CALM系统漂浮软管动力响应数值模拟及优化

[目的]漂浮软管是海上输送原油的关键设备,其运行的可靠性及安全性对原油外输的效率影响非常大。由于海洋环境、作业船舶及软管自身长度等因素的影响,外输软管会出现不同的水动力响应,增大原油输送中的风险。[方法]采用数值模拟方法,对悬链浮筒式系统(Catenary AnchorLeg Mooring,CALM)系统外输漂浮软管进行动力响应分析及优化设计研究,以单点系泊系统中漂浮软管为研究对象,利用OrcaFlex软件建立穿梭油轮-漂浮软管-浮筒的耦合响应模型,对漂浮软管总长、浮筒与穿梭油轮的间距、艏管连接角度、艉管连接角度等影响软管动力响应的因素进行分析,考虑最小化软管的有效张力及曲率,优化软管设计变量。[结果]随着软管总长的增加及浮筒与穿梭油轮的间距缩小,漂浮软管的最大有效张力先减小后增加,而弯矩及曲率一直增加;随着艏管连接角度增大,最大有效张力先减小后增大,而随着艉管连接角度增大,最大有效张力先减小后增大再减小,弯矩及曲率变化趋势各有不同。选择合适的软管总长、浮筒与穿梭油轮的间距、艏艉管连接角度对外输软管动力响应优化十分重要。随后采用遗传算法对漂浮软管构型进行优化,以最小化软管的有效张力及曲率为目标进行多目标优化设计,得出软管动力响应最优配置方案。[结论]研究结果可为外输软管的整体设计与构型优化提供工程指导。(图10,表5,参20)