浮式液化天然气生产装备(FLNG)水动力特性研究

摘要

浮式液化天然气系统（FLNG）作为一种集海上天然气/石油气的生产、液化、储存与卸载功能为一体的新型天然气开发平台，具有开采灵活、可独立开发、可重复利用等特点。其水动力性能及其关键技术的研究是目前海洋工程领域的前沿课题，也是我国南海油气资源开发战略中的重要课题。本文选用一作业于南海荔湾3-1海域的FLNG系统作为研究对象，采用了模型试验和数值计算相结合的方法，对其水动力特性进行了研究。
　　论文重点研究了FLNG液舱晃荡的影响。通过静水衰减试验和白噪声试验获得FLNG在不同载况下的衰减试验结果以及频域运动响应，同时采用了三维线性势流理论对液舱晃荡和FLNG之间耦合进行计算，并将75%装载量下的工况结果与实验结果进行了比对，取得了较好的一致性。在此基础上，对液舱晃荡的影响进行了对比计算分析。计算结果显示：液舱晃荡对较大装载量下的FLNG起到了一定的减摇作用，但同时也增大了横摇周期；纵荡和横荡运动受到液舱晃荡的影响，在液舱一阶固有频率附近产生较为明显的响应；液舱晃荡对FLNG纵摇和首摇的影响不显著，对垂荡的影响可以忽略；晃荡的影响对FLNG的附加质量影响较大，能够减小FLNG的平均漂移运动；不同的海况对液舱的减摇性能影响明显；迎浪角较大时，LNG舱壁压力值偏大，且分布受到了波浪相位的影响。
　　在三维势流理论对FLNG的运动预报较为准确的基础上，对影响FLNG频域水动力性能的因素进行了探讨。通过计算分析，可得到以下主要结论：为方形系数较大的FLNG安装舭龙骨时，由于舭龙骨的宽度较小，对FLNG的减摇作用有限明显；LNG舱内液量的变化对纵荡、横荡和首摇的附加质量影响较为明显，对横摇势流阻尼影响较大；液量对FLNG的运动响应的影响主要体现在横摇和首摇；低液位下，LNG舱壁所受压力大于高液位的情况，且最大值出现在自由液面附近；LNG液舱内较小的液体密度仍然可以起到减摇的作用；与GTT型液舱相比，MOSS型液舱内的晃荡显著地增加了FLNG的横荡、垂荡、横摇、纵摇运动RAOs和纵荡以及首摇的平均漂移力，但其舱壁受到晃荡的压力较小。
　　此外，通过水池模型试验和数值计算方法，对FLNG船体/单点系泊系统耦合水动力性能研究进行了研究。使用试验分析了时域液舱晃荡对FLNG运动的影响，使用数值计算分析了 FLNG的锚泊受力特点。得到的结论有：在生存海况下，FLNG系统的运动平衡位置较工作海况下发生了较大变化，且随着波浪谱峰周期的增大，船体水平面内运动对系缆张力贡献增大；在南海百年一遇极限海况下，系泊缆所受的最大顶端张力为8344kN，为原设计破断载荷的44.1%，表明该系泊系统的设计是安全可靠的；对FLNG系统来说，50%装载量下所受到的风浪流总载荷达到了一个较大值，其锚泊系统受力较较低装载量和较高装载量下的锚泊系统受力为大。
　　综上所述，本文对液舱晃荡对于船体运动影响等FLNG关键水动力性能展开了较为系统和深入的研究，为我国未来在南海海域应用FLNG，提供了有价值的技术支持。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 FLNG系统简介

1.3 FLNG关键技术研究进展

1.4本文主要研究内容与方法

1.5 本文创新点

第二章 基本计算理论

2.1浮体与液舱晃荡耦合的三维势流理论

2.2液舱的准静态方法

2.3二阶力计算

2.4本章小结

第三章 水池模型试验及FLNG系统介绍

3.1概述

3.2试验研究基础

3.3 试验模型与布置

3.4 本章小结

第四章 液舱晃荡对FLNG船体运动性能影响

4.1试验

4.2数值模型校正

4.3结果与分析

4.4本章小结

第五章 FLNG水动力性能影响因素探究

5.1舭龙骨减摇性能

5.2液体装载量影响

5.3液体密度影响

5.4液舱形状影响

5.5本章小结

第六章 FLNG船体/单点系泊系统耦合水动力性能研究

6.1概述

6.2 数值计算理论简介

6.3 FLNG 单点系泊的模型实验研究

6.4结果与分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 主要结论

7.2 进一步研究工作与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文