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FPSO在海上進(jìn)行油、水、氣分離過程中會產(chǎn)生大量的含油污水，需要經(jīng)過專門的處理，符合排放標(biāo)準(zhǔn)后，則通過專用的排水管排出舷外至海水中。這種排水管通常都布置在舷側(cè)外部，高度從主甲板至水線以下，用支撐結(jié)構(gòu)與舷側(cè)外板相連。在FPSO的壽命周期內(nèi)，舷外排水管除了受到船體整體變形影響外，還將遭受“百年一遇”的風(fēng)、浪和流載荷。因而，分析舷外排水管以及支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，確保其安全可靠是十分必要的。
以中國渤海蓬萊19-3油田30萬噸級超大型FPS4為例，對其舷外排水管及支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析。具體分析內(nèi)容包括：1)外載荷計(jì)算。由于風(fēng)載與流載對舷外排水管的影響較小，所以只考慮波浪載荷。舷外排水管是屬于小尺度的構(gòu)件，波浪載荷可采用莫里森(MORISON)公式計(jì)算，而其中水質(zhì)點(diǎn)速度和加速度是采用三維勢流理論預(yù)報(bào)。2)強(qiáng)度分析。(1)建立了舷外排水管的梁系有限元模型，施加波浪載荷；舷側(cè)變形(由裝載和外載荷所引起的)作為邊界條件。由此，獲得的應(yīng)力分析結(jié)果用于校核舷外排水管的強(qiáng)度。(2)建立支撐結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，將上述舷外排水管分析中所獲得的內(nèi)力施加于支撐結(jié)構(gòu)的邊界上，進(jìn)而評估支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。
蓬萊19-3油田FPSQ的含油污水的量非常大，共設(shè)置了4根舷外排水管：1根直徑為762mm，壁厚為35mm；其余3根直徑為914.4mm，壁厚為25mm。所以，波浪載荷計(jì)算中，作業(yè)工況是采用蓬萊19-3油田的波浪散布圖，拖航工況是采用拖航途經(jīng)海域的短期海況。考慮了滿載、壓載和拖航3種裝載工況。
采用三維勢流理論與MORISON公式相結(jié)合的方式預(yù)報(bào)了蓬萊19-3FPS0舷外排水管所遭受的波浪載荷，應(yīng)用梁系方法和有限元方法分別校核了排水管結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并在分析中考慮了FPSO船體變形及附加應(yīng)力的影響。分析結(jié)果顯示，蓬萊19-3油田FPSO舷外排水管及其支撐結(jié)構(gòu)滿足作業(yè)、生存和拖航海況的強(qiáng)度要求。針對具體的工程，將波浪載荷預(yù)報(bào)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析有機(jī)的結(jié)合起來，著重探討了舷外排水管及其支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，對設(shè)計(jì)是有益的。對海洋工程有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同樣具有重要的借鑒意義。
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