Порядок проектирования плавучего терминала

Элементы SALM – плавучий корпус (кессон, бочка), якорная связь (канат, цепь), якорь-база. Применяется для большой глубины моря (более 40-60м)

Элементы СALM – плавучий корпус (кессон, бочка), якорные связи (цепи), якоря-сваи (при необходимости). Применяется для небольшой глубины моря (до 40-60м)

Элементы SFM (полуплавучего) – плавучий корпус (колонна), якорные связи (при необходимости), база-шарнир (свайная). Применяется для небольшой глубины моря (до 50-60м)

Как правило, FPSO (длительная стоянка) или танкеры (загрузка нефтью), ошвартованные к терминалу, имеют систему динамического позиционирования, которая справляется с «медленными» (низкочастотными) относительно небольшой величины воздействиями (ветер, течение, силы волнового дрейфа). Волновые силы относительно большой амплитуды и небольшого периода вызывают совместную горизонтальную качку судна и терминала с размахом не более высоты волны и, соответственно, вызывают перемещения и усилия в швартовых не более допустимых. Для работы в ледовых условиях плавучие терминалы не предназначены.

Параметры терминала определяются последовательными приближениями в следующем порядке.

1) Задаются в первом приближении клиренс, осадка, размеры и полный объем плавучего корпуса, и, затем, определяется масса корпуса ОЧ, используя таблицу 2.1;

Примечание. Для учета влияния вертикальной реакции ЯСУ в весовой нагрузке R_ЯСУ суммируется с весами, при этом аппликата точки приложения R_ЯСУ соответствует аппликате (клюзов) точек закрепления связей ЯСУ.

2) Составляются и решаются уравнения весов и моментов для сооружения:

Уравнение весов для расчета плавучести

Gterm = Gвс + Gоч

Gterm + R_ЯСУ= rgV (закон Архимеда)

Уравнение моментов веса для расчетов остойчивости (ц.т.)

GtermZg = GвсZgвс+GочZgоч

Zgf= (GtermZg + R_ЯСУZкл)/(Gterm+R_ЯСУ)

где rgV – сила Архимеда, МН,

rg - удельный вес воды, МН/м³ (от 0,0098 до 0,0101)

R_ЯСУ – вертикальная реакция ЯСУ, МН

Zg – аппликаты центра тяжести терминала, м

Zc – аппликаты центра величины, м

Zкл – аппликата точек закрепления (клюзов) ЯСУ, м

Zgf - аппликаты центра тяжести терминала с учетом реакции ЯСУ, м

Результаты решения уравнений весов и моментов (расчет весовой нагрузки) в практике проектирования принято представлять по форме таблицы 6 (так же, как в п. 2.4.2):

Для плавучих терминалов SALM и СALM т выполняется расчет гидростатических характеристик для 2-4 осадок, который представляется в таблице по форме (как и для плавучих платформ):

Таблица 2.6. Расчет гидростатических характеристик

Осадка Т,м	SWL, м2	V, м3	Zc, м	М, т (с учетом принимаемого балласта)	Zg, м	r =J/V, м (метацентрический радиус)	Rясу, кН, (вертик. реакция ЯСУ)	h= (Zc+ r- Zg), м (метацентрическая высота)
Примечание. «Кажущийся» центр тяжести образуется при интерпретации реакции ЯСУ как приложенного веса.

В таблице 2.6 показан алгоритм расчета гидростатических характеристик сооружения при его погружении/всплытии, в т.ч., получения изменения метацентрической высоты в процессе вариаций осадки (построчно). В столбцах включены следующие параметры, соответствующие текущей осадке (левый столбец):

Т, м – текущая осадка

S_WL, м² – площадь ватерлинии

V, м³ – текущее водоизмещение

Zc, м – аппликата центра величины для текущей осадки

М, т – масса сооружения с текущей осадкой с учетом принимаемого балласта

Zg, м – аппликата центра тяжести

r =J/V, м - метацентрический радиус

Rясу, кН, - вертикальная реакция ЯСУ

h= (Zc+ r- Zg), м -метацентрическая высота при текущей осадке

Восстанавливающий момент определяется по метацентрической формуле:

М_ВОССТ = rgVh sinθ

где θ – угол наклона оси плавучего корпуса ОЧ к вертикали

Шаг по осадке (в левом столбце) определяется как примерно десятая часть полного изменения осадки, но в районе резкого изменения площади ватерлинии шаг должен быть уменьшен, чтобы не упустить момент возникновения минимальной остойчивости. Допускается временной появление небольшой отрицательной метацентрической высоты в процессе погружения при условии последующего перехода в положительную часть диаграммы остойчивости.

Уравнения весов и моментов вместе с расчетом плавучести и остойчивости удобно решать последовательными приближениями, одновременно с шагами по определению реакции ЯСУ.

Для полуплавучего терминала типа SFM восстанавливающий момент определяется по формуле

М_ВОССТ = [rgV(Z_С + r) - G_очZg] sinθ

где G_оч – вес плавучего корпуса ОЧ, кН

3) По результату определения центра тяжести сооружения по уравнению моментов рассчитывается величина начальной метацентрической высоты, которая должна быть не менее 1 м при проектной осадке и не менее 0,3 м при других осадках. При избыточности (недостаточности) водоизмещения или метацентрической высоты уменьшите (увеличьте) поперечные размеры корпуса сооружения (или водоизмещение FPU или FPSO) и выполните расчеты для второго приближения.
2.10.3 Определение характеристик ЯСУ терминала

Одновременно с решением уравнений весов и моментов необходимо определить характеристики ЯСУ (число и длину связей, их расположение и точки закрепления). Для определения и проверки необходимо выполнить расчет (и моделирование в динамике) по одной из сертифицированных программ, предназначенных для проектирования заякоренных сооружений. Удобной, доступной и апробированной программой, сертифицированной Регистром РФ является “Anchored Structures” (СПб ГПУ). При отсутствии возможности применения программ можно использовать упрощенный подход, изложенный ниже. Целесообразно выполнять расчет в следующей последовательности.

SALM.

Определение вертикальной реакции системы заякорения (ЯСУ) и необходимой держащей силы якоря-базы

Определяются главные погодные нагрузки в первом приближении (вертикальные и горизонтальные силы от волны, течения, ветра льда, см. раздел 3). Учитывается, что ОЧ SALM и CALM при движении на сильном волнении отслеживают поверхность моря, т.е., качаются вместе с волной, а якорные связи отслеживают прилив/отлив.

Для расчета ЯСУ SALM применяются следующие ограничения:

- не допускается ослабление (с провисанием) якорной связи;

- не допускается достижение предела текучести в натянутой связи (с заданным КБ=1,5);

- не допускается отрыв гравитационного или свайного якоря-базы от грунта дна моря.

Применяются следующие формулы:

Начальное натяжение должно быть не менее Т₀> - Р_ZB

Вертикальная реакция ЯСУ SALM определится как

R_ЯСУ= [Р_ZB.+ M(1+k₃₃) a_B]

где Р_ZB – максимальная волновая сила при полном перекрытии ОЧ волной, кН

M – масса ОЧ, т

k₃₃ – коэффициент присоединенной массы в вертикальном направлении,

a_B= z_Вω² – амплитуда вертикального ускорения волны, м/с²,

ω частота волны, 1/с

Отсутствие отрыва якоря- базы от дна определится как:

- для гравитационного якоря

G_Я > 1,5 R_ЯСУ

где G_Я – вес якоря, кН

- для свайного якоря

ΣР_сваи >1,5 R_ЯСУ

где Р_сваи – держащая сила одной сваи, кН

CALM.

Определение калибра и числа цепей для ЯСУ

Основной принцип обеспечения устойчивости CALM – недопущение полного подъема и отрыва цепей от грунта дна моря. Поэтому (при упрощениях) проверяются два условия:

1) длина участка цепи на дне должна превосходить в 1,5 раза суммарный максимальный подъем воды (с учетом прилива). Тогда минимальная активная длина цепи определится по формуле:

l = Z + 1,5 (Н_ПР + z_В)

где Z – возвышение клюзов ЯСУ над дном моря при спокойной воде, м

Н_ПР – высота прилива, м

z_В – максимальное возвышение волны, м

2) ни одна из цепей не должна полностью вытягиваться (отрываться от дна) при максимальном горизонтальном усилии (от волны, течения, танкера) с КБ=1,5.

Как видно из упрощенной схемы рисунка 5, длина связи определяется соотношением:

где - смещение сооружения, м

Х₀ – проекция связи на дно до приложения силы, м

l – длина связи, м

z– вертикальное расстояние от клюзов до дна моря, м

КБ=1,5

Обычно принимают допустимое смещение как 15% от глубины моря ( =0,15 z).

Характеристики ЯСУ должны обеспечить:

- прочность якорных связей с коэффициентом безопасности не менее 1,65 – для безледных условий, и не менее 2,0 – для ледовых условий.

Натяжение связей определяется из соотношения при противостоянии горизонтальной нагрузке:

где – горизонтальная сила, МН

– натяжение i-той связи после приложения силы,

– угол между горизонтальной проекцией связи и направлением силы

- угол между направлением связи у точки крепления к корпусу и вертикалью

R₀ α₀ и β₀ – те же параметры до приложения силы

3) Для FPSO, ошвартованного у терминала необходимо выбрать и проверить на прочность швартовную связь, соединяющую FPSO с турелью (поворотным столом терминала), для чего выполняется расчет погодных нагрузок на FРSO.