CN116380177B - 一种海洋石油fpso全船监控系统 - Google Patents
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Abstract
一种海洋石油FPSO全船监控系统，包括监测子系统和控制中心；监测子系统包括风速风向测量子系统、FPSO运动和位置测量子系统、系泊受力测量子系统和甲板上的浪测量子系统；甲板上的浪测量子系统包括浪袭防护装置，包括气囊装置、高压风机和多个高压气枪，气囊装置由多个气囊和管道组成，气囊安固定于船壳外表面，气囊经由管道连接至高压风机和高压气枪，高压风机向气囊充气或抽取气囊中的气体；高压风机和高压气枪设有与控制中心信号连接的电磁开关；多个高压气枪安装于上层建筑设备的框架，形成朝向海浪的防护气枪组。本发明能够对全船进行全面的监测，实现对海浪袭击时降低建筑和设备损坏的防护。
Description
技术领域
本发明涉及一种监控技术，尤其是涉及一种海洋石油FPSO全船监控系统。
背景技术
FPSO的全称是浮式生产储油船，是一种将石油生产、储存和运输集于一体的海洋石油生产设施。FPSO通常由一个或多个油气生产平台、一个或多个储油舱、处理设备、出油管道和锚泊系统等组成，可以在海上独立作业，不需要固定在海底或岸边。FPSO监测是指对浮式生产储油船（FPSO）进行实时、准确的监测和分析，以确保其安全运行和生产效率。FPSO监测涉及到对FPSO结构、船体、锚泊系统、生产设备和管道等各方面进行监测和分析，以及对环境因素如海况、风力、海流等进行监测和预测。通过对FPSO的监测，可以及时发现并解决可能存在的问题，确保FPSO的安全运行和生产效率。
通常FPSO船艏甲板上还布置有许多重要的油气生产和处理设备，甲板上浪会形成巨大的冲击载荷，使甲板上布置的设施及系泊结构等受到损坏，从而需要花费巨资、甚至需要停产来进行维修。而FPSO对甲板上的浪的监测是对甲板上的上层建筑设备的必要的监测内容，然而现有的船舶监测系统对海浪的监测并没有起到真正的保护甲板上的上层建筑和设备的效果，因此，在大型船舶和大型的海上平台上，对于海浪上甲板后的监控防护有待进一步的提高。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种海洋石油FPSO全船监控系统，能够对FPSO进行全面的监测，并且实现对海浪袭击时降低建筑和设备损坏的防护。
本发明的技术解决方案是：
一种海洋石油FPSO全船监控系统，其中，包括监测子系统和控制中心；所述控制中心设置于FPSO的中控室，用以获取各个监测子系统的数据信息，根据数据信息的分析进行发出警报信号动作、数据存储和数据传输；
所述监测子系统包括风速风向测量子系统、FPSO运动和位置测量子系统、系泊受力测量子系统和甲板上的浪测量子系统；
所述风速风向测量子系统包括安装在FPSO上的风速风向测量设备，所述风速风向测量设备为机械师或超声式风速风向仪，所述风速风向测量设备与所述控制中心信号连接；
所述FPSO运动和位置测量子系统，包括设置于FPSO上的惯性测量单元模块和GPS模块，用以对FPSO船体六自由度运动进行监测；
所述系泊受力测量子系统，用以根据系泊力的数据库和单点WGS84坐标，通过系泊计算软件Ariane，获得实时的止链器处的系泊力；
所述甲板上的浪测量子系统，包括设置于甲板上的上层建筑设备上的摄像头，所述摄像头经由线缆连接至所述控制中心，所述控制中心采集所述摄像头的图像监测数据，根据监测数据判断浪袭等级，根据浪袭等级发送浪袭报警信号；
所述甲板上的浪测量子系统包括浪袭防护装置，包括气囊装置、高压风机和多个高压气枪，所述气囊装置由多个气囊和管道组成，所述气囊安固定于FPSO的船壳外表面，所述气囊经由管道分别连接至设置于FPSO上的高压风机和高压气枪上，所述高压风机用以向所述气囊充气或抽取气囊中的气体；所述高压风机和高压气枪设有与所述控制中心信号连接的电磁开关；多个所述高压气枪分别安装于甲板的上层建筑设备的框架上，形成朝向海浪袭来方向上的防护气枪组。
如上所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其中，
所述FPSO运动和位置测量子系统，包括设置于FPSO上的惯性测量单元模块和GPS模块，所述GPS模块的包括至少两个天线，分别安装于FPSO首尾两侧的高处位置，用以对FPSO船体六自由度运动进行监测，包括三个方向的平动和绕三个周的转动；所述惯性测量单元模块和GPS模块分别与所述控制中心信号连接。
如上所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其中， 所述惯性测量单元模块和GPS模块与卡尔曼滤波器组成GPS/IMU组合系统模块，两个所述天线的连线与所述FPSO的中轴线重合或平行；将经由GPS模块获得的伪距和伪距速率数据连同惯性测量单元模块获得的位置、速度和姿态数据输入至所述卡尔曼滤波器中，获得位置、速度和姿态数据的输出数据。
如上所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其中，所述系泊受力测量子系统，设有由系泊计算软件Ariane建立的FPSO单点位移对应系泊力的数据库，所述数据库记录了单点沿水平及垂直方向的最大运动位移和锚链的止链器处对应的系泊力的数据；所述系泊受力测量子系统采集GPS模块测得的单点WGS84坐标，转换为系泊计算软件Ariane的UTM坐标，采用数据库的插值计算，获得实时的止链器处的系泊力。
如上所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其中，获得实时的止链器处的系泊力后，通过悬链线定理，获得到各条锚链的系泊力及锚链线型分布数据；
各锚链的张力分布由以下公式计算：
T(x) = T0 cosh((L-x)/c)
其中，T(x)表示锚链在距离锚点x处的张力，T0表示锚链末端的张力，c表示锚链的常数，L表示锚链的长度。
如上所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其中，所述高压气枪的底部经由转向底座安装于所述框架上，所述转向底座为万向转向底座，其与所述控制中心信号连接；所述控制中心根据图像监测数据判断浪袭方位，向指定位置的高压气枪的电磁开关发出开启或关闭的控制信号。
如上所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其中，多个所述气囊分别单独连接一个或指定数量的所述高压气枪，或者多个所述气囊连接至一母管道，所述母管道分别与各个所述高压气枪连接；所述高压气枪的电磁开关为一双控电磁开关，包括信号控制开关和过压自动开启开关的组合。
如上所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其中，所述气囊装置上设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制中心信号连接，所述控制中心根据所述压力传感器的实时检测数据，分析获得瞬时冲击压力数据，当瞬时冲击压力数据大于设定值时，向所述高压气枪的电磁开关发出开启控制信号，对应的所述高压气枪喷射高压气体。
如上所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其中，所述高压气枪在甲板上的上层建筑设备的框架上为沿FPSO的中轴线对称分布的，当中轴线第一侧的高压气枪执行喷射的同时，所述控制中心控制与第一侧的高压气枪位置对称的第二侧的高压气枪转动至与第一侧高压气枪相反的喷射方向，并执行高压气体喷射。
由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：
本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，设有监测子系统和控制中心；监测子系统包括风速风向测量子系统、FPSO运动和位置测量子系统、系泊受力测量子系统和甲板上的浪测量子系统。通过各个子系统的测量，可以准确地获知FPSO的包括风速和风向、单点中心位置、船首甲板上的浪的环境数据，FPSO位置和六自由度运动数据，以及单点系泊力数据等内容，通过控制中心进行存储和记录，并向外部数据中心传输，提高了对FPSO的监测和控制的精准度，提高了FPSO在海洋上作业的安全性，更有利于FPSO长期稳定的作业，保障了海上动态石油平台的经济效益。同时，本发明还提出了浪袭防护装置的技术内容，通过在上层建筑设备的框架上设置浪袭防护装置，能够有效地减轻遇到的风浪对甲板上的建筑和设备的破坏，有效地降低了因风浪导致的船体和设备的损坏程度，更好地延长了FPSO船体的安全稳定的使用状态时间，提高了FPSO的经济效益。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的海洋石油FPSO全船监控系统的示意图；
图2为为FPSO船体六自由度运动的说明示意图；
图3为本发明的较佳实施例的GPS/IMU组合系统模块结构图示意图；
图4为海浪袭击船体时甲板上浪的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明提出的一种海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，请参照图1所示，本发明的海洋石油FPSO全船监控系统包括监测子系统和控制中心；所述控制中心设置于FPSO的中控室，用以获取各个监测子系统的数据信息，根据数据信息的分析进行发出警报信号动作、数据存储和数据传输；所述监测子系统包括风速风向测量子系统、FPSO运动和位置测量子系统、系泊受力测量子系统和甲板上的浪测量子系统。
所述风速风向测量子系统包括安装在FPSO上的风速风向测量设备，所述风速风向测量设备为机械师或超声式风速风向仪，所述风速风向测量设备与所述控制中心信号连接。
风荷载是海洋环境荷载的重要组成部分，对FPSO船体运动性能与结构响应有重要影响。机械风速风向仪包括风杯式和螺旋桨式等形式，通过风速与风速仪转动元件转速成正比，采用光电转换、电位计式、磁感式等形式机械信号转换成电信号。风向采用格雷码盘、红外光电管等器件，当风向随着气流的运动而转动时，风向轴带动格雷码盘与风向标同时转动，从而输出对应格雷码信号，将机械信号转换成电信号。另外一种是超声风速风向仪利用超声波时差法来实现风速的测量，声音在空气中传播速度会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，它的流速会变慢。因此超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，通过计算即可得到精确的风速和风向。
较佳的，根据风速仪采样频率和统计方法的不同，实时采集的风速风向特征数据包括：
每秒瞬时风速和风向、三秒钟阵风风速和风向、一分钟平均风速和风向、十分钟平均风速和风向、一小时平均风速和风向的多种方式的其中一种或组合来执行。
测定风向的仪器有适当的高度即可，避免突出障碍物对结果的影响。根据风速随高度的变化情况以及为了观测和维护的方便，测风速仪器安装高度较佳的是在10~20米之间，并要求安装场地尽量开阔空旷，使之不受气流涡旋地影响；例如，风速风向仪安装在FPSO主桅杆或者直升机甲板后侧空旷处。
所述FPSO运动和位置测量子系统，包括设置于FPSO上的惯性测量单元模块和GPS模块，用以对FPSO船体六自由度运动进行监测。
所述系泊受力测量子系统，用以根据系泊力的数据库和单点WGS84坐标，通过系泊计算软件Ariane，获得实时的止链器处的系泊力。
所述甲板上的浪测量子系统，包括设置于甲板上的上层建筑设备上的摄像头，所述摄像头经由线缆连接至所述控制中心，所述控制中心采集所述摄像头的图像监测数据，根据监测数据判断浪袭等级，根据浪袭等级发送浪袭报警信号。
所述甲板上的浪测量子系统包括浪袭防护装置，包括气囊装置、高压风机和多个高压气枪，所述气囊装置由多个气囊和管道组成，所述气囊安固定于FPSO的船壳外表面，所述气囊经由管道分别连接至设置于FPSO上的高压风机和高压气枪上，所述高压风机用以向所述气囊充气或抽取气囊中的气体；所述高压风机和高压气枪设有与所述控制中心信号连接的电磁开关；多个所述高压气枪分别安装于甲板的上层建筑设备的框架上，形成朝向海浪袭来方向上的防护气枪组。
如上所述，本发明通过所述浪袭防护装置能够在风浪翻上甲板上时，喷射高压气体，一定程度上打散直接袭来的海浪，减轻海浪对建筑和设备的冲击力，有效地降低风浪卷上甲板后，对上层建筑和设备的破坏程度，更好地保护了FPSO的船体和设备安全。
如上所述的本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，所述FPSO运动和位置测量子系统，包括设置于FPSO上的惯性测量单元模块和GPS模块，所述GPS模块的包括至少两个天线，分别安装于FPSO首尾两侧的高处位置，用以对FPSO船体六自由度运动进行监测，包括三个方向的平动和绕三个周的转动；所述惯性测量单元模块和GPS模块分别与所述控制中心信号连接。较佳的，FPSO船体运动测量是整个监测系统重要的组成部分，对确定与其连接的立管、系泊系统的运动和受力有重要作用。在风、浪、海流环境作用下，FPSO将产生六自由度运动，即三个方向的平动（横荡sway、纵荡surge和垂荡heave）和绕三个轴的转动（横摇roll、纵摇pitch和艏摇yaw），如图2所示，为FPSO船体六自由度运动的说明图。本发明采用的是惯性测量单元模块（Inertial Measurement Unit，IMU惯性测量单元）和GPS模块的组合进行监测，使的FPSO运动和位置数据测量更加准确。
如上所述的本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，所述惯性测量单元模块和GPS模块与卡尔曼滤波器组成GPS/IMU组合系统模块，两个所述天线的连线与所述FPSO的中轴线重合或平行；将经由GPS模块获得的伪距和伪距速率数据连同惯性测量单元模块获得的位置、速度和姿态数据输入至所述卡尔曼滤波器中，获得位置、速度和姿态数据的输出数据。参照图3所示，为较佳实施例的GPS/IMU组合系统模块结构图；较佳的，GPS/IMU组合系统模块利用适当的时标，将原始伪距离和伪距速率以及IMU得到的数据都输入到GPS-IMU组合导航滤波器（卡尔曼滤波器）中，可获得明显提高的测量精度。组合导航滤波器估算IMU的位置和速度误差以及各惯性元器件误差，如IMU对准误差和陀螺漂移偏置等，利用这些误差估计值定期修正IMU的计算算法，并提供连续的位置、速度和姿态测量值。通过将卫星定位测量技术（GPS）和惯性测量技术（IMU）结合，可以弥补单一系统的不足，并且可以用更低的成本获得更高的测量精度。
如上所述的本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，所述系泊受力测量子系统，设有由系泊计算软件Ariane建立的FPSO单点位移对应系泊力的数据库，所述数据库记录了单点沿水平及垂直方向的最大运动位移和锚链的止链器处对应的系泊力的数据；所述系泊受力测量子系统采集GPS模块测得的单点WGS84坐标，转换为系泊计算软件Ariane的UTM坐标，采用数据库的插值计算，获得实时的止链器处的系泊力。
如上所述的本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，在获得实时的止链器处的系泊力后，通过悬链线定理，获得到各条锚链的系泊力及锚链线型分布数据；
各锚链的张力分布由以下公式计算：
T(x) = T0 cosh((L-x)/c)
其中，T(x)表示锚链在距离锚点x处的张力，T0表示锚链末端的张力，c表示锚链的常数，L表示锚链的长度。通过上述公式计算得到的系泊力可以用于评估FPSO的稳定性和安全性。
较佳的，上述公式是经由以下步骤获得：
1、根据实时测得的FPSO单点坐标和数据库中的水平和垂向位移数据，插值计算得到实时的止链器处系泊力；
2、根据计算得到的实时系泊力，使用公式 F = M × a，计算出FPSO的加速度a。
3、根据实际锚链线型和布置情况，计算出每条锚链的长度L、横截面积A和密度ρ。
4、根据公式 T = ρ × g × A × L，计算出每条锚链的张力T。
较佳的，根据悬链线定理公式 T(x) = T0 cosh((L-x)/c)，计算出各个距离锚点x处的锚链张力T(x)。下面以一个例子说明：
设有一艘FPSO，共有4条锚链，锚链长度L1、L2、L3、L4分别为100m，110m，120m和130m，锚链横截面积A为0.1平方米，密度ρ为7800千克/立方米，锚链的常数c为5m，FPSO的质量为M为1000吨，加速度为a为0.1m/s2，重力加速度g为9.81m/s2，则可以按以下步骤计算各条锚链的系泊力和锚链线型分布：
根据实时测得的FPSO单点坐标和数据库中的水平和垂向位移数据，插值计算得到实时的止链器处系泊力，假设为F=1000kN。
根据计算得到的实时系泊力，使用公式 F = M × a，计算出FPSO的加速度a，a=0.1m/ s2。
根据实际锚链线型和布置情况，计算出每条锚链的长度L、横截面积A和密度ρ，数据如下所示：
锚链编号 | 长度L（m） | 横截面积A（平方米） | 密度ρ（千克/立方米）
1 | 100 | 0.1 | 7800
2 | 110 | 0.1 | 7800
3 | 120 | 0.1 | 7800
4 | 130 | 0.1 | 7800
根据公式 T = ρ × g × A × L，计算出每条锚链的张力T，数据如下所示：
锚链编号 | 张力T（kN）
1 | 764.4
2 | 840.8
3 | 917.2
4 | 993.6
根据悬链线定理公式 T(x) = T0 cosh((L-x)/c)，计算出各个距离锚点x处的锚链张力T(x)，数据如下所示：
距离锚点x（m） | 锚链1 | 锚链2 | 锚链3 | 锚链4
0 | 764.4 | 840.8 | 917.2 | 993.6
10 | 756.1 | 831.9 | 907.7 | 983.5
20 | 747.9 | 823.0 | 898.1 | 973.2
30 | 739.8 | 814.2 | 888.5 | 962.9
40 | 731.8 | 805.5 | 878.8 | 952.6
50 | 723.9 | 796.8 | 869.1 | 942.4
60 | 716.1 | 788.2 | 859.4 | 932.1
70 | 708.4 | 779.7 | 849.6 | 921.9
80 | 700.8 | 771.3 | 839.9 | 911.7
90 | 693.3 | 762.9 | 830.1 | 901.5
100 | 685.9 | 754.6 | 820.3 | 891.3
110 | 678.6 | 746.4 | 810.5 | 881.1
120 | 671.4 | 738.3 | 800.6 | 870.9
130 | 664.3 | 730.2 | 790.7 | 860.8
通过上述计算，可以得到各个距离锚点x处的锚链张力T(x)，借此可以绘制出锚链线型分布图，用于评估FPSO的稳定性和安全性。
另外，本发明还提出可以通过根据现场条件，可选择性地增加吃水参数，进而优化系泊力监测精准度。采用如下步骤：
1、在FPSO的各个监测点（如单点摆、止链器等）安装吃水计，并将吃水计的测量数据集成到FPSO的控制中心。
2、根据吃水计测量的数据，计算出FPSO在水中的浸没深度h。
3、根据计算得到的浸没深度h，重新计算FPSO的水平和垂向位移，以及各个锚链的张力分布。
4、将重新计算得到的位移和张力数据与实际测量的数据进行比对和分析，以评估系泊力监测的精准度，并根据需要进行调整和优化。
此外，在实际应用中，还可以结合其他监测手段（如GPS、罗盘、倾角等）来综合分析和评估FPSO的稳定性和安全性。
如上所述的本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，所述高压气枪的底部经由转向底座安装于所述框架上，所述转向底座为万向转向底座，其与所述控制中心信号连接；所述控制中心根据图像监测数据判断浪袭方位，向指定位置的高压气枪的电磁开关发出开启或关闭的控制信号。如图4所示，为甲板上浪的示意图，甲板上浪对甲板上的建筑和设备安全构成了巨大的威胁。本发明较佳的采用所述浪袭防护装置来降低甲板上浪对建筑和设备的损坏程度。当控制中心根据图像监测数据判断浪袭方位后，控制对应的高压气枪开启电磁开关，已经充气的气囊装置向高压气枪输送高压气体，并向外喷出；较佳的，当海浪冲击气囊装置的时候，会对气囊装置的气囊进行挤压，产生瞬时增加的压力，为高压气枪提供额外的气体压力，增加高压气枪的喷射速率和流量，更好地抵御海浪的来袭，高压气枪朝着海浪喷射，能够一定程度地阻止海浪直接接触高压气枪后的设备，一定程度上将海浪分离至旁侧或打散成水花，降低直接冲击力。较佳的实施方式中，所述气囊为扁平的长方体状气囊，充满气后的长度为2.5米，宽度为2米，厚度为1米，由氯丁橡胶制成；所述管道的直径为0.02米，由不锈钢材料制成；所述高压喷枪由喷嘴、喷嘴连接管、阀门、压力表、手柄等组成。喷嘴采用锥形设计，以便于喷射高压气体。连接管的长度为2米，直径为0.01米，材质为不锈钢。阀门采用电磁阀门，可以控制气体的开关。压力表可以显示气体的压力大小。手柄可以控制喷枪的操作。所述高压风机由电机、气体压缩机等组成。电机功率为100KW，气体压缩机压力为10MPa，流量为100L/min，通过控制中心的控制，可以实现自动启停、压力调节等功能。在遇到有海浪袭击的情况时，控制中心控制高压风机对气浪进行充气，当海浪冲击气囊装置时，气囊会被压缩变形，导致气囊内部压力升高。由于高压风机的启动，气囊内部充满压缩空气，使气囊形成了充气的状态。同时，高压喷枪会喷出高压气体，射向海浪，以抵抗海浪的冲击。当气囊内部的气压超过一定范围时，安全阀门会自动排放多余的气体，以避免气囊被过度充气而导致破裂。高压气枪当需要喷射高压气体时，控制电磁阀门打开，将气体输送至高压气枪中，从喷嘴中喷射出去，射向海浪。高压气枪的喷射压力可以通过调节高压风机的输出压力来实现。实现当海浪冲击气囊装置时，高压喷枪喷出高压气体，射向海浪，以抵抗海浪的冲击。同时，也可以进一步设计通过安全阀门等控制装置的设置，可以保证气囊的稳定性和安全性。
如上所述的本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，多个所述气囊分别单独连接一个或指定数量的所述高压气枪，或者多个所述气囊连接至一母管道，所述母管道分别与各个所述高压气枪连接；所述高压气枪的电磁开关为一双控电磁开关，包括信号控制开关和过压自动开启开关的组合。本发明可以根据需要设置成单个气囊连通指定数量的高压气枪，使得气囊与高压气枪的连通为有序的，也便于设计成监测特定的气囊遭受海浪冲击，则开启对应位置的高压气枪喷射的配对式应对设置。当然也可以采用母管道的形式进行一体化的集气和输气，增加气体压力。
如上所述的本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，所述气囊装置上设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制中心信号连接，所述控制中心根据所述压力传感器的实时检测数据，分析获得瞬时冲击压力数据，当瞬时冲击压力数据大于设定值时，向所述高压气枪的电磁开关发出开启控制信号，对应的所述高压气枪喷射高压气体。通过压力传感器的监测，可以知道指定位置受到海浪冲击的力量的大小，从而判断海浪来袭的方位，借此，控制中心开启对应的高压气枪的电磁开关，执行高压气枪的喷射动作，进行及时的抵御。
如上所述的本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，其较佳的实施例中，所述高压气枪在甲板上的上层建筑设备的框架上为沿FPSO的中轴线对称分布的，当中轴线第一侧的高压气枪执行喷射的同时，所述控制中心控制与第一侧的高压气枪位置对称的第二侧的高压气枪转动至与第一侧高压气枪相反的喷射方向，并执行高压气体喷射。较佳的，本发明通过上述对称侧进行反推式的喷射动作，能够最大程度地抵消因抵御海浪而喷射的高压气体对船体的推力的作用，降低船体偏移的程度。
本发明的海洋石油FPSO全船监控系统，设有监测子系统和控制中心；监测子系统包括风速风向测量子系统、FPSO运动和位置测量子系统、系泊受力测量子系统和甲板上的浪测量子系统。通过各个子系统的测量，可以准确地获知FPSO的包括风速和风向、单点中心位置、船首甲板上的浪的环境数据，FPSO位置和六自由度运动数据，以及单点系泊力数据等内容，通过控制中心进行存储和记录，并向外部数据中心传输，提高了对FPSO的监测和控制的精准度，提高了FPSO在海洋上作业的安全性，更有利于FPSO长期稳定的作业，保障了海上动态石油平台的经济效益。同时，本发明还提出了浪袭防护装置的技术内容，通过在上层建筑设备的框架上设置浪袭防护装置，能够有效地减轻遇到的风浪对甲板上的建筑和设备的破坏，有效地降低了因风浪导致的船体和设备的损坏程度，更好地延长了FPSO船体的安全稳定的使用状态时间，提高了FPSO的经济效益。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于，包括监测子系统和控制中心；所述控制中心设置于FPSO的中控室，用以获取各个监测子系统的数据信息，根据数据信息的分析进行发出警报信号动作、数据存储和数据传输；
所述监测子系统包括风速风向测量子系统、FPSO运动和位置测量子系统、系泊受力测量子系统和甲板上的浪测量子系统；
所述风速风向测量子系统包括安装在FPSO上的风速风向测量设备，所述风速风向测量设备为机械式或超声式风速风向仪，所述风速风向测量设备与所述控制中心信号连接；
所述FPSO运动和位置测量子系统，包括设置于FPSO上的惯性测量单元模块和GPS模块，用以对FPSO船体六自由度运动进行监测；
所述系泊受力测量子系统，用以根据系泊力的数据库和单点WGS84坐标，通过系泊计算软件Ariane，获得实时的止链器处的系泊力；
所述甲板上的浪测量子系统，包括设置于甲板上的上层建筑设备上的摄像头，所述摄像头经由线缆连接至所述控制中心，所述控制中心采集所述摄像头的图像监测数据，根据监测数据判断浪袭等级，根据浪袭等级发送浪袭报警信号；
所述甲板上的浪测量子系统包括浪袭防护装置，包括气囊装置、高压风机和多个高压气枪，所述气囊装置由多个气囊和管道组成，所述气囊安固定于FPSO的船壳外表面，所述气囊经由管道分别连接至设置于FPSO上的高压风机和高压气枪上，所述高压风机用以向所述气囊充气或抽取气囊中的气体；所述高压风机和高压气枪设有与所述控制中心信号连接的电磁开关；多个所述高压气枪分别安装于甲板的上层建筑设备的框架上，形成朝向海浪袭来方向上的防护气枪组。
2.如权利要求1所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于，
所述FPSO运动和位置测量子系统，包括设置于FPSO上的惯性测量单元模块和GPS模块，所述GPS模块的包括至少两个天线，分别安装于FPSO首尾两侧的高处位置，用以对FPSO船体六自由度运动进行监测，包括三个方向的平动和绕三个周的转动；所述惯性测量单元模块和GPS模块分别与所述控制中心信号连接。
3.如权利要求2所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于， 所述惯性测量单元模块和GPS模块与卡尔曼滤波器组成GPS/IMU组合系统模块，两个所述天线的连线与所述FPSO的中轴线重合或平行；将经由GPS模块获得的伪距和伪距速率数据连同惯性测量单元模块获得的位置、速度和姿态数据输入至所述卡尔曼滤波器中，获得位置、速度和姿态数据的输出数据。
4.如权利要求1所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于，所述系泊受力测量子系统，设有由系泊计算软件Ariane建立的FPSO单点位移对应系泊力的数据库，所述数据库记录了单点沿水平及垂直方向的最大运动位移和锚链的止链器处对应的系泊力的数据；所述系泊受力测量子系统采集GPS模块测得的单点WGS84坐标，转换为系泊计算软件Ariane的UTM坐标，采用数据库的插值计算，获得实时的止链器处的系泊力。
5.如权利要求4所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于，获得实时的止链器处的系泊力后，通过悬链线定理，获得到各条锚链的系泊力及锚链线型分布数据；
各锚链的张力分布由以下公式计算：
T(x) = T0 cosh((L-x)/c)
其中，T(x)表示锚链在距离锚点x处的张力，T0表示锚链末端的张力，c表示锚链的常数，L表示锚链的长度。
6.如权利要求1所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于，所述高压气枪的底部经由转向底座安装于所述框架上，所述转向底座为万向转向底座，其与所述控制中心信号连接；所述控制中心根据图像监测数据判断浪袭方位，向指定位置的高压气枪的电磁开关发出开启或关闭的控制信号。
7.如权利要求6所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于，多个所述气囊分别单独连接一个或指定数量的所述高压气枪，或者多个所述气囊连接至一母管道，所述母管道分别与各个所述高压气枪连接；所述高压气枪的电磁开关为一双控电磁开关，包括信号控制开关和过压自动开启开关的组合。
8.如权利要求7所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于，所述气囊装置上设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制中心信号连接，所述控制中心根据所述压力传感器的实时检测数据，分析获得瞬时冲击压力数据，当瞬时冲击压力数据大于设定值时，向所述高压气枪的电磁开关发出开启控制信号，对应的所述高压气枪喷射高压气体。
9.如权利要求8所述的海洋石油FPSO全船监控系统，其特征在于，所述高压气枪在甲板上的上层建筑设备的框架上为沿FPSO的中轴线对称分布的，当中轴线第一侧的高压气枪执行喷射的同时，所述控制中心控制与第一侧的高压气枪位置对称的第二侧的高压气枪转动至与第一侧高压气枪相反的喷射方向，并执行高压气体喷射。
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