淺談船舶海洋工程管線優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺談船舶海洋工程管線優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：船舶工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)一直以來(lái)主要是以一般航行船舶為主，隨著海洋開(kāi)發(fā)的深入，船舶建造已不局限于一般船舶，而是擴(kuò)展到海洋工程各部分，如各種工程船舶、海洋石油平臺(tái)、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船等。船舶工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)也應(yīng)根據(jù)船舶發(fā)展形勢(shì)而適當(dāng)?shù)脑黾酉嚓P(guān)技術(shù)知識(shí)，使專(zhuān)業(yè)人員也掌握其它海洋工程結(jié)構(gòu)物的知識(shí)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：船舶海

2、洋工程管線優(yōu)化 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　管道被廣泛地應(yīng)用于石油化工"水利工程"建筑"船舶等領(lǐng)域，其在不同的應(yīng)用環(huán)境下需承受不同的外力作用，大規(guī)模、全面地開(kāi)發(fā)利用海洋資源和空間，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)已列入各沿海國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略

3、。海洋開(kāi)發(fā)和利用除了需要先進(jìn)的海洋工程技術(shù)，還需要各種海洋工程結(jié)構(gòu)物的支撐。這為與海洋工程裝備業(yè)關(guān)聯(lián)度極大的船舶工業(yè)提供了極好的機(jī)遇。作為未來(lái)世界經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，海洋工程和海洋開(kāi)發(fā)潛力非常巨大。近幾年，全世界對(duì)浮式生產(chǎn)系統(tǒng)的新增需求達(dá)到約120座，全球浮式生產(chǎn)系統(tǒng)的年投資額以高速度遞增，其中FPSO船(浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置)仍將是全球浮式生產(chǎn)市場(chǎng)的建造熱點(diǎn),該船型集生產(chǎn)、儲(chǔ)油、運(yùn)輸多項(xiàng)功能于一身，是當(dāng)前國(guó)際海上石油開(kāi)發(fā)生產(chǎn)設(shè)施的主流形式。隨

4、著生產(chǎn)向深海的不斷進(jìn)入，F(xiàn)PSO船的優(yōu)勢(shì)將會(huì)更充分顯現(xiàn)出來(lái)。中國(guó)海洋石油開(kāi)發(fā)總公司也需要較大數(shù)量的海洋平臺(tái)、多艘FP-SO平臺(tái)，用于海洋開(kāi)發(fā)建設(shè)的資金達(dá)到了數(shù)百億元。船舶工業(yè)是海洋工程的天然“霸主”。隨著海洋油氣開(kāi)發(fā)向深海發(fā)展，船舶工業(yè)與海洋工程的關(guān)系更加緊密，船舶工業(yè)在海洋油氣開(kāi)發(fā)中的作用更加突出。這主要有兩方面的原因:一方面是技術(shù)上的因素。隨著作業(yè)水深的增加,固定式平臺(tái)海洋構(gòu)造物</p><p><b&

5、gt;　　管線幾何優(yōu)化設(shè)計(jì) </b></p><p>　　管道隔振支座最佳布置設(shè)計(jì)優(yōu)化需確定隔振支座的類(lèi)型"數(shù)量及位置!由于支座類(lèi)型的選擇難以依靠程式化優(yōu)化計(jì)算來(lái)得到，本研究?jī)H針對(duì)支座力學(xué)與隔振性能參數(shù)給定情況下，研究管線支座的數(shù)量與幾何位置優(yōu)化問(wèn)題涉及到的約束條件包含強(qiáng)度( 應(yīng)力) "剛度( 位移和變形) "穩(wěn)定性( 屈曲) 和動(dòng)力學(xué)特性( 管線固有頻率和管線響應(yīng)振幅)

6、 ，同時(shí)考慮工藝安裝方面的特殊要求( 某些位置無(wú)法安裝支座) 針對(duì)上述約束，細(xì)化為優(yōu)化數(shù)學(xué)模型中考慮應(yīng)力"位移"固有頻率"穩(wěn)定性和評(píng)價(jià)點(diǎn)在指定頻率區(qū)間的振級(jí)落差等約束條件簡(jiǎn)化的支座布局幾何優(yōu)化設(shè)計(jì)模型見(jiàn)圖所示，通常選取支座數(shù)目和支座位置為設(shè)計(jì)變量本模型假定支座總數(shù)目事先已知( 通常按照工藝要求確定，但適當(dāng)增加一定數(shù)量) ，通過(guò)確定各支座的幾何位置坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)布局優(yōu)化!當(dāng)相鄰兩個(gè)支座的位置坐標(biāo)非常接近或重合時(shí)，代

7、表其中一個(gè)支座可以取消。 </p><p>　　支座布局幾何優(yōu)化模型 </p><p>　　2.管道隔振支座布置設(shè)計(jì)優(yōu)化模型迭代解法 </p><p>　　上面給出的支座布局優(yōu)化模型仍為基于連續(xù)與離散設(shè)計(jì)變量的混合數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，常規(guī)優(yōu)化算法較難解決，可采用迭代優(yōu)化算法 </p><p>　　進(jìn)行求解!考慮到計(jì)算效率的問(wèn)題，需采用變步長(zhǎng)的迭代優(yōu)

8、化算法! </p><p>　　該迭代算法依據(jù)約束條件的滿足情況及變步長(zhǎng)的臨界間距值來(lái)確定支座數(shù)量的減少與增加，然后通過(guò) </p><p>　　常規(guī)優(yōu)化方法得到支座的幾何位置坐標(biāo)，最終得到較優(yōu)的支座數(shù)目及間距!迭代流程見(jiàn)圖采用迭代算法求解該支座布局優(yōu)化模型時(shí)，其計(jì)算效率有賴(lài)于迭代步長(zhǎng)的選擇!對(duì)于特定的管道結(jié)構(gòu)，當(dāng)假定的支座初始數(shù)目與最優(yōu)支座數(shù)目相接近時(shí)，即使迭代步長(zhǎng)為常數(shù)，依然能夠獲得較好

9、的計(jì)算效率，但假定的支座初始數(shù)目與最優(yōu)支座數(shù)目相差較多時(shí)，則必須選擇逐步增加的迭代步長(zhǎng)才能獲得較為理想的計(jì)算效率。 </p><p>　　支座布局優(yōu)化模型迭代解法 </p><p>　　由管線各目標(biāo)函數(shù)下的優(yōu)化結(jié)果可知，三種目標(biāo)函數(shù)下的優(yōu)化模型，優(yōu)化后滿足約束要求，支座最優(yōu)數(shù)目均為6個(gè)，各支座位置接近，優(yōu)化結(jié)果基本相同，三種方法迭代次數(shù)均為 5-6次，計(jì)算效率較為理想，但以關(guān)聯(lián)支座造價(jià)為目

10、標(biāo)函數(shù)下的優(yōu)化模型與其他兩個(gè)模型相比迭代次數(shù)較多，將幾何優(yōu)化設(shè)計(jì)方法所得優(yōu)化結(jié)果與規(guī)范設(shè)計(jì)方法優(yōu)化結(jié)果比較可知，以管線結(jié)構(gòu)應(yīng)變能和管線最大下垂為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，幾何方法和規(guī)范法所得優(yōu)化結(jié)果接近!以關(guān)聯(lián)支座造價(jià)為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，采用幾何方法時(shí)，盡管迭代次數(shù)較多，但仍然取得了滿足約束條件的優(yōu)化結(jié)果，其計(jì)算過(guò)程較規(guī)范設(shè)計(jì)方法更為穩(wěn)定，結(jié)果更為可靠! </p><p>　　總體來(lái)看，兩種設(shè)計(jì)方法所得優(yōu)化結(jié)果是相一

11、致的，幾何優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是可行的!在幾何優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，由于支座初始數(shù)目通過(guò)假定得到，且往往與最優(yōu)數(shù)目相差較大，因此迭代次數(shù)較多，其計(jì)算效率明顯低于規(guī)范設(shè)計(jì)方法，但較多的迭代次數(shù)同時(shí)也保證了迭代過(guò)程的穩(wěn)定性，使計(jì)算結(jié)果更為可信!因此，尚須進(jìn)一步研究更為穩(wěn)定高效的管線隔振支座布局優(yōu)化算法。 </p><p>　　3.總結(jié)：將所得結(jié)果與規(guī)范設(shè)計(jì)方法優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了比較，證明了幾何優(yōu)化設(shè)計(jì)模型及方法的可行性，并得到了與規(guī)范

12、設(shè)計(jì)方法中相一致的結(jié)論: 以管線最大下垂或管線結(jié)構(gòu)應(yīng)變能為目標(biāo)函數(shù)的隔振支座布局模型計(jì)算過(guò)程更為穩(wěn)定高效"優(yōu)化結(jié)果更為可靠。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn): </b></p><p>　　[1] W.Kent.Muhlbauer 《Pipeline Risk Management Manual》 </p><p>　　[2]

13、 美國(guó)雪佛龍公司 海上油氣工程設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) </p><p>　　[3] 海洋石油工程設(shè)計(jì)概論與工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　ANALYSIS OF PIPING OPTIMIZATION DESIGN IN MARIN SHIP & OFFSHORE PROJECT </p><p>　　Xiaoyimeng </p><p>　

14、　(BOMESC Offshore Engineering Company Limited TEDA TIANJIN CHINA 300457) </p><p>　　Abstract: Ships engineering technology has been mainly based on general navigation of the ship-based, with the development o

15、f Deep Ocean, marine construction vessels generally have not restricted, but extends to all parts of marine engineering, such as various engineering ships, offshore oil platforms, FPSO vessels. Ships engineering technolo

16、gy should be based on a ship and the proper development of the situation to increase technical knowledge, so that professionals have mastered the knowledge </p><p>　　Keywords: Marine engineeringOffshore Engi