單點系泊FPSO艏向角分析方法

張陽，劉波

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

FPSO單點系泊系統與傳統擴展式系泊系統的主要差別在于所系泊浮體是否具備風向標效應。風向標效應是指在受到風、浪、流聯合作用時，FPSO可繞單點轉塔旋轉轉向所受環境合力最小的位置。在實際環境條件下，由于FPSO單點系泊系統的風向標效應，FPSO艏向不斷變化，并趨向于最小環境載荷位置，最終形成相對平衡[1,2]。

假設FPSO對地靜止，此時環境波浪入射角及對應的波浪參數可用于FPSO的運動性能及結構強度校核。因此進行FPSO結構設計及運動性能分析，需要將全局坐標系下的環境波浪入射角及對應的波浪參數轉化到FPSO局部坐標系[3,4]。鑒于傳統擴展式系泊系統的特點，浮體艏向相對固定，全局坐標系中環境波浪入射角及波浪參數可直接用于局部坐標系進行設計分析，即環境波浪極值設計法。單點系泊FPSO由于其風向標特性，FPSO艏向不斷變化，即FPSO局部坐標系下船體波浪入射角與整體坐標系下環境波浪入射角不一致。直接采用環境波浪極值設計法進行設計，會導致FPSO結構設計過于保守，提高FPSO建造成本；而FPSO運動性能失真，會提升FPSO設備、設施能力需求，最終增加FPSO總體造價。

本文研究的目的是通過艏向角分析解決風向標效應下，單點系泊FPSO船體波浪入射角求解難題，作為設計輸入使FPSO的結構設計及運動性能評估更符合工程實際。

1 單點系泊FPSO艏向角分析理論

單點系泊FPSO平衡艏向求解是艏向角分析的核心內容。建立FPSO單點系泊分析模型后，對每個實際的環境工況，進行3h時域系泊分析，求解每一時間步長下，風、浪、流聯合作用的FPSO轉塔合力矩M。……