FPSO全生命周期結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對能源需求的日益增加，開發(fā)海洋石油、天然氣資源的海洋結(jié)構(gòu)物應(yīng)用日益廣泛。伴隨著油氣資源開發(fā)帶來的高收益，海洋結(jié)構(gòu)物的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用問題也日漸突出，這其中包括高昂的海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)建造、使用維護(hù)、失效費(fèi)用以及一旦發(fā)生事故造成的環(huán)境污染、人員傷亡、社會(huì)影響等后果。海洋結(jié)構(gòu)物的風(fēng)險(xiǎn)問題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。 浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船F(xiàn)PSO(Floating Production，Storage and Offloadingunit)

2、是目前采用系泊方式作業(yè)的一種主要浮式海洋平臺，在服役期內(nèi)需承受惡劣海況下的疲勞、腐蝕損傷，以及可能發(fā)生的碰撞、火災(zāi)、爆炸等事故對結(jié)構(gòu)造成的不利影響。FPSO一旦失效的嚴(yán)重后果使其風(fēng)險(xiǎn)水平令人關(guān)注，因此針對FPSO進(jìn)行全生命周期內(nèi)的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)研究十分必要，該領(lǐng)域的探索正是目前海洋工程界十分關(guān)注的研究方向。 FPSO全生命期內(nèi)面臨的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)包括多方面內(nèi)容，本文選擇了其中一些關(guān)鍵性的問題以及以往未引起充分關(guān)注的問題加以研究，期望更加全面

3、地了解FPSO的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)特性，并得到有意義的結(jié)論為進(jìn)一步深入研究和控制FPSO全生命期風(fēng)險(xiǎn)以及保障海洋石油工業(yè)生產(chǎn)安全提供基礎(chǔ)和依據(jù)。本文所開展的主要工作及結(jié)論歸納如下： 首先簡要分析了FPSO服役期間可能面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)以及對FPSO進(jìn)行全生命期結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)分析的必要性和意義。而后針對FPSO風(fēng)險(xiǎn)分析中涉及的各個(gè)不同領(lǐng)域，介紹了國內(nèi)外的主要成果和研究進(jìn)展。 針對FPSO不同于普通船舶的腐蝕特點(diǎn)，合理選用了腐蝕模型及腐蝕數(shù)據(jù)庫

4、，對所研究FPSO不同腐蝕程度下的極限強(qiáng)度進(jìn)行了分析。通過構(gòu)造極限狀態(tài)方程計(jì)算了FPSO系泊服役期間的時(shí)變失效概率，明確了腐蝕差異對FPSO船體梁結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度并獲得了滿足風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則要求的可服役時(shí)間，指出了控制腐蝕對于保證FPSO結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)處于合理水平的重要意義。對單一載況的平均到達(dá)率和環(huán)境因子進(jìn)行敏感性分析，獲得其對FPSO結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)境因子的差異對FPSO結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)的影響尤為突出。 考慮碰撞與腐蝕損傷的共

5、同作用，對不同服役時(shí)間發(fā)生碰撞后FPSO船體梁進(jìn)一步破壞的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究。研究中引入碰撞發(fā)生時(shí)間的影響，認(rèn)為碰撞后短時(shí)間內(nèi)FPSO船體梁所承受的載荷仍繼續(xù)服從原長期分布并據(jù)此對FPSO船體梁破損后仍處于系泊狀態(tài)階段的載荷組合方式進(jìn)行了改進(jìn)。研究區(qū)分了中剖面遭受破壞及其它部位發(fā)生破損對船體梁相應(yīng)失效概率所產(chǎn)生的影響。計(jì)算結(jié)果反映出全面考察各個(gè)壓載艙發(fā)生破損可能造成后果的必要性以及不同腐蝕模型與腐蝕數(shù)據(jù)庫之間差異對碰撞損傷后結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)水平

6、造成的不同影響程度。結(jié)合剩余極限強(qiáng)度的余度指數(shù)，根據(jù)失效概率嘗試提出了適用于碰撞損傷后短時(shí)期內(nèi)仍處于系泊狀態(tài)的FPSO船體梁結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則。 考慮拖航速度、海況、FPSO自身狀態(tài)(包括腐蝕狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)完整性)等因素的影響，分別對全新狀態(tài)入役、老齡狀態(tài)退役以及碰撞損傷后返廠修理情況下的FPSO經(jīng)受短期風(fēng)暴作用時(shí)的船體梁結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。研究中引入了腐蝕損傷的作用，充分考慮了退役時(shí)間以及碰撞發(fā)生時(shí)間對拖航失效概率造成的影響，更加全

7、面地反映出FPSO船體梁全生命期內(nèi)的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)水平。所得結(jié)果反映出有義波高是影響拖航結(jié)構(gòu)失效概率的最顯著因素。以失效概率為基礎(chǔ)，獲得了不同條件下滿足風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則要求的最大允許有義波高，并將其作為判斷FPSO船體梁拖航狀態(tài)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)水平的輔助決策指標(biāo)?？紤]檢測結(jié)果對先驗(yàn)分布的更新作用，將基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測維護(hù)理論應(yīng)用于FPSO腐蝕損傷的控制與費(fèi)用優(yōu)化。選取不同部位的船體板，在不同腐蝕程度、檢測水平和失效接受準(zhǔn)則條件下分別制定了檢測規(guī)劃，并根據(jù)費(fèi)用

8、優(yōu)化的思想對各種組合情況下的總的期望費(fèi)用、失效費(fèi)用、檢測費(fèi)用以及維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行了計(jì)算。通過對多種影響費(fèi)用的因素進(jìn)行分析討論，可以發(fā)現(xiàn)受評估部位、腐蝕程度、失效接受準(zhǔn)則、檢測水平、維護(hù)準(zhǔn)則等多種因素的影響，總的期望費(fèi)用變化規(guī)律非常復(fù)雜，無法采用統(tǒng)一的規(guī)律概括所有構(gòu)件的檢測維護(hù)規(guī)劃。這證明了對FPSO不同構(gòu)件分別開展檢測維護(hù)規(guī)劃研究的必要性。同時(shí)結(jié)果顯示腐蝕情況的惡化直接對檢測維護(hù)規(guī)劃費(fèi)用存在不利影響，在今后的研究中考慮不同防腐措施的作用將設(shè)

9、計(jì)建造費(fèi)用納入整個(gè)規(guī)劃的費(fèi)用優(yōu)化計(jì)算是更加合理的。 對FPSO檢測維護(hù)規(guī)劃開展進(jìn)一步的優(yōu)化研究。通過提出改進(jìn)的檢測時(shí)間選擇模型，獲得了檢測時(shí)間的備擇集，計(jì)算了新模型下檢測時(shí)間對應(yīng)的總的期望費(fèi)用。結(jié)果表明，研究中提出的優(yōu)化方法所得檢測時(shí)間下總的期望費(fèi)用低于以往規(guī)劃制定方法的費(fèi)用值，有利于避免不必要的費(fèi)用支出。依據(jù)最優(yōu)檢測時(shí)間，對不同條件下的最優(yōu)失效接受準(zhǔn)則進(jìn)行了分析，對不同檢測水平以及腐蝕程度帶來的費(fèi)用差異進(jìn)行了討論。研究還圍繞實(shí)