CN110095301B - 一种模拟极端海况下fpso上部模块模型试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法，它主要由FPSO上部模块整体模型、电动六自由度平台、控制系统操作台、测试系统工作台、运动监测平台、支撑平台、防护栅栏、电阻式应变片、加速度传感器、静态应变、动态信号测试分析系统和计算机软件系统组成；所述电阻式应变片和加速度传感器布置在FPSO上部模块模型关键部位，所述静态应变测试分析系统和动态信号测试分析系统分别于连接电阻式应变片和加速度传感器连接，所述计算机安装静态应变、动态信号测试分析系统软件，连接静态应变测试分析系统和动态信号测试分析系统，采集和处理测试数据，本发明FPSO上部模块整体动态力学试验方法适用范围广，高效率低成本，试验精度较高。

Description

一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法

技术领域

本发明涉及一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法，属于海洋平台试验技术领域。

背景技术

浮式生产储油卸油系统(FPSO)是油气生产、储存及外输于一体模块化高度集成的高端海洋工程装备，被称为“海上石油工厂”，与其他形式石油生产平台相比，FPSO具有抗风浪能力强，适应水深范围广，储/卸油能力大，以及可转移、重复使用的优点。

随着海上油气需求的增加，海洋油气勘探开发朝向深海、超深海海域和边际油田发展，FPSO长期系泊定位于海上油田，要求能够抵御各种复杂、恶劣的海况。上部模块作为FPSO关键核心技术装备，其中模块支墩是FPSO上部模块与主甲板的关键支撑连接结构，不仅承受上部模块巨大的重力，还承受着变化的风、浪、流和液货等载荷作用引起的巨大惯性力，一旦模块支墩结构发生失效破坏，将导致FPSO上部模块整体倾覆，严重威胁海上油气生产安全。

目前，在海洋工程模型试验中，为了测试FPSO上部模块在极端海况条件下的动态力学规律，仅开展理论分析和有限元仿真分析研究，所掌握的结果和结论依据不够充分，需要与试验结果相互验证，若是现场试验影响生产安全，试验周期长、成本较高，试验海况条件受限制，为FPSO上部模块设计、建造、安装提供指导意见不够完善。

根据海洋环境分析，设计了本试验平台满足模拟极端海况条件下FPSO运动响应规律，同时减小了外界干扰、降低了振动和噪声影响、提高了安全稳定性，从而达到减小试验误差效果；设计制作了试验模型结构形式符合工程实际，满足局部与整体多方面研究，可研性较强；调节FPSO上部模块工况条件，设置输入极端海况参数条件，开展空载、半载和满载工况条件下不同极端海况升沉、纵摇、横摇和复合运动条件下的FPSO上部模块模型试验，该方法能够模拟FPSO上部模块极端海况和工况条件，测试数据精度较高，满足试验要求和目的。据此提出的FPSO上部模块模型试验方法主要用于海洋工程FPSO上部模块整体结构动态力学分析研究。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有存在的上述缺点，而提供一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法。

为实现其目的，本发明所采用的技术方案是：

一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法，所述试验装置是由FPSO上部模块整体模型、电动六自由度平台、控制系统操作台、测试系统工作台、运动监控平台、支撑平台和防护栅栏组成，所述FPSO上部模块整体模型，由甲板、模块支墩、模块甲板、管线及动静设备构成，其中蝶阀和截止阀截流连接容器出口为了截流和排放介质，其中封头法兰与容器入口螺栓连接是防止运动过程中介质晃荡飞溅，所述电阻式应变片和加速度传感器布置在FPSO上部模块整体模型关键部位，所述静态应变测试分析系统和动态信号测试分析系统分别于连接电阻式应变片和加速度传感器连接，所述计算机安装静态应变、动态信号测试分析系统软件，连接静态应变测试分析系统和动态信号测试分析系统，采集和处理测试数据，所述FPSO上部模块整动态力学试验方法包括：

(a)设计制作缩尺比为1:10的FPSO上部模块试验模型；

(b)将试验模型安装在六自由度平台，模型与方钢矩形平台螺栓连接固定；

(c)标记模型关键测试点，粘贴电阻式应变片和加速度传感器，连接测试点位传感器导线、调试静态应变测试分析系统和动态信号测试分析系统，并接入计算机软件系统；

(d)调节FPSO上部模块工况条件，向原油处理器和原油储罐加注液体，启动输送泵电机；

(e)开启测试分析系统和监控系统，启动计算机中静态应变、动态信号测试分析系统软件采样；

(f)启动电动六自由度平台电源，打开数据输入界面控制系统和数据输出界面反馈系统，输入模拟极端海况参数，观察稳定运行多个周期；

(g)停止电动六自由度平台运动，关闭输送泵，暂停测试系统并保存所有测试数据；

(h)开始下一组测试，开展空载、半载和满载工况条件下不同极端海况升沉、纵摇、横摇和复合运动条件下的FPSO上部模块动态力学试验，调节容器液位和输送泵启停，设置输入极端海况参数条件，直到所有工况海况条件下测试完毕，保存导出试验测试结果和反馈系统运动数据以及监控系统数据，关闭所有仪器设备，关闭输送泵和排空容器介质。

与已有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用相似理论设计FPSO上部模块试验缩尺比模型，集多种动静设备于一体，同时开展多因素条件下模块整体动态力学试验，减小试验误差和降低试验成本。

2、电动六自由度平台模拟海况范围广，FPSO上部模块工况海况较为完整，满足较高的极端海况FPSO上部模块试验要求。

3、电阻式应变片和加速度传感器工作环境适应性较强，温度、湿度补偿提高测试精度，信号测试分析系统测试通道多、效率高。

4、静态应变、动态信号测试分析系统精度高、灵敏度强、测试范围广。

5、静态应变、动态信号测试分析系统软件有线同步采样，采样精度高、数据量可控、同步处理速率快，可视化数据图像便于分析预判试验结果。

附图说明

图1是本发明一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验装置的模型整体示意图。

图2是本发明一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验装置的试验平台示意图。

图3是本发明一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验装置整体结构示意图。

图4是本发明一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法，下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法，主要由甲板1、模块支墩2、模块甲板3、原油处理器4、原油储罐5、输送泵6、管线7、管支架8、蝶阀9、截止阀10、封头法兰11、方钢矩形平台12、电动缸13、位移传感器14、电机15、双虎克铰16、数据输入界面17、数据输出界面18、线缆19、支撑平台20、防护栅栏21、FPSO上部模块整体模型22、电动六自由度平台23、控制系统操作台24、测试系统工作台25、运动监控平台26、电阻式应变片27、加速度传感器28、静态应变测试分析系统29、动态信号测试分析系统30和计算机软件系统31组成。

所述FPSO上部模块试验模型依据相似理论设计制作缩尺比为1:10的试验模型，甲板1采用钢板焊接成型，模块支墩2三行两列布置与甲板1焊接固定，模块支墩2焊接固定于模块甲板3支撑上部模块动静设备，原油处理器4由罐体、卧式鞍座和撬板焊接组成，筒体开有介质进出口和封头开孔，卧式原油储罐由罐体、卧式鞍座和撬板焊接组成，开有介质进出口，输送泵6由泵体、电机和撬座螺栓连接组成，原油处理器4、卧式原油储罐和输送泵6撬板与模块甲板螺栓连接固定；原油处理器4出口与输送泵6入口管线连接，管线进出口之间设有蝶阀9截流，管支架8螺栓固定于模块甲板用于支撑管线7，截止阀10连接容器罐体出口排放介质改变液位，封头法兰11采用螺栓连接容器入口防止介质在试验晃荡过程中飞溅，构成FPSO上部模块模型。

所述电动六自由度平台系统根据试验条件、模型大小设计制作而成，方钢矩形平台12呈十字纵横排列交叉焊接，位移传感器14固定在电动缸13检测传动位移大小，电机15连接电动缸13驱动平台运动，电动缸13两端与上下平台采用双虎克铰16支撑连接，数据输入界面17与数据输出界面18集成于同一操作台，通过线缆19控制平台运动和监测运动状态，支撑平台20作为底端平台支撑整个平台和模型，防护栅栏21组合环绕销接与支撑平台20四周起保护作用，构成电动六自由度平台。

所述FPSO上部模块整体模型22置于电动六自由度平台23上下螺栓固定连接，控制系统操作台24、测试系统工作台25和运动监控平台26布置在电动六自由度平台23前方和侧方位，便于控制，检测和观察。电阻式应变片27粘贴在模块支墩2、模块甲板3、原油处理器4、原油储罐5、输送泵6和管线7关键部位；加速度传感器28粘贴在模块甲板3、原油处理器4和管线7，电阻式应变片27用导线连接到静态应变测试分析系统29通道接口，加速度传感器28用导线连接动态信号测试分析系统30信号接口，静态应变测试分析系统29和动态信号测试分析系统30连接到计算机软件系统31，完成试验模型设备安装、导线连接和测试仪器设备调试。

如图4所示，所述FPSO上部模块整体动态力学试验步骤为调节FPSO上部模块工况条件，向原油处理器4和原油储罐5加注液体，启动输送泵6；开启静态应变测试分析系统29、动态信号测试分析系统30和运动监控平台26监控系统，启动计算机中静态应变、动态信号测试分析系统软件31采样；启动电动六自由度平台23电源，打开数据输入界面17控制系统和数据输出界面18反馈系统，输入模拟极端海况参数，观察稳定运行多个周期；停止电动六自由度平台运动，关闭输送泵，暂停测试系统并保存测试数据；开始下一组测试，开展空载、半载和满载工况条件下不同极端海况升沉、纵摇、横摇和复合运动条件下的FPSO上部模块动态力学试验，调节容器液位和输送泵启停，输入设置极端海况参数条件，直到所有工况海况条件下测试完毕，保存导出试验测试结果和反馈系统运动数据以及监控系统数据，关闭所有仪器设备，关闭输送泵和排空容器介质。

对于极端海况条件下FPSO上部模块模型试验方法，试验测试过程需要注意关键测试点选择，测试元件粘贴牢固不影响数据信号采集，避免外界振动干扰提高试验精度；同时需要测试六自由度平台运控开始、稳定和停止整个过程，每组试验时间不宜过短也不可太长，保证测试数据具有的完整性和规律性，所以该试验模型和试验装置分析研究中在一定程度上具有可靠性、真实性，能够作为依据定性或定量验证其他结果。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，本领域技术人员基于本发明的模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种模拟极端海况下FPSO上部模块模型试验方法，主要由甲板(1)、模块支墩(2)、模块甲板(3)、原油处理器(4)、原油储罐(5)、输送泵(6)、管线(7)、管支架(8)、蝶阀(9)、截止阀(10)、封头法兰(11)、方钢矩形平台(12)、电动缸(13)、位移传感器(14)、电机(15)、双虎克铰(16)、数据输入界面(17)、数据输出界面(18)、线缆(19)、支撑平台(20)、防护栅栏(21)、FPSO上部模块整体模型(22)、电动六自由度平台(23)、控制系统操作台(24)、测试系统工作台(25)、运动监控平台(26)、电阻式应变片(27)、加速度传感器(28)、静态应变测试分析系统(29)、动态信号测试分析系统(30)和计算机软件系统(31)组成；

FPSO上部模块整体模型置于电动六自由度平台上下螺栓固定连接，控制系统操作台、测试系统工作台和运动监控平台布置在电动六自由度平台前方和侧方位，便于控制，检测和观察；电阻式应变片粘贴在模块支墩、模块甲板、原油处理器、原油储罐、输送泵和管线关键部位；加速度传感器粘贴在模块甲板、原油处理器和管线，电阻式应变片用导线连接到静态应变测试分析系统通道接口，加速度传感器用导线连接动态信号测试分析系统信号接口，静态应变测试分析系统和动态信号测试分析系统连接到计算机软件系统，完成试验模型设备安装、导线连接和测试仪器设备调试；

调节FPSO上部模块工况条件，向原油处理器和原油储罐加注液体，启动输送泵；开启静态应变测试分析系统、动态信号测试分析系统和运动监控平台监控系统，启动计算机中静态应变、动态信号测试分析系统软件采样；启动电动六自由度平台电源，打开数据输入界面控制系统和数据输出界面反馈系统，输入模拟极端海况参数，观察稳定运行多个周期；停止电动六自由度平台运动，关闭输送泵，暂停测试系统并保存测试数据；开始下一组测试，开展空载、半载和满载工况条件下不同极端海况升沉、纵摇、横摇和复合运动条件下的FPSO上部模块动态力学试验，调节容器液位和输送泵启停，输入设置极端海况参数条件，直到所有工况海况条件下测试完毕，保存导出试验测试结果和反馈系统运动数据以及监控系统数据，关闭所有仪器设备，关闭输送泵和排空容器介质。

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