倾倾角角30 角角时时动动稳稳性性力力臂臂不不小小于于0.055 m   rad• 横横 倾倾 角角 40 或或 进进 水水 角角  F（（ 若若 F<40 ））时时的的动动稳稳性性力力臂臂不不小小于于0.09 m   rad。

稳性衡准：13•横横倾倾角角30 与与40 时时的的动动稳稳性性力力臂臂的的差差值值或或30 与与 F（（若若 F<40 )的的动动稳稳性性力力臂的差值不小于臂的差值不小于0.03 m   rad•横横倾倾角角等等于于或或大大于于30 处处的的复复原原力力臂臂最最大值至少为大值至少为0.2 m•最最大大复复原原力力臂臂对对应应角角最最好好大大于于30  ，，并并不得小于不得小于25 14•经经自自由由液液面面修修正正的的初初稳稳性性高高应应不不小小于于0.15 m•突风和横摇衡准（气象衡准）Ｋ应不突风和横摇衡准（气象衡准）Ｋ应不小于小于1.0Ｋ＝B/A，，因此Ｋ值的计算实因此Ｋ值的计算实际上是图中面积际上是图中面积A及及B的计算 1516工作状态工作状态 No. LOADINGCONDITIONS D(t)DW(t)dm(m)df(m)da(m) VCG(m)GMT≥0.15(m)A30≥0.055(m.rad)Aθf/40≥0.090(m.rad)A30-θf/40≥0.030(m.rad)θ(Lmax)≥25(deg)L30≥0.2(m) K≥1Max. Bending moment(kN-m)Max.sheerforce(kN) 1Full loadingcondition100% Bunker182219.8136873.117.10016.94417.25515.0754.2730.6181.0100.39338.52.1496.2494033.8-4830570.067077.2-98161.8 2Full loadingcondition10% Bunker181679.0136332.617.05316.98517.12215.1484.1990.6100.9990.38938.42.1296.38124971.3-4845904.067472.6-101432.6 3Cargo load 75%100% Bunker144394.799048.413.71213.05314.37015.604 4.4110.7171.3000.58338.03.0688.681503134.0-600614.488299.0-69141.4 4Cargo load 75%10% Bunker141952.596606.113.50113.46913.53315.6044.443 0.7271.3250.59838.13.1408.88901510.6-1019387.086227.4-65602.617 5Cargo load 1,3,5100% Bunker134873.289526.812.83511.11514.55516.3494.1210.6891.2550.56636.93.0088.891770178.0-572834.194145.8-82755.2 6Cargo load 1,3,510% Bunker132430.987084.612.62511.53313.71716.363 4.1550.6981.2790.58137.03.0788.841394616.0-1027192.092122.4-76740.7 7Cargo load 50%100% Bunker131289.985943.512.52111.37013.67316.4904.0890.6911.2660.57536.93.0508.82504236.2-354766.622533.5-38131.7 8Cargo load 50%10% Bunker128847.683501.312.30911.79312.82516.5074.1320.7011.2890.58737.03.1068.72139612.3-609596.125206.3-50942.1 9Cargo load 2,4100% Bunker120729.975383.611.55710.02913.08617.1674.0510.6921.2600.56836.33.0347.881228661.0-1189641.086016.4-74996.1工作状态工作状态18 10Cargo load 2,410% Bunker118287.772941.311.34410.46012.22817.1994.1100.7041.2810.57836.53.0767.711175577.0-1815505.092009.3-77602.0 No. LOADINGCONDITIONS D(t)DW(t)dm(m)df(m)da(m) VCG(m)GMT≥0.15(m)A30≥0.055(m.rad)Aθf/40≥0.090(m.rad)A30-θf/40≥0.030(m.rad)θ(Lmax)≥25(deg)L30≥0.2(m) K≥1Max. Bending moment(kN-m)Max.sheerforce(kN) 11Ballast condition100% Bunker122307.876961.511.71210.98012.44517.2773.7530.6551.2030.54836.32.9198.372452503.0-434.268248.4-46800.9 12Ballast condition10% Bunker119865.674519.211.49611.41311.58017.3113.8280.6671.2220.55536.52.9528.121841440.0-25707.958954.1-46071.9 13Ballast with 1s    load100% Bunker122879.677533.311.76010.70012.82016.8204.2010.7141.3050.59136.73.1398.101848603.0-155302.662020.9-33774.6工作状态工作状态19 14Ballast with 1s    load10% Bunker120437.475091.011.54511.13111.96016.8454.2830.7271.3270.60036.93.1797.861220578.0-257599.252809.2-29796.3 15Ballast with 5s    load100% Bunker129105.283758.912.31910.92213.71717.0093.7030.6401.1760.53636.22.8598.922341414.0-94060.159449.0-51740.2 16Ballast with 5s    load10% Bunker126663.081316.612.01811.34612.86917.0363.7290.6491.1970.54836.42.9158.851827470.0-484622.657369.4-51023.4工作状态工作状态20检查状态检查状态  No. LOADINGCONDITIONS D(t)DW(t)dm(m)df(m)da(m) VCG(m)GMT≥0.15(m)A30≥0.055(m.rad)Aθf/40≥0.090(m.rad)A30-θf/40≥0.030(m.rad)θ(Lmax)≥25(deg)L30≥0.2(m) K≥1Max. Bending moment(kN-m)Max.sheerforce(kN) 1Inspection 1s,4pempty100% Bunker165241.5119895.115.57614.77816.37515.7213.8360.5981.0340.43637.82.3357.67584154.6-2784295.083012.3-81872.5 2Inspection 1s,4pempty10% Bunker162799.3117452.915.37015.17915.56015.7223.8320.6051.0580.45337.92.4157.88571515.7-3199013.088900.3-94039.6 3Inspection 2s,5pempty100% Bunker167240.9121894.615.73313.90317.56215.6443.9500.6041.0310.42737.92.2967.31658948.0-2696276.052145.2-78657.5 4Inspection 2s,5pempty10% Bunker164798.7119452.415.52814.30216.75515.6453.9470.6121.0570.44538.02.3827.54528386.6-3230051.058316.9-80814.821检查状态检查状态  5Inspection 3s,4pempty100% Bunker164728.1119381.715.51814.08416.95115.6893.9190.6071.0480.44137.92.3607.531736863.0-1287930.055464.1-77668.1 6Inspection 3s,4pempty10% Bunker162285.9116939.515.31214.48416.14015.6913.9130.6151.0730.45837.92.4447.761188937.0-1447181.053641.0-71639.6 7Inspection 1s,5pempty100% Bunker172507.91127161.516.21114.79517.62715.7803.7160.5620.9430.38137.42.0707.09647704.3-3383122.087335.4-85599.5 8Inspection 1s,5pempty10% Bunker170065.7124719.316.00615.19116.82115.7833.7010.5690.9680.39837.62.1507.51541799.1-3852102.093187.9-87751.422拖航状态拖航状态  No. LOADINGCONDITIONS D(t)DW(t)dm(m)df(m)da(m) VCG(m)GMT≥0.15(m)A30≥0.055(m.rad)Aθf/40≥0.090(m.rad)A30-θf/40≥0.030(m.rad)θ(Lmax)≥25(deg)L30≥0.2(m) K≥1Max. Bending moment(kN-m)Max.sheerforce(kN) 1Transmit dep.,100% Bunker104203.362688.810.0468.37411.71916.4016.1800.9751.7070.73237.53.9096.582614099.0-48.765602.9-31842.7 2Transmit arr.,10% Bunker101761.160246.59.8298.82110.83716.4206.3690.9991.7380.74037.63.9566.402014109.0059517.6-27829.923弯矩、剪力弯矩、剪力 FrameGlobalX (m)Typical and Inspection conditionsBending moments (kN.m)Shear Force(kN)Still Water SagStill Water HogTypicalInspectionFR.46-88.25 000 0004 800 000103 100126 134FR.62-74.6655 000 0004 800 000103 100126 134FR.93-46.615 000 0004 800 000118 389139 817FR.133-10.415 000 0004 800 00084 18496 264FR.144-0.4555 000 0004 800 00084 184103 544FR.17325.795 000 0004 800 000121 506144 331FR.21361.995 000 0004 800 000109 325136 92424 3 危险区划分与防火控制危险区划分与防火控制  根据根据FPSO的功能，无论设计还是使的功能，无论设计还是使用，都需要十分注意其安全性。

除了如常用，都需要十分注意其安全性除了如常规油船要求外，还有特殊的要求规油船要求外，还有特殊的要求 25危险区划分：危险区划分： 按按SOLAS和和船船级级社社规规范范将将FPSO划划分分为为安安全全区区与与危险区 危险区分为：０类、１类、２类危险区分为：０类、１类、２类 危险区与安全区可以有一定的分隔，如防火墙危险区与安全区可以有一定的分隔，如防火墙 26防火控制图：防火控制图： 应展示在总布置图，供船员参考标明每层甲板应展示在总布置图，供船员参考标明每层甲板的控制站，的控制站，A级和级和B级分隔防火区域，包括探火和失级分隔防火区域，包括探火和失火报警系统、喷水和灭火装置，各舱室和甲板出入火报警系统、喷水和灭火装置，各舱室和甲板出入通道等设施的细节每一高级船员应有一本，另有通道等设施的细节每一高级船员应有一本，另有一本应放于船上易于到达的地方，以便随时取用一本应放于船上易于到达的地方，以便随时取用 27 4 工艺模块支工艺模块支墩墩v模块种类模块种类 生产工艺模块生产工艺模块 变压器模块变压器模块 计量油水模块计量油水模块控制站模块控制站模块 热站模块热站模块惰气模块惰气模块 电站模块电站模块 28传统支架理念与型式传统支架理念与型式v模块支架/支墩29传统改进型支架传统改进型支架（巴西）（巴西）30渤海渤海30万吨万吨FPSO所采用的模块支墩形式所采用的模块支墩形式31————每个模块是独立的；——消除船梁变形对模块支撑的影响。

模块与船体之间连接加设一个支墩模块下支撑与支墩采用如单跨简支梁形式，一排焊接、一排沿船梁纵向可以滑动模块支墩设计的新理念 32“南海胜利南海胜利” 模块支墩（壁式）模块支墩（壁式）33“南海奋进” 的模块支墩设计（改进型）34Wall Shaped  Stool —“南海奋进” FPSO35“海洋石油111” 的模块支墩36Small Box Stool —“海海洋石油洋石油111”号号 FPSO37 固定支墩固定支墩 滑滑动支墩动支墩 383940414243固定支墩模型 滑动支墩模型 壁式壁式箱式箱式（（ “固定—滑动” ））开式开式（（ “固定—滑动” ））44 21世纪初，在台风条件下不解脱、新设计世纪初，在台风条件下不解脱、新设计FPSO中，中，提出模块支墩提出模块支墩“固定固定”与与“滑动滑动”的理念，以减少的理念，以减少船梁总弯曲的影响，成功用于船梁总弯曲的影响，成功用于15万吨级万吨级“南海奋进南海奋进”、、“海洋石油海洋石油111”FPSO（（已被列入由国家安全监已被列入由国家安全监管总局管总局2010年年6月颁布月颁布《《FPSO安全规则安全规则》》第三章第三章3.5.7）。

45 5 结构结构强度强度•静水工况静水工况•在生产期间的外部环境工况在生产期间的外部环境工况•外输工况外输工况•从单点解脱之前的极限工况从单点解脱之前的极限工况v  应能承受的载荷应能承受的载荷46•在维修或检查期的工况在维修或检查期的工况•从建造厂或移位到海上油田过程中的拖航工况从建造厂或移位到海上油田过程中的拖航工况•在上述在上述6种工况下，工艺模块所引起的诱导载荷种工况下，工艺模块所引起的诱导载荷•破破损损工工况况，，诸诸如如重重物物坠坠下下的的冲冲击击载载荷荷、、碰碰撞撞载载荷荷 47 根据对番禺海区的波浪统计数据可知，根据对番禺海区的波浪统计数据可知，在百年一遇台风条件下的最大波高为在百年一遇台风条件下的最大波高为22米，米，有义波高为有义波高为13.1米，最大波周期为米，最大波周期为16.5秒，秒，有义波周期为有义波周期为14.2秒番禺海区的海况较文秒番禺海区的海况较文昌海区更为恶劣昌海区更为恶劣48中剖面上层建筑结构图 基本结构图模块支墩结构图货油舱结构图火炬塔结构图机泵舱结构图加强结构图首部结构图基座结构图尾部结构图构件计算首楼甲板结构图结构分析v主要结构图49典型中剖面50v船级社结构计算软件：船级社结构计算软件：LR SHIPRIGHTDnV NAUTICUSABS SAFEHULLBV MARS 51v注意的问题： 输入数据:主尺度、船型系数、弯矩值 52结构计算船长(Ls) Ls  Lbp 0.96Lbp  Ls  0.97LWL 方型系数Cb(Ls) Cb = /(rCbLsBT)53总弯矩Mt    Mt = Mw + Ms剖面模数    W = (Ms + Mw)/[]应力标准    [] = 175f1   N/mm254中垂（Sagging）   Mso = -0.065CwL2B(Cb+0.7) kN-m中拱(Hogging)   Mso = CwL2B(0.1225 – 0.015Cb) kN-m中剖面静水弯矩（适用于常规的船舶适用于常规的船舶）55DWT   Ms  式中式中: X——载重量，载重量，DWT。

如如15万吨油船，以万吨油船，以15数字代入数字代入56中垂 （Sagging）   Mw = -110 CwL2B (Cb+0.7)*10-3  kN-m中拱 ( Hogging)   Mw = -190 CwL2BCb*10-3kN-m中剖面波浪弯矩（适适用于常规的船舶用于常规的船舶）57 FPSO应该根据海域特征，乘一因子应该根据海域特征，乘一因子 渤海渤海海域海域式中式中 C——系数系数，，见图；见图；       HS——有义波高，米；有义波高，米； MWR——规范计算的波浪弯矩值，规范计算的波浪弯矩值，kN-m58渤海海域的渤海海域的C曲线曲线59 式中式中 C——系数，见图；系数，见图； HS——有义波高，米；有义波高，米； MWR——规范计算的波浪弯矩值，规范计算的波浪弯矩值，kN-m 南海南海海域海域60南海海域的南海海域的C曲线曲线61 实例：实例：“南海奋进南海奋进”号号FPSO (台风条件台风条件)单单 位位最大波浪弯矩最大波浪弯矩（（10-8.7超越概率）超越概率）（（kN-m））最大静水弯矩最大静水弯矩（（kN-m））七七0八研究所八研究所6.00×106（预估）（预估）4.20×106（预估）（预估）上海交通大学上海交通大学5.87×106法国船极社法国船极社6.07×106挪威挪威APL公司公司5.24×1066263剪力流计算64水动力分析方法水动力分析方法v软软件件分分析析—WADAM(DNV), HYDROSTAR(BV), MASHIMO(挪挪威威海海洋洋工程技术大学）工程技术大学）v模型试验模型试验v型船比较型船比较6566676869707172737475767778 6 火炬塔设计火炬塔设计确定火炬塔尺度及形式确定火炬塔尺度及形式v火炬塔距甲板高度火炬塔距甲板高度v直立形式、斜伸形式直立形式、斜伸形式v三角形式、四边形式三角形式、四边形式v钢管尺寸钢管尺寸798081火炬塔结构分析软件火炬塔结构分析软件:　　SESAM(DnV)　　STRU CAD*3D (American)需要的资料：需要的资料：　　结构图结构图　　海况资料（风速）　　海况资料（风速） 82设计载荷设计载荷　　构件自重　　船舶运动引起的惯性载荷　　风压（ API RP 2A — WSD）83载荷合成载荷合成  纵摇升沉横摇风载1   02  0.5  0.5  0.5  603   904 0.5  0.5   24084计算结果计算结果v 轴向应力轴向应力v 屈曲应力屈曲应力v 弯曲应力弯曲应力v 扭转应力扭转应力v 复合应力复合应力v 冲剪应力冲剪应力其中，冲剪应力（其中，冲剪应力（Punching shear））的标准小于的标准小于185•火炬塔结构的有限元分析火炬塔结构的有限元分析•疲劳计算疲劳计算•吊装分析吊装分析•火炬塔下加强结构校核火炬塔下加强结构校核v  火炬塔结构分析火炬塔结构分析86 7 船体结构有限元分析船体结构有限元分析v货舱段结构有限元分析货舱段结构有限元分析v直升机平台有限元分析直升机平台有限元分析v加强结构有限元分析加强结构有限元分析87•水平桁趾端疲劳计算水平桁趾端疲劳计算•垂直桁趾端疲劳计算垂直桁趾端疲劳计算•纵骨节点疲劳计算纵骨节点疲劳计算•单点系统与船体连接处疲劳计算单点系统与船体连接处疲劳计算v 疲劳分析疲劳分析88 8 结构加强及基座设计结构加强及基座设计•工艺模块支墩下甲板加强工艺模块支墩下甲板加强•火炬塔下甲板加强火炬塔下甲板加强•单点系统与船体连接处加强单点系统与船体连接处加强•克令吊下甲板加强克令吊下甲板加强•外输装置下甲板加强外输装置下甲板加强•系泊系统下甲板加强系泊系统下甲板加强v   结构加强结构加强89•专用压载泵基座专用压载泵基座•货油泵基座货油泵基座•扫舱泵基座扫舱泵基座•直升机加油装置基座直升机加油装置基座•洗舱泵基座洗舱泵基座•洗舱加热器基座洗舱加热器基座v   基座基座90•消防泵基座消防泵基座•海水泵基座海水泵基座•应急发电机基座应急发电机基座•锚机基座锚机基座•尾部系泊铰车基座尾部系泊铰车基座 •液压泵组基座液压泵组基座 91•计算•由螺孔直径决定（面板、腹板、肘板）v 基座设计原则92谢谢谢谢 谢！谢！谢！谢！93。