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[转载]“深海一号”系列报道--“深海一号”的系泊系统

2年前浏览2427
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春风吹,风筝来。

4月的公园里,布满了随风摇曳的风筝。

从海底往海面看,我们的“深海一号”能源站是不是也像是一个巨型的大风筝呢?

唯一不同的是,牵动风筝的是一根线,而牵着深海一号的是16根线。

这16根线,这头牵的是“深海一号”能源站,那头牵的是16个160吨的海底的锚。

四两拨千斤的16个锚

“深海一号”能源站是一个排水量10多万吨的庞然大物,依靠16个160吨的深水系泊锚桩基础进行固定,可谓“四两拨千斤”。锚基础直径为2.1336m,长68.5m,是我国首次使用系泊受拉打入式锚桩基础。

锚桩基础(以承受斜向拉力为主,需进行反悬链分析)与导管架深桩基础(以承受竖向压力为主,无需进行反悬链分析)相比,设计难度大;与吸力锚基础相比,适用的地质条件更为广泛,提供的“抓力”更大。“深海一号”能源站大风筝要在既定海域定位,就必须牢牢地握着那16根线,牢牢抓着这16个锚。研究总院技术人员从地质条件、受力条件以及安全性和稳定性等多角度综合考虑,对基础型式进行了详细地比选,最终选定了锚桩型式并确定了其参数。锚桩基础作为“深海一号”能源站大风筝的小底座,将保证它永远安身在“深海一号”大气田。

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“深海一号”能源站采用的锚桩基础

中国最结实的绳索在这里!

研究总院浮体工程师们每天研究的对象都有什么?绳索就是其中主要的一个。

他们对“深海一号”能源站花了很多的功夫,给它配上了16根中国最结实的“绳”——每根系泊缆由顶锚链、上聚酯缆、下聚酯缆、底部锚链构成。锚链直径157mm、重493kg/m,聚酯缆直径274mm、重52.5kg/m。系泊缆最大可承受2200吨的张力,可谓是世界上屈指可数的最结实的绳子了。

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“深海一号”能源站采用的锚链

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“深海一号”能源站采用的聚酯缆

造价和安全性平衡的艺术

对于排水量10万吨的“深海一号”能源站,采用数量越多的系泊缆定位,安全性能越高。

但工程设计是造价和安全性平衡的艺术。

研究总院浮体工程师们采用数值模拟的手段,复现了在波涛汹涌的海洋中系泊情况下的“深海一号”能源站的运动性能,科学预报了其低频运动摇摆特性,并计算出系泊缆的受力。通过数百个工况模拟,最终锁定了16根系泊缆的定位方案,可以在安全性和经济性之间取得了巧妙的平衡。

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“深海一号”能源站系泊系统计算三维模型

为了准确模拟“深海一号”能源站在大海中的受力,技术人员按照一定的比例制作了缩比模型,将它放到风洞中享受“飞机”的待遇,测试所受的风力和流力。放在水池中,测试波浪作用下真实的运动特性。工程师们从缩小版的“深海一号”中,提取实验数据,并移植到计算模型中,以确保平台运动特性分析结果和系泊方****性和可靠性。

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“深海一号”能源站风洞试验缩比模型

国产化的第一步!

世界上最结实的绳子,中国企业可以自己生产吗?

“深海一号”能源站的第15号系泊缆,首次采用了国产聚酯缆。在国家倡导关键技术关键产品上国产替代的大背景下,响应国家在关键领域突破“卡脖子”技术的号召,设计团队对厂家的技术、设备、生产线做了周密的现场调研后,帮助厂家提高技术能力和测试水平,经过双方紧密配合,成功将单根国产聚酯缆应用于“深海一号”能源站的系泊系统中,实现了聚酯缆国产化“从零到一”的突破,为日后聚酯缆永久系泊系统全面国产替代打下了坚实的基础。

南中国海最“稳”的平台!

下面看看我们的平台有多稳吧。

“深海一号”能源站在13.4m的波高下的最大垂荡幅值为4.9m、最大摇摆幅值为9.2度。在16.9m的波高下,最大垂荡幅值为6.4m,最大摇摆幅值为11.9度。

优良的运动性能,让“深海一号”能源站成为了南中国海中浮式系统中的优等生。在操作条件下,其升沉运动约为“南海挑战号”的50%以及FPSO的1/4。在极端条件下,百年一遇的横摇运动为4度左右,约为FPSO运动幅值的1/4,升沉运动约为FPSO的1/3。这是工程师们做了无数版平台主尺度方案优化的结果。

浮筒长宽比、立柱跨距和高度,甚至浮筒和立柱的不同组合方式,有无数个可能。

半潜式生产平台立柱储油的特殊性,使得立柱没有多余的空间进行等高度重量置换,重心时高时低导致的摇摆周期变化,更加大了平台运动的复杂性。

研究总院设计团队深入研究二阶摇摆运动机理,采用自行研发的主尺度设计技术生成数百个主尺度参数方案,依托扁平环形浮箱和立柱参数优化方法,在不增加平台投资的前提下,最终形成了加**浪激励和粘性阻尼的尺度方案,成功保证了平台的“稳”。

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不仅稳,而且还高呢!

“深海一号”能源站上布置了很多工艺设备,如果设备被波浪拍击,将严重影响这些工艺设备的运转。

为了让这些设备有更好的“工作环境”,研究总院设计团队通过上浪分析将“深海一号”能源站的立柱定确定为59米,最大吃水时立柱顶部距离水面为22米,工艺甲板最底层距离水面为23.5米,相当于7层楼这么高。因此,不管多大的浪——包括千年一遇,都可以保证工艺甲板上没有波浪拍击。

又稳又高,说的就是我们“深海一号”能源站。

锚机——幕后的“抓手”

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小伙伴们小时候放风筝时应该都有被风筝线割破手的经历吧,小小风筝尚且需要风筝轮来辅助收放风筝线,更何况重达300吨每根的系泊缆了。

“深海一号”能源站上对16根系泊缆的收放,靠的则是16组由锚机和导缆器组成的好搭档完成的。

锚机通常位于平台甲板的边缘,如同风筝轮一样,通过滚动的形式将“风筝线”收紧到合适的长度,是一双控制系泊力的幕后“抓手”。

当然,靠人力生拉硬拽是拽不动的,需要借助液压马达或者油缸来提供提拉动力。导缆器通常固定于水面附近的平台船侧壁上,顾名思义,就是将系泊缆“捋顺”,使其能以合适的角度进入锚机,而不至于从锚机上脱落或者打滑的机器。

锚机的造价很高,和一个油气田的“心脏”——电站造价相当,光从价格匹配度上就可以看出它的重要性啦

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理论科普材料
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首次发布时间:2021-04-07
最近编辑:2年前
高巍
硕士 | 资深浮体工程... 资深海洋工程浮体工程师
获赞 44粉丝 480文章 48课程 5
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未登录
1条评论
海工人
签名征集中
8月前
你好,锚机用的哪家的可以透露吗?
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