石油和天然气

油气与海上浮式风电的交叉学习:优化系泊设计,降低成本和重量

在许多领域,为石油和天然气行业开发的技术都可以支持海上浮动风能的发展。DNV的《能源转型展望》表明了这一点的重要性,该展望预测,到2050年,全球2%的电力需求将由海上浮动风电提供。

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佩德罗·巴罗斯

佩德罗·巴罗斯

首席工程师

一个例子是平面外弯曲(OPB)系泊链。系泊系统上部链环的OPB会给链环增加显著的疲劳应力,从而产生失效的风险,造成潜在的危险和昂贵的后果。随着对失效机制的了解不断增加,对风险的认识也在不断提高。在油气行业中,与opb相关的系泊线故障时有发生。在这些情况下,系泊绳的过早断裂是由于第一个自由链环的弯曲疲劳。

因此,OPB可能是系泊系统(特别是预紧力大的系泊系统)的重要甚至关键风险,因此在当今具有挑战性的油田和海上浮式风电开发和作业的系泊系统设计中也是如此。这是一个有潜力的领域,可以从石油和天然气行业到新兴的浮式风电行业进行交叉学习。本文所描述的发展有助于更好地理解大直径锚链的OPB,有助于浮式风系泊系统的设计,目前常规使用3线系泊系统,因此所需的每线最小断裂载荷(MBL)较大,导致大直径锚链。

测试优化疲劳缓解

为了减轻OPB,安装了重型和复杂的解决方案。例如,多层铰接式链条堵塞器,这是一种与石油、天然气和浮式风电行业相关的实践。更好地了解OPB有助于消除不必要的保守性,降低此类设备的重量和成本。这又对漂浮物所能携带的有效载荷产生了影响。

为了解OPB进行的几项研究导致了一个联合行业项目(JIP),该项目从2007年到2013年运行,其中许多行业相关利益相关者进行了合作。基于对直径高达146毫米(mm)的锚链进行测试,JIP制定了当前锚链的疲劳设计指南。

今天,我们看到了比指南制定期间考虑的更大的系泊链的使用。这一趋势是由于近期系泊链制造的发展,以及对大型船舶(主要是浮式生产储卸船(fpso))操作的兴趣,以及在苛刻的海况条件下的部署。

然而,OPB疲劳缓解措施在设计、制造和维护方面复杂、沉重且昂贵。因此,优化设计极大地受益于对每个项目中使用的实际链条尺寸相同或相似的链条样品进行专门的OPB测试。

实验室条款-平面外弯曲(OPB) -系泊系统部件示意图描述- w1288xh511pxl

系泊链弯曲应力的全尺寸试验

为了满足运营商和设计公司对验证和优化大直径锚链系泊系统设计的兴趣,DNV开发了一个测试平台,用于进行OPB刚度识别。

该钻机还可以重现在空气和水条件下链环相互滑动时可能发生的磨损损伤。它可以在不进行任何修改的情况下,对直径达190毫米的锚链进行OPB测试,抗拉载荷可达375吨。相互链接的旋转可以在±3度的范围内,这远远超过了链接开始相互滑动的极限。

正如在最近的一篇论文中讨论的那样,两个成功的测试方案已经证明了试验台的准确性和在系泊系统设计优化中获得的收益。1


参考文献

1.巴罗斯,P,等。2020。大直径系泊链的面外弯曲试验。ASME 2020年第39届国际会议规程。海洋、近海和北极会议

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DNV的平面外弯曲(OPB)试验台
DNV的平面外弯曲(OPB)试验台(图片来源:DNV)
系泊链的面外弯曲
系泊链的面内和面外弯矩
系泊链的面内和面外弯矩
系泊链的面外弯曲

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