SY/T 10040-2016 浮式结构物定位系统设计与分析

ICS75.180.10
E94
备案号：53507一2016 SY
中华人民共和国石油天然气行业标准
SYT10040-2016代替SYT10040一2002
浮式结构物定位系统设计与分析
Design and analysis of stationkeeping systems for floating structures

2016-01-07发布2016-06-01实施
国家能源局发布

1范围
本标准的目的在于为浮式结构物定位系统提出一种合理的分析、设计或评价的方法。这种方法提供了一个统一的分析工具，通过这个工具，在了解了某一特定海城的环境条件、系泊状态下的装置特性及其他因素的情况下，就能确定系泊系统的适应性和安全性。本标准阐述了定位系统（错泊、动力定位或推进器辅助系泊)的设计、分析和操作，给出了可移动式锚泊及永久性错泊的不同设计要求。
本标准中描述的设计过程基于确定性方法，其中系泊系统的响应，例如系泊缆张力、浮体位移及
描端力等，是在某一重现期定义的设计环境条件下进行计算的。然后，根据系泊缆强度、浮体位移及
错端承载力要求校核系泊系统的响应值，以保证其相对系泊系统破坏或过大的浮体位移而言的安全系
数。注意：该设计方法的可靠度水平可能与附录G中介绍的方法不同。
浮式结构物系泊技术发展迅速。在有足够资料可用的领域，本标准提供了具体而详细的推荐做
法：对于另一些领域，只做了一般性叙述，用以指出需要考虑的那些特殊点。鼓励设计人员使用所有
能获得的先进的科研成果。随着海洋工程技术的不断发展，本标准也将被修订，希望本标准中包含的
一般性叙述将逐渐被详细的建议所替代。
本标准不涉及系泊锚链的检测及维护要求，也不包括合成纤维缆的系泊。这些内容在下面的API规范中涉及：
一API RP2I（参考文献[1])
—API RP2SM(参考文献[2]).
2基本考虑
2.1定位系统介绍
浮式结构物的定位系统可采用单点系泊，也可采用多点系泊。单点系泊多用于船型装置，而多点系泊多用于半潜式装置(SEMI)和深吃水立柱平台(SPAR)。定位系统的第三种形式是动力定位(DP)。动力定位作为一种定位方式，可单独使用，也可用来辅助悬链线系泊。动力定位既可用于船型装置，也可用于半潜式装置。

2.1.1多点系泊
在一个典型的多点系泊系统中，在浮式结构物的各角布置成组的系泊缆以保证浮体方向的稳定性。图1描述了一个采用悬链线多点系泊的半潜式平台。由于作用于半潜式平台或深吃水立柱平台上的环境力对方向不太敏感，所以它们的多点系泊系统的设计只需保持浮体的位置而不用考虑环境方向。然而，多点系泊系统也可用在对环境方向很敏感的船型装置上。系泊缆可为错链式、钢索式、纤维缆式或是三种形式的组合式。不论是传统的拖曳锚还是桩锚都可用于系泊缆的固定。

2.1.2单点系泊
单点系泊主要用于船型浮体。它使浮体能像风向标那样改变方向。为了使船型装置受到的环境荷载最小，使船型装置的船艏朝向环境条件主控制方向是非常必要的。单点系泊的设计种类很多，详见下文。
2.1.2.1转塔式系泊
转塔式系泊系统是若干悬链式系泊缆连接在一个转塔上，转塔上带有轴承，使浮式结构物可绕描腿转动。
通过适当的加强措施，可把转塔安装在浮式结构物艏部或舰部的外部（如图4所示），或者安装
到浮式结构物的内部（如图5所示）。描链盘可布置在水线之上或水线之下。转塔中也可集成立管系
统，该立管系统通过某种类似关节的连接机构（装有万向接头的架子、U型接头或锚链连接装置）连
接到浮式结构物的艏部或舰部（或内部）。立管的基础一般通过内部增重或底部悬挂重物进行配重。
上述转塔与浮式结构物的连接方式影响着系泊系统的性能。立管系统的配置包括钢管、锚链或钢缆等
部件，而且直径和长度的变化范围很大。链盘和立管的相对位置可根据设计变化。图6给出了工业上
使用的几种转塔设计类型。

3环境准则
3.1环境条件
在评估系泊系统强度时，业界认可的环境条件有两类：最大设计条件和最大作业条件。
3.1.1最大设计条件
最大设计条件指的是用于系泊系统设计的风、浪、流环境条件的组合。系泊系统应按照造成极值
载荷的风、浪、流设计环境条件组合进行设计。实际中，上述设计常常通过多重设计准则的组合近似
得到。例如，对重现期为100年的设计环境，通常研究如下三种设计准则：
a)重现期为100年的波浪，加上相对应的风和流.
b)重现期为100年的风，加上相对应的波浪和流。
c)重现期为100年的流，加上相对应的波浪和风。
对于所考虑的水久性设施，应指明符合现场环境条件的风、浪、流最恶劣的方向组合。需要特别
注意诸如大型船型装置这样的浮式结构，这类结构的运动常由低频运动主导。由于低频运动幅值随着
波浪周期的减小而增加，重现期为100年的波浪有可能不会产生最严重的系泊荷载。而较短周期的较
小波浪可能会产生更大的低频运动，从而造成更大的系泊荷载。
3.11.1永久系泊的最大设计条件
水久系泊系统应采用重现期为100年的设计准则。如果系泊系统的设计寿命实际上低于20年，
可考虑选用较短的重现期。在这种情况下，重现期应通过计入系泊系统失效后果的风险分析来决定。
有的水久系泊系统允许作业期间系泊的浮体快速与系泊系统解脱，对于这种系泊系统，最大设计
条件可取为浮体系泊时的最恶劣环境条件。但是，系泊系统本身（未系泊浮体）还应能抵御永久系泊
的最大设计环境条件。
3.1.12移动式系泊的最大设计条件

4环境力和浮体运动
4.1基本考虑
根据不同的频率范围，环境载荷可分类为以下三种：
a)定常力，例如风力、海流力、波浪漂移力，在所考虑的特殊期间内，其幅值和方向都是恒定的。
b)低频循环载荷会在平台织荡、横荡和摇艏的固有周期时激励平台。典型的固有周期范围为1min~10min.
c)波频循环载荷，其典型周期范围是5s~30s。波频循环载荷会造成浮体的波频运动，这种运动一般与系泊系统刚度是不相关的。在波频运动计算中忽略系泊系统刚度的方法通常是保守的。
对于小型浮式结构，例如浮筒，一阶波浪力不大，计入系泊系统刚度会得到更为理想的波频运动结果。同样，如果系泊浮体的固有周期接近波浪周期，其波频运动就取决于系泊系统刚度。在这种情况下，系泊系统刚度的作用要合理地计入。

4.2环境力和浮体运动计算指南
环境力和浮体运动既可由模型试验确定，也可通过计算确定。水深的影响应考虑在内。API RP2T(参考文献[7)给出了计算这些项目的指南。用于估算低频风力的推荐风谱可在附录B中找到。
对于移动式系泊浮体既可使用API RP2T中的方法，又可使用附录C中提供的简化方法。
圆柱形深吃水浮体，例如深吃水立柱平台(SPAR),在海流环境下可能遭遇严重的涡激运动(VM)。在涡激运动条件下系泊分析的指南可在附录H中找到。
4.3简化方法
附录C中给出了快速估算环境力和浮体运动的设计公式和曲线。这些简化的分析手段主要是针对移动式系泊分析而建立的。如果在设计过程的初始阶段无法获得更准确的资料，并且这些方法未超出使用的限制条件，那么它们可用于永久系泊的基本设计。简化方法适用于下列力的分量：
a)船型的和半潜式壳体的海流作用力。
b)船型的和半潜式钻井装置的平均波浪漂移力和低频运动。
c)定常风力。
d)大型油轮的风力和海流力。
e)斜向环境的作用力。

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