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锚泊系统设计与分析王宏伟主要内容一常用系泊类型介绍二系泊方式与系泊材料三锚的选择与设计四锚泊系统设计过程五系泊分析规范锚泊系统设计与分析王宏伟锚泊系统设计与分析王宏伟一常用系泊类型1多点系泊（SpreadMooring）对于半潜平台（Semi-Submersible）和单浮筒平台（Spar），常用多点系泊。SemiMooring锚泊系统设计与分析王宏伟Spar-Mooring锚泊系统设计与分析王宏伟张力腿平台（TLP）也属于多点系泊。只是用张力腱（Tendon）代替了系泊线.锚泊系统设计与分析王宏伟多点系泊也可以应用于船体，如FPSO。FPSO的多点系泊系统，其系泊锚链线固定于船头、船尾，呈发散型向外展开，该类系泊系统能够阻止FPSO的横向位移，同时也固定FPSO的方向。其优点是：简单，经济，可以安装较多的立管及脐带系统，而且由于不需要转塔调整方向，立管可以位于船体的中间位置，因此适合于改造的旧油轮。缺点是：由于FPSO方向固定，横向受风浪流力巨大，锚链线的尺度会相应增大。FPSO多点系泊系统多适用于设计海况较低的区域，如西非，或风浪流方向单一的区域。锚泊系统设计与分析王宏伟2．单点系泊（SinglePointMooring）锚泊系统设计与分析王宏伟大部分FPSO的系泊系统属于单点系泊系统。单点系泊系统的特点是：容许FPSO绕单点自由转动，从而有效地减少风浪流的作用力，这样锚链线的尺度也相应地减小。单点系泊系统十分有利于输油轮卸油：输油轮可与FPSO首尾连接，输油轮、FPSO同时绕单点自由转动，具有操作方便、安全、可操作率高等优点。单点型系泊系统的缺点是制造成本高，技术复杂。通常，FPSO单点系泊系统具有三个功能：一是定位系泊功能，通过单点提供的系泊力将FPSO相对固定在海上油田作业现场，并作为成品原油外输的海上终端；二是液体输送及电力、光控传输功能，通过特殊的液体旋转滑环、光、电滑环经海底管线、海底电缆及/或光缆与海上平台或水下生产设施相连，接收来自油田的井口液，进行相应的工艺处理以生产合格的成品原油；三是在特定的条件下可以实施现场解脱，以保证FPSO及人命财产的安全。锚泊系统设计与分析王宏伟2.1内转塔式系泊系统（InternalTurretMooringSystem）在FPSO所采用的系泊系统中，内转塔式系泊系统应用昀广泛，常用于中等水深及深水海域的平台，如北海海域的FPSOs和FSOs。内转塔式系泊系统的主要组成部分包括：转塔及其套筒（TurretandTurretCasing);液体传输系统（ProductTransferSystem);转盘（Turntable）；锚布置（AnchorArrangement)。内转塔系泊系统的系泊装置一般设在船艏，其优点是：转塔直径可以设计得很大，为布置设备和管汇提供足够的空间；内转塔嵌入船体之中后可以得到很好的保护。但是转塔的存在对船体结构造成了影响，也减少了舱容；同时系泊船的“风标效应”效果受转塔位置的制约。内转塔系泊系统一般可分为永久式内转塔系泊系统和可解脱式内转塔系泊系统。锚泊系统设计与分析王宏伟锚泊系统设计与分析王宏伟永久式内转塔系泊系统能够保证采油的连续性，使F(P)SO在作业年限内的任何工况下都能正常工作，并且在绝大多数工况下具有昀大的系泊和油气传输能力。可解脱式内转塔系泊系统具有快速的解脱和回接功能，在极端恶劣条件下可以迅速解脱以规避各种危险海况，更适合于恶劣环境、季节性飓风区和冰区。锚泊系统设计与分析王宏伟可解脱式内转塔系泊系统锚泊系统设计与分析王宏伟2.2外转塔式系泊系统（ExternalTurretMooringSystem）外转塔式系泊系统类似于内转塔式系泊系统，只是转塔位于船体的外部。外转塔式系泊系统减少了对船体的必需的维修，并且允许在码头沿岸安装，而内转塔式系泊系统只能在干坞中安装。但是，外转塔式系泊系统限制了立管的数量。外转塔式系泊系统多用于浅水海域。锚泊系统设计与分析王宏伟2.3塔架式单点系泊（TowerMooringSystem）油轮与塔之间通过一个永久性的叉型结构或系船索布置连接。其主要组成部分为：塔：是与海底相连的静态部分，其上部是与船体相连的转盘。两部分通过轴承连接，允许转盘转动以使系泊油轮自由转到受力昀小的位置；系泊部分：叉型结构或系船索；生产传输系统：液体通过海底终端系统传输于立管（连接于塔），然后通过转台（swivel）传给软管（Jumperhoses），昀后到达FPSO。塔上有足够的甲板空间以提供管汇系统，辅助设备等。塔式系泊系统适用于：中浅水域，可以布置较多的立管系统，施工安装容易，成本较低，很适合于改装的油轮。锚泊系统设计与分析王宏伟2.4悬链式浮筒系泊（CatenaryAnchorLegMooring）悬链式浮筒系泊系统（CALM），CALM通常应用于穿梭油轮或FSOs，是系泊和装卸油轮的昀经济有效的方法。CALM可以设计成用来停泊任意尺寸的油轮，包括超大型原油轮（UltraLargeCrudeCarriers(ULCCs)）。其主要部件包括：短期系泊部分，用来在海岸与离岸油轮之间输入输出液体；永久系泊部分，用来生产和储存液体；非永久性系泊部分，即永久系泊部分在恶劣环境下具有易于解脱的能力，以疏散设施。CALM可以适应于各种天气条件，适应于很大范围内的水深，可以安装少量的立管系统，施工与安装快捷而经济，而且适于改装的油轮。实践证明CALM的可靠性较高。锚泊系统设计与分析王宏伟锚泊系统设计与分析王宏伟锚泊系统设计与分析王宏伟锚泊系统设计与分析王宏伟2.5单锚腿系泊系统（SingleAnchorLegMooring）单锚腿系泊系统（SALM）是较早开始使用的一种系泊方式。其原理与CALM类似，不同的是，SALM的浮筒只由一根锚链线系泊于海底基础，浮筒与油轮之间通过钢性臂连接。其主要组成部分包括：浮筒，存储系统（SingleAnchorLegStorageSystem,SALS）系泊链（刚性链或管状柱体），柔性管，基础部分（压载舱或堆积物）。SALM将转环（swivel）置于水下或油轮的龙骨下方，能够防止转环的碰撞破坏，即使破坏也只是对浮筒表面的轻微破坏，易于维修。为了避免柔性管与系泊链之间的碰撞，系泊链通常是垂直张紧的单锚链或管状柱体。SALM可以适应于各种天气条件，适应于很大范围内的水深，施工与安装快捷而经济，而且适于改装的油轮。但是SALM只能安装1根立管，实践证明SALM的可靠性也较高。锚泊系统设计与分析王宏伟锚泊系统设计与分析王宏伟3动力定位系统（DynamicPositioning）除上述的各种系泊系统外，对某些特定的条件，全动力定位系统也是一种选择。动力定位系统是借助于推进器来保持船舶或浮式结构的位置的技术。它使用精密仪器来测定船舶因风、浪、流而发生的位移和方位变化，通过自动控制系统对位置反馈信息进行处理与计算，并控制若干个推进器发生推力和力矩，使船或浮式结构回复到初始位置和昀有利的方向。锚泊系统设计与分析王宏伟动力定位系统的主要组成部分包括：动力操纵系统：提供定位所需要的所有动力；推进器系统：通过控制船在水平、纵向及扭转的力，使船保持在指定的位置。位置测量系统：随时将船只的具体位置提供给控制系统；动态定位控制系统：控制船只在具体的位置和方向，以抵抗外界环境荷载。动力定位系统的优点是：适于恶劣海况的区域，浅水和深水系统都能适用，运行成本不由水深决定，定位的相对精度随水深而提高，能够快速系泊与解脱。可以安装较多的立管系统。缺点是：资金和燃料的耗费都很高，系统复杂，比锚链或钢缆系泊更易于出现失败。锚泊系统设计与分析王宏伟二系泊方式与系泊材料1.悬链线式系泊方式（CatenaryMooring）悬链线式系泊方式中，系泊线的外形是弯曲的悬链线，一般由锚链（chain）和钢缆（wirerope）两部分组成，锚链与海底水平相接，因此，系锚点只受水平方向的力。系泊线的回复力由其自身的重力而产生。通常，在系泊线上悬挂浮筒以提升地面部分的系泊线，从而使其免受海底障碍物的影响。浮筒减小了链的重量，增加了系泊线的刚度，减小了平台在外荷载作用下的位移，同时，浮筒还降低了平台的垂向荷载。悬链线式系泊方式常用于相对较浅的海域。锚泊系统设计与分析王宏伟2张紧式系泊方式（TautMooring）对于深水或超深水的平台，对系泊线的重量要有一定的限制，常采用张紧式系泊方式。系泊线与海底以一定的角度相交，就是说系锚点处要同时受水平和铅直方向的力。系泊线的回复力主要由其自身的弹性而产生。而且，张紧式系泊系统在海底占据范围（footprint）/系泊点的影响半径比悬链线系泊系统的小很多，这也是张紧式系泊系统优于悬链线式系泊系统的地方。为了降低系泊线的重量，系泊线还可以采用较轻的合成材料（syntheticropes），如聚酯材料（Polyester），目前此种材料越来越多的被使用。锚泊系统设计与分析王宏伟3系泊链材料常用的系泊链材料有链（Chain），钢缆（SteelWireRope）和合成纤维材料（SyntheticWireRope）1）链（Chain）链可用于各种部位，易于操作，通常用于连接平台部分和海底锚部分。链分为有横档链（stud）的和无横档链（studless）两种。横档可能导致局部疲劳，如失去一个横档将会在链接处产生较高的弯曲力矩，因此通常采用无横档的链。可采用的链等级很多，屈服强度不同，采用的等级也不同。链比其它材料的疲劳寿命要短。链的破坏形式主要有四种：塑性破断，脆性断裂，疲劳断裂，应力腐蚀。其中脆性断裂是系泊链破坏的主要形式。锚泊系统设计与分析王宏伟2）钢缆（WireRope）系泊线可以完全由钢缆组成，也可以“锚链—钢缆”组合形式，即钢缆完全悬浮，不与海底接触。常见的钢缆结构形式有三种：六股式（sixstrand），螺旋股式（spiralstrand），多股式（multistrand）。螺旋股式结构具有较强的纵向刚度和扭转平衡，旋转损耗低，对于深水系泊系统，常采用此种结构。钢缆破坏的主要原因是腐蚀，常采用镀锌和润滑并配合阳极保护的方法来防止腐蚀的发生。对于螺旋股式钢缆，还通常采用高密度的聚乙烯外壳来防止海水腐蚀钢缆。锚泊系统设计与分析王宏伟3）合成材料（SyntheticWireRope）常用的合成材料有聚酯材料（polyester），聚酰胺材料（aramid），高模数聚乙烯材料（highmoduluspolyethylene,HMPE）三种。缆绳可以是螺旋状，平行股式和六股式。合成材料缆绳有较大的水平回复力，减小了平台的水平位移，同时具有较小的刚度，降低了缆绳的拉伸程度。但是缆绳的轴向刚度随轴向张力及力的作用时间而变化，容易偏移，分析起来比较复杂。而且合成材料缆绳容易打滑而产生蠕变，因此每隔几年需要重新张紧。而且合成材料缆绳不能接触海底，只能作为悬浮部分，也不能预放于海底，因此安装起来也很复杂。锚泊系统设计与分析王宏伟Fiberropeconstruction锚泊系统设计与分析王宏伟4系泊链连接部件简介1）Socket（插孔）锚泊系统设计与分析王宏伟2）SPRINGBUOY锚泊系统设计与分析王宏伟3）CONNECTINGHARDWARE锚泊系统设计与分析王宏伟4）WinchingEquipmentWINDLASS锚泊系统设计与分析王宏伟CHAINJACK锚泊系统设计与分析王宏伟DRUM-TYPEWINCH锚泊系统设计与分析王宏伟LINEARWINCH锚泊系统设计与分析王宏伟FAIRLEADANDSTOPPER锚泊系统设计与分析王宏伟三锚（一）分类根据海床的状况和系泊性能要求不同，可以采用不同类型的锚。根据承受荷载的机理不同，主要有以下几种类型的锚1.重力锚（DeadWeightAnchor）：是昀早使用的锚，主要靠材料本身重量来抵抗外力，部分靠锚与土壤之间的摩擦力来抵抗。材料为钢和混凝土。2.拖曳嵌入式锚（DragEmbedmentAnchor）：是目前昀受欢迎使用昀多的一种锚，部分或全部深入海底，主要靠锚前部与土壤的摩擦力