FPSO单点系泊系统的钢缆设计与优化
系泊系统的设计-系泊系统数学建模
系泊系统的设计:系泊系统数学建模系泊系统的设计摘要本文对系泊系统的设计问题进行了分析，给出合理的假设，建立优化模型，巧妙地解决了题目中所提出的问题。
针对问题一，首先采用集中质量的多边形近似法对单点系泊系统进行静力学分析，结合单点浮标系统特性，建立单点浮标的静力学模型，并对其算法进行改进，使算法能够迭代修正浮标受到的浮力。
其次通过适当的假设列出平衡方程并求解，得出锚链各节点处张力的递推公式，利用MATLAB软件迭代验证，最后得到了较为准确的结果。
针对问题二，基于问题一建立的模型，得出在题设条件下，浮标系统已不处于最优工作状态，须通过改变重物球来对系统进行调节。
计算出临界条件下重物球的质量，利用MATLAB 拟合得到的重物球重力与钢桶倾斜角度之间的关系曲线，得出对重物球进行调整的范围。
针对问题三，首先求得极端环境条件下钢桶倾角仍满足约束条件时候的重物球质量，然后通过合理的假设，在问题一建立的模型基础上，改变算法的迭代约束条件，从而得出不同情况下钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。
关键词：系泊系统；集中质量的多边形近似法；MATLAB；迭代一、问题的重述1.1问题的背景随着各国不断加大对海洋事业的投入以及不断深入对海底观测领域的探索，各海洋研究机构和海洋管理部门都相继建立了符合自身业务需求的海洋观测系统，其中浮标系统、系泊系统和水声通讯系统组成了近浅海观测网的传输节点。
而影响其系泊系统工作效果的因素很多，例如水流力、海风和水深等。
系泊系统的设计问题就是根据这些影响因素确定锚链的型号、长度和重物球的质量，使得系泊系统处于最佳工作状态。
从国家海洋资源战略角度来讲，研究各因素对系泊系统的不同影响显得尤为重要。
1.2问题的提出问题一：将该型传输节点布放在水深18m、海床平坦、海水密度为1.025×103kg/m3的静止海域时，选用II型电焊锚链22.05m，质量为1200kg的重物球，分别计算海面风速为12m/s和24m/s时钢桶和各节钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。
单点系泊和浮式生产系统
工作原理与流程比较
单点系泊系统工作 原理：通过单点系 泊装置将海上油气 田与浮式生产储油 装置连接起来，实 现油气的收集、处
理和储存。
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浮式生产系统工作 原理：通过浮式生
产储油装置 （FPSO）与海底 管道连接，将油气
从海底输送到 FPSO进行处理和
储存。
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单点系泊与浮式生 产系统流程比较： 单点系泊系统流程 相对简单，但需要 海底管道连接；浮 式生产系统流程相 对复杂，但可以实 现海上油气田的全
市场拓展计划
拓展目标：将单点系泊和浮式生产系统应用于更多领域，提高市场占有率 拓展策略：加强技术研发，提高产品质量和性能；加强市场营销，提高品牌知名度 拓展计划：制定详细的拓展计划，包括市场调研、产品研发、市场营销等环节 拓展保障：加强人才培养和引进，提高企业核心竞争力
制定长期发展目标
战略规划
拓展市场和业务领域
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加强技术创新和研发
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建立良好的合作关系和联盟
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海洋工程设施建设 优势
优势
灵活性高：可以根据实际需求进行快速部 署和调整
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经济性好：相对于固定式平台，建设成本 和维护成本较低
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单点系泊与浮式生产系 统的比较
结构与组成比较
单点系泊系统的结构与组成 浮式生产系统的结构与组成 两者在结构与组成上的异同点 优缺点分析
结构与组成
结构：单点系泊 系统由系泊浮筒、 锚链、锚、锚绞 车、系泊绞车等
组成
组成：系泊浮筒是 单点系泊系统的核 心，锚链连接系泊 浮筒和锚，锚绞车 用于起锚和抛锚， 系泊绞车用于系泊
内转塔单点系泊监测系统标准化及应用
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Ｍ ｕｖ ２０１ ８ Ｖｏ１．３４ Ｎ０．５
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功 能
风 速 、风 向测 量
海 洋环 境 监 测模 块 来自波 浪 参 数 测 量
剖 面 流 速 和 流 向测 嫩
ＦＰＳＯ运 模 块
动
和
单
点
定
位
监
ＦＰＳＯ艏 测 ＦＰＳＯ运
FPSO 介绍
油田范围内水深20—24.5mCFD-11油田由中国海洋石油总公司、科麦棋公司和Oltro peotrolum公司合作开发，柯麦棋担任作业者，渤海公司作为承包商，为作业者提供海洋石油112号FPSO及人员服务。
油田开发采用分期开发的方案，一期工程由一座井口平台，一座集输平台，海管，软钢壁单点系泊装置及一艘FPSO组成。
一期工程已于2004年7月16日投产，并于8月13日外输第一船原油.二期工程也正在积极的畴备之中。
浮式生产储油外输装置由一艘浮式生产储油外输轮和一个单点系泊组成。
海洋石油112号FPSO由渤海公司负责组织建造，建成后出租给作业者使用。
该FPSO 设计建造周期仅为22个月，这在世界FPSO建造史上是史无前例的。
海洋石油112号FPSO总长270m，宽50m，型深24m，双底双壳结构，载重量15万吨，设计寿命25年，日最大原油处理能力12，720m3，最大年原油处理能力为400万吨。
海洋石油112号FPSO主要由原油分离与处理、生产水处理装置、外输系统、热介质系统、动力模块、生活楼、轮机舱和公用设施舱、原油储存和污油水舱、压载舱、注水系统、直升机坪、货物卸放区，甲板吊机、火炬，系泊支承等结构组成；此外，海洋石油112号FPSO还拥有庞大而复杂的电力和管系等系统。
1、单点系泊装置海洋石油112号FPSO的单点系泊系统采用APL公司设计制造的可解脱SYS系统，水下软钢臂固定塔式系统，该系统是首次在渤海湾海域使用，最大的特点是具有良好的安全性和经济性。
它能将FPSO系泊在指定位置，允许其在风浪流作用下产生风向标效应，围绕单点作360度旋转，同时为FPSO和井口平台之间提供海管和电缆的界面，井液、注水和高压电通过单点的滑环在FPSO与井口平台之间传输，整个系统由YOKE，系泊塔、跨接软管和柱基等主要构建组成。
2、工艺系统原油由井口生产平台通过海底生产管线到井口集输平台，再输送到单点和FPSO。
在役单点系泊FPSO新增柔性立管的安装技术及应用
0 引言柔性立管是连接海底管线与FPSO的通道，是海底管线的重要组成部分。
对于新建FPSO来说，柔性立管的安装属于常规作业。
由于油田后续开发的需要，已在位的FPSO需要接入新的柔性软管，以扩大整个油气田的生产规模，这时新增柔性立管的安装就需要采用不同的方法。
为了缩短安装周期，减少对油田生产的影响，往往存在许多的限制，如何安全快速地完成立管安装就成为技术难题。
该文以FPSO“海洋石油118”新增柔性立管的安装为例，对已在位的FPSO，如何快速完成新增立管的安装进行阐述。
1 APL型单点和柔性立管系统单点系泊系统SPM（Single point mooring system）的主要作用是将FPSO定点系泊在作业海域，FPSO可围绕单点浮筒自由旋转并具有风向标效应，在风浪流作用下FPSO在役单点系泊FPSO新增柔性立管的安装技术及应用傅文志 薛大智 刘耀江 彭海玲 王 昭（深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067）摘 要：单点系泊FPSO新增柔性立管的安装不同于FPSO就位前的新立管安装，其安装处于油田生产阶段，FPSO在位不解脱，因此安装工作必须尽可能地减少对油田生产的影响。
“海洋石油118”新增柔性立管的安装是国内首例在APL型单点系泊 FPSO不解脱、滑环组不移位情况下完成的动态立管铺设及提拉进入单点舱的安装作业。
其安装方法工程量较小，安装周期和停产时间短，对油田生产影响小，非常具有借鉴意义。
关键词：APL；在役单点系泊；FPSO；不解脱；柔性立管；安装技术中图分类号：U 653.2 文献标志码：A系统油路的最低点或相对低点开始注油，所以根据车辆设备、管路设置情况，我们选择系统中的最低点——液压控制单元压力测试接口K和辅助缓解单元压力测试接口KH 为排空注油的注油口与管路清洗注油设备出油口相连，系统中的最高点——制动夹钳的主压力测试口和辅助压力测试口为回油口与管路清洗注油设备回油口相连。
基于模糊Petri网络的FPSO单点多管缆干涉风险评估
㊀㊀文章编号：１００５⁃９８６５（２０２２）０１⁃００１０⁃１１基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络的ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险评估余建星１，２，曾庆泽１，２，余㊀杨１，２，陈海成１，２，吴世博１，２，范海昭１，２（１．天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津㊀３０００７２；２．天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室，天津㊀３００３５０）摘㊀要：ＦＰＳＯ单点系泊系统水下管缆众多，受环境等因素影响，管缆容易发生拉伸㊁扭转㊁弯曲和碰撞，引发干涉现象，危及工程安全㊂针对ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险，提出了基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络的风险评估方法㊂首先，辨识风险因素来构建风险评估指标体系，并转化为模糊Ｐｅｔｒｉ网模型；其次，采用层次分析法确定风险因素的常权重，并引入模糊置信结构来提高专家主观评价的准确性；然后，将变权理论与模糊推理算法相结合来迭代求解库所可信度和状态矩阵；最后，以南海某内转塔式ＦＰＳＯ为例进行了风险评估㊂结果表明：该ＦＰＳＯ的风险评估等级为中等，环境与设备因素是影响管缆干涉的主要因素㊂通过风险排序结果对综合评估值较高的风险指标提出了风险控制措施，可有效降低管缆干涉风险发生的概率与危害㊂关键词：ＦＰＳＯ单点系泊系统；管缆干涉；模糊Ｐｅｔｒｉ网；风险评估中图分类号：Ｐ７５１；ＴＥ５８㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．１６４８３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５⁃９８６５．２０２２．０１．００２收稿日期：２０２１⁃０１⁃１３基金项目：国家重点研发计划资助项目（２０１８ＹＦＣ０３１０５０２）；国家自然科学基金面上项目（５１７７９１７３）作者简介：余建星（１９５８⁃），男，福建泉州人，博士，教授，主要从事海洋结构可靠性㊁风险评估方面的研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｊｘ２０００＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ通信作者：余㊀杨（１９８８⁃），男，博士，副教授，主要从事海洋结构可靠性㊁水动力分析的研究工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙａｎｇ．ｙｕ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎＲｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆＦＰＳＯｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔＹＵＪｉａｎｘｉｎｇ１，２，ＺＥＮＧＱｉｎｇｚｅ１，２，ＹＵＹａｎｇ１，２，ＣＨＥＮＨａｉｃｈｅｎｇ１，２，ＷＵＳｈｉｂｏ１，２，ＦＡＮＨａｉｚｈａｏ１，２（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＳａｆｅｔｙ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｒｔａｎｄＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＦＰＳＯｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｍａｎｙｒｉｓｅｒｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ．Ａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｉｓｅｒｓａｒｅｐｒｏｎｅｔｏｓｔｒｅｔｃｈ，ｔｗｉｓｔ，ｂｅｎｄａｎｄｃｏｌｌｉｄｅ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｃａｕｓｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｅｎｄａｎｇｅｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓａｆｅｔｙ．ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｒｉｓｋｏｆｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆＦＰＳＯｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｂｙｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｔｈｅｒｉｓｋｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄｗａｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｏａｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔｍｏｄｅｌ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅＡＨＰｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｗｅｉｇｈｔｏｆｒｉｓｋｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄｆｕｚｚｙｂｅｌｉｅｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｔｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｗｅｉｇｈｔｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｆｕｚｚｙｒｅａｓｏｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｗｅｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｔｏｉｔｅｒａｔｉｖｅｌｙｃｏｍｐｕｔｅｔｈｅｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙｏｆｐｌａｃｅａｎｄｔｈｅｓｔａｔｅｍａｔｒｉｘ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈａｎｉｎｔｅｒｎａｌｔｕｒｒｅｔＦＰＳＯｉｎｔｈｅＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＳｅａ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅＦＰＳＯｉｓｍｅｄｉｕｍ，ａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆａｃｔｏｒａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆａｃｔｏｒａｒｅｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｉｓｋｒａｎｋｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｒｉｓｋｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｔｈｅｒｉｓｋｉｎｄｅｘｅｓｗｉｔｈａｈｉｇｈｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｖａｌｕｅｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈａｒｍｏｆｔｈｅｒｉｓｋｏｆｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＰＳＯｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔ；ｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ在波㊁流和浮体运动等作用下，海洋管线的水下形态会发生变化，使管线受到不同程度的拉伸㊁扭转㊁第４０卷第１期２０２２年１月海洋工程ＴＨＥＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．４０Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０２２弯曲和挤压，并与周围管线相碰撞，引发干涉现象㊂干涉现象的发生容易使管线相互缠绕，周期性的碰撞也会造成管线的磨损㊁疲劳与断裂，危及工程安全㊂ＦＰＳＯ内转塔式单点系泊系统水下管缆众多，如系泊缆㊁立管㊁电缆等，在作业过程中，错综复杂的管汇受多种因素影响容易产生干涉风险，影响ＦＰＳＯ系泊能力，并对人员生命安全和设备财产安全造成危害㊂因此，对ＦＰＳＯ进行管缆干涉问题的安全性研究具有重要意义㊂在管缆干涉问题的研究上，ＤＮＶ⁃ＲＰ⁃Ｆ２０３规范［１］对相邻立管的间距作出了规定以保证不发生碰撞；ＡＰＩＲＰ２ＲＤ［２］指出，上游立管产生的尾流会使作用在下游立管的流速减小，导致相邻立管的间距变小并引发碰撞；裴晓梅等［３］研究了拖曳力系数㊁单位长度质量㊁外径等参数对非黏接柔性立管干涉的影响；Ｈｅ等［４］提出了一种基于碰撞允许原理的立管干涉概率评估方法；Ｂａｉ等［５］研究了脐带缆与立管间的干涉，发现水深㊁浪向和管长对干涉具有不同影响；何杨等［６］根据ＤＮＶ规范介绍了深水立管干涉的分析方法，总结了影响立管干涉的因素；康庄等［７］通过建立干涉分析非线性时域模型，研究了浪流方向对立管干涉的影响㊂上述学者对管缆干涉的研究多集中在数值模拟和力学分析上，还鲜有对管缆干涉风险进行定量评估与分析，而针对ＦＰＳＯ单点系泊系统多管缆干涉的风险评估更是空白，不仅缺乏对风险源的全面辨识，还缺乏系统的管缆干涉风险评估体系㊂鉴于ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险评估研究方面的不足，提出了一种基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络（ＦｕｚｚｙＰｅｔｒｉＮｅｔ，简称ＦＰＮ）的定量风险评估方法，利用Ｐｅｔｒｉ网络的并行计算能力来处理各级风险因素之间的关系，以此建立了一套系统的ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险评估流程㊂首先通过识别ＦＰＳＯ单点多管缆干涉的风险因素建立了一个多层次的风险评估指标体系，并根据模糊Ｐｅｔｒｉ网理论转换为ＦＰＮ模型㊂考虑到传统模糊语言评价方法存在的不足，采用三种形式的模糊置信结构来表示专家的主观评价以提高准确性㊂将变权理论引入到模糊推理算法中，综合采用层次分析法和变权理论确定风险指标的权重值，令权重根据实际工程情况进行动态变化，最后通过模糊推理算法迭代求解库所可信度和状态矩阵，并计算各级指标的综合评估值㊂通过上述风险评估流程对南海某内转塔式ＦＰＳＯ的单点多管缆干涉风险进行了实例评估，得出了该ＦＰＳＯ的风险评估等级，由风险排序找出其中的薄弱环节并提出相应的控制与预防措施，以降低风险发生概率并提高安全性㊂１㊀风险评估指标体系建立辨识风险因素是风险评估的首要环节㊂因目前有关管缆干涉风险评估的研究较少，且缺乏相关事故案例可供参考，使风险辨识的难度加大㊂这里从管缆干涉的致灾机理出发，通过调研单点系泊系统的失效模式［８］与管缆干涉研究［３⁃７］的相关文献，并咨询领域专家的意见，在遵循同一层次的各风险指标相互独立的原则上，建立了如图１所示的多层次风险评估指标体系㊂其中，最上层（目标层）是一级指标；中间层（准则层）是５个二级指标；最低层（指标层）是３０个三级指标㊂指标的具体描述见表１㊂图１㊀风险评估指标体系Ｆｉｇ．１㊀Ｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍ１１第１期余建星，等：基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络的ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险评估２１海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第４０卷表１㊀管缆干涉风险指标Ｔａｂ．１㊀Ｒｉｓｋｉｎｄｅｘｏｆｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ库所风险指标风险指标描述Ｐ１内孤立波内孤立波在传播时使海水发生强剪切流动，冲击管缆并施加剪切载荷，使管缆产生大变形Ｐ２台风台风作用下，管缆产生大变形和大位移，并导致系泊系统失效Ｐ３地震地震会影响土壤承载力，并对水下生产设施和系泊缆造成破坏Ｐ４应用水深过大应用水深过大，使水下管缆受上部结构的约束减小，更易发生弯曲和位移Ｐ５大浪大浪对船体造成冲击，使管缆产生大位移Ｐ６水生物扰动海中水生物扰动管缆Ｐ７突发强风所在海域突发强风，使ＦＰＳＯ船体发生运动，引动水下管缆Ｐ８海流流速过大海流流速过大使管缆受到的拖曳力变大，并使管缆产生涡激振动现象Ｐ９系泊缆失效系泊缆因腐蚀㊁疲劳等原因失效，影响系泊系统的可靠性Ｐ１０走锚走锚导致船舶拖锚位移Ｐ１１配重块丢失配重块随系泊缆运动及受到冲击时可能出现丢失情况，影响系泊可靠性Ｐ１２连接卸扣损坏连接卸扣损坏导致锚链脱落Ｐ１３锁紧装置破坏浮筒锁紧装置发生破坏导致浮筒下沉Ｐ１４连接器损坏水下连接器损坏，影响水下管线的连接Ｐ１５系挂装置损坏系挂装置包括支撑块和支撑螺栓发生损坏会影响管缆与单点浮筒间的连接Ｐ１６管缆间距过小管缆间距过小会直接提高管缆间产生干涉的风险Ｐ１７管缆数量过多管缆悬挂数量众多，增大干涉风险发生的可能Ｐ１８管缆布置不当管缆布置不当，存在相互跨越㊁交叉的情况Ｐ１９管缆过长管缆长度设计过长Ｐ２０构型设计不当管缆水中构型设计不当Ｐ２１截面刚度不足截面刚度不足使管缆在波㊁流作用下容易产生大变形Ｐ２２穿梭油轮碰撞穿梭油轮在进行外输作业时与ＦＰＳＯ发生碰撞Ｐ２３海上坠物过往船只或ＦＰＳＯ上坠落物体冲击管缆Ｐ２４船舶抛锚船舶抛锚冲击管缆Ｐ２５海上施工海上施工影响管缆正常运行Ｐ２６渔业活动渔网等捕鱼设备冲击㊁缠绕管缆Ｐ２７水下设备碰撞大型水下设备航行时与管缆发生碰撞Ｐ２８维护检查不当维护检查措施不当，无法及时排除隐患Ｐ２９安全教育缺乏缺乏安全教育，人员安全意识薄弱Ｐ３０应急处理不当缺乏应急处理预案，无法在风险发生后正确处置㊁及时控制２㊀模糊Ｐｅｔｒｉ网络模型２．１㊀模糊Ｐｅｔｒｉ网络理论Ｐｅｔｒｉ网络是一种有向网状结构模型，具有并行计算能力和矩阵运算能力，可描述异步㊁同步㊁并行等逻辑关系，后结合模糊理论形成模糊Ｐｅｔｒｉ网络，可用一个九元组来表示［９］：ＦＰＮ＝（Ｐ，Ｔ，Ｄ，Ｉ，Ｏ，Ｕ，α，Ｒ，Ｍ）㊂其中，Ｐ＝｛Ｐ１，Ｐ２， ，Ｐｎ｝是库所集，指ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险因素集合，Ｐｉ（１ɤｉɤｎ）为第ｉ个风险因素；Ｔ＝｛ｔ１，ｔ２， ，ｔｍ｝是变迁集，表示风险因素发生过程的集合，ｔｊ（１ɤｊɤｍ）表示第ｊ个风险因素发生过程；Ｄ＝｛ｄ１，ｄ２， ，ｄｎ｝为命题集合，与Ｐｉ相对应，Ｒ：ＰңＤ表示库所到对应命题的映射；Ｉ＝｛δｉｊ｝为输入矩阵，δｉｊɪ［０，１］，当库所Ｐｉ是变迁ｔｊ的输入库所时，δｉｊ＝１，否则δｉｊ＝０；Ｏ＝｛γｉｊ｝为输出矩阵，γｉｊɪ［０，１］，当库所Ｐｉ是变迁ｔｊ的输出库所时，γｉｊ＝１，否则γｉｊ＝０；Ｕ（ｔｊ）＝｛μｉｊ｝为变迁置信度矩阵，μｉｊɪ［０，１］指对于输出库所Ｐｉ，变迁ｔｊ的置信度，表示风险发展可能；α（Ｐｉ）＝｛ｗｉ｝为库所可信度矩阵，ｗｉɪ［０，１］是库所Ｐｉ存在风险的可信度，表示风险发生的可能性；Ｍ是ｎˑｑ阶的状态矩阵，表征风险因素的后果大小㊂Ｍ（０）为初始状态矩阵，元素ｍ０ｉｊɪ［０，１］是库所Ｐｉ在风险等级ｊ中的隶属度，ｎˑｑ即为ｎ个库所在ｑ个风险等级中的状态，Ｍ（ｋ）为迭代ｋ次的状态矩阵㊂２．２㊀模糊Ｐｅｔｒｉ网络模型建立模糊产生式规则用于表示风险因素的逻辑关系，分 与 规则和 或 规则两种［１０］㊂采用 或 规则进行表示：当任意三级指标风险发生，认为系统存在风险并将引起上一级风险发生㊂ 或 规则表示如下：Ｉｆｄ１（ｗ１）ｏｒｄ２（ｗ２）ｏｒ ｏｒｄｎ（ｗｎ），ｔｈｅｎｄｃ（ｗｃ）（ＣＦ＝μ１，μ２， ，μｎ），ｗｃ＝ｍａｘ（ｗ１μ１，ｗ２μ２， ，ｗｎμｎ）式中：ｄ１，ｄ２， ，ｄｎ为前提，ｄｃ为结论，ｗ１，ｗ２， ，ｗｎ为前提可信度，ｗｃ为结论可信度，μɪ［０，１］为规则置信度㊂采用 或 规则将指标体系转换为ＦＰＮ模型，以圆形表示库所㊁矩形表示变迁，二者通过有向弧进行连接，如图２所示㊂其中，库所Ｐ１ Ｐ３０表示三级指标，Ｐ３１ Ｐ３５表示二级指标，Ｐ３６表示目标层㊂图２㊀风险评估指标体系的ＦＰＮ模型Ｆｉｇ．２㊀ＦＰＮｍｏｄｅｌｏｆｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍ３㊀数据获取方法３．１㊀赋权方法赋权方法分为主观㊁客观和组合赋权三种㊂主观赋权法通过专家判断计算指标权重，适用于难以定量描述的指标，但权重受人为影响较大；客观赋权法根据指标信息进行计算，结果更客观，但具有一定机械性，过于依赖样本数据㊂组合赋权法［１０］综合采用主观和客观赋权，能够结合两者优点并弥补不足㊂３１第１期余建星，等：基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络的ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险评估４１海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第４０卷因目前关于管缆干涉风险评估的研究较少，缺乏足够的数据信息，且有些风险指标为定性指标，故难以通过客观赋权法计算风险因素权重㊂基于该考虑，采用层次分析法和变权理论来综合确定风险因素权重，通过专家经验进行判断，避免了数据不足的影响，并能根据实际工程情况进行变权，使权重分配更加合理㊂邀请了１０位海油工程的专家，相较于其他研究中邀请３ ５位专家的做法，能够减小个别专家意见存在较大出入而带来的影响㊂令１０位专家组成专家组，获得各级风险指标下的判断矩阵，由层次分析法计算风险因素的常权重㊂层次分析法具体步骤在此不做赘述，专家信息见表２㊂表２㊀专家信息Ｔａｂ．２㊀Ｅｘｐｅｒｔｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ序号教育程度工作年限／ａ职称研究领域１硕士１３高级工程师海底管道结构设计２学士２０高级工程师海底管道结构设计３硕士１３工程师海底管道与深水立管结构研究４硕士１５高级工程师海底管道与深水立管结构研究５学士１３工程师管道结构设计与管缆干涉技术研究６硕士１３高级工程师单点系泊系统设计与安装７硕士１０工程师单点系泊系统设计研究８硕士１４工程师ＦＰＳＯ连接与单点系泊系统安装９硕士１２工程师ＦＰＳＯ解脱连接与单点系泊系统维修改造１０硕士１４高级工程师ＦＰＳＯ解脱连接与单点系泊系统维修改造㊀㊀变权理论是相对于常权重而言的，分为惩罚型变权和激励型变权两类㊂在进行实际工程的风险评估时，对于某些评估值较高的指标，会对系统产生重大影响，需要进行重点关注㊂若采用常权重进行风险评估，将无法体现该指标的影响，导致评估结果与实际不符，降低评估的准确性㊂因此，采用变权理论对风险指标进行动态变权，令权重值随指标评估值的大小而变化，可使权重分配更科学合理，更符合实际情况㊂采用激励型状态变权向量［１１］来对常权重进行动态变权：{（１）Ｓ（ｘｉ）＝ｅａｘｉ（ｘｉȡａ）１（ｘｉ＜ａ）Ｖ（ｘｉ）＝Ｃ（ｘｉ）Ｓ（ｘｉ）ðｎｋ＝１［Ｃ（ｘｋ）Ｓ（ｘｋ）］（２）式中：Ｓ（ｘ）＝［Ｓ（ｘ１）㊀Ｓ（ｘ２）㊀ ㊀Ｓ（ｘｎ）］为激励型状态变权向量，满足Ｓ（ｘ）为单调递增的连续函数；ａɪ［０，１］，表示激励水平，在文中根据库所可信度的平均水平将ａ设为０．５；Ｃ（ｘ）＝［Ｃ１（ｘ１）㊀Ｃ２（ｘ２）㊀ ㊀Ｃｎ（ｘｎ）］为常权重向量；Ｖ（ｘ）＝［Ｖ１（ｘ１）㊀Ｖ２（ｘ２）㊀ ㊀Ｖｎ（ｘｎ）］为变权后的权重向量㊂３．２㊀模糊理论３．２．１㊀模糊置信结构将库所可信度和变迁置信度分为五个模糊评估等级：Ｈ＝｛Ｈ１１，Ｈ２２，Ｈ３３，Ｈ４４，Ｈ５５｝，表示 极低 低 中等 高 和 极高 ，在论域［０，１］内进行划分，模糊语言集见表３㊂但考虑到传统模糊语言评价无法跨越多个等级进行评估，如当专家认为指标的评估等级处于 低 到 中等 之间时，传统模糊语言评价无法进行表示㊂故提出三种形式的模糊置信结构［１２］来表示专家主观评价以提高评估准确性：１）独立式：置信结构形式为｛（Ｈｉｉ，１．０），ｉ＝１，２，３，４，５｝，表示指标模糊评估等级为Ｈｉｉ，隶属度为１．０㊂２）区间式：置信结构形式为｛（Ｈｉｊ，１．０），ｉ＝１，２，３，４，ｊ＝ｉ＋１， ，５｝，表示指标模糊评估等级在Ｈｉｉ到Ｈｊｊ之间，其对应的梯形模糊数为Ｈｉｉ与Ｈｊｊ所对应的梯形模糊数的综合㊂３）分布式：置信结构形式为｛（Ｈｉｉ，γｉｉ），ｉ＝１，２，３，４，５｝，γｉｉ表示模糊评估等级Ｈｉｉ的隶属度，ð５ｉ＝１γｉｉ＝１㊂表３㊀模糊语言集Ｔａｂ．３㊀Ｆｕｚｚｙｌａｎｇｕａｇｅｓｅｔ评估等级类㊀别梯形模糊数１极低（０．０，０．０，０．１，０．２）２低（０．１，０．２，０．３，０．４）３中等（０．３，０．４，０．６，０．７）４高（０．６，０．７，０．８，０．９）５极高（０．８，０．９，１．０，１．０）３．２．２㊀加权综合与去模糊化对于指标Ｐｎ，令专家Ｚｍ（ｍ＝１，２， ，Ｍ）以三种形式的模糊置信结构进行评价，得到专家Ｚｍ的评价为：Ｇｍｎ＝｛Ｈｉｊ，γｍｉｊ（Ｐｎ），ｉ㊁ｊ＝１，２，３，４，５，ｉɤｊ｝（３）式中：γｍｉｊ（Ｐｎ）为专家Ｚｍ的评估语言中等级Ｈｉｊ的隶属度㊂结合专家权重βｍ（ｍ＝１，２， ，Ｍ）将Ｍ位专家的评价结果进行加权综合，形成一个综合置信结构：Ｇｎ＝｛Ｈｉｊ，γｉｊ（Ｐｎ），ｉ㊁ｊ＝１，２，３，４，５，ｉɤｊ｝（４）式中：γｉｊ（Ｐｎ）为综合隶属度，是Ｇｍｎ（ｍ＝１，２， ，Ｍ）中对应于等级Ｈｉｊ的各隶属度的加权和，可由下式获得：γｉｊ（Ｐｎ）＝ðＭｍ＝１［βｍγｍｉｊ（Ｐｎ）］（５）之后将综合置信结构转换成梯形模糊数Ｒ＝（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４），其标度值Ｒｋ（ｋ＝１，２，３，４）可由下式取得：Ｒｋ＝ð５ｉ＝１ð５ｊ＝ｉ［ｒｋ（Ｈｉｊ）ˑγｉｊ（Ｐｎ）］㊀㊀（ｋ＝１，２，３，４）（６）式中：ｒｋ（Ｈｉｊ）（ｋ＝１，２，３，４）为等级Ｈｉｊ对应的梯形模糊数的四个标度值㊂最后由重心法将Ｒ去模糊化，可得到指标Ｐｎ的评估值：Ｘ＝（ʏｆ（ｘ）ｘｄｘ）／（ʏｆ（ｘ）ｄｘ）（７）４㊀模糊推理算法利用模糊Ｐｅｔｒｉ网络的并行计算能力和矩阵运算能力，提出了库所可信度和状态矩阵推理算法，来迭代求解库所可信度与风险等级评估值，完成综合风险评估㊂４．１㊀库所可信度推理算法库所可信度推理算法［１３］基于模糊产生式 或 规则计算原理，具体推理步骤如下：第一步，定义两个推理算子：１）㊃：Ａ㊃Ｂ＝Ｃ，其中Ａ为ｎˑｐ维矩阵，Ｂ为ｐˑｍ维矩阵，Ｃ为ｎˑｍ维矩阵，ｃｉｊ＝ｍａｘ１ɤｋɤｐ（ａｉｋˑｂｋｊ）；２） ：Ａ Ｂ＝Ｃ，其中，ｃｉｊ＝ｍａｘ（ａｉｊ，ｂｉｊ），ｉ＝１，２， ，ｎ，ｊ＝１，２， ，ｍ㊂第二步，令迭代次数ｋ＝０，并确定初始库所可信度矩阵α（０）㊁变迁置信度矩阵Ｕ和权值矩阵Ｗ：其中，α（０）为ｎˑ１维矩阵，Ｕ为ｎˑｍ维矩阵，初始库所可信度和变迁置信度令１０位专家以三种形式的模糊置信结构对指标进行评价后由式（３） （７）计算获得，专家权重均为０．１；Ｗ为ｎˑｍ维矩阵，其元素Ｗｉｊ表示库所Ｐｉ对于变迁ｔｊ的权值，因采用模糊产生式 或 规则，若Ｐｉ是ｔｊ的输入库所，Ｗｉｊ为１，否则为０㊂第三步，计算等效模糊真值向量：５１第１期余建星，等：基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络的ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险评估Ｅ（ｋ＋１）＝ＷＴˑα（ｋ）（８）第四步，计算新的库所可信度矩阵：α（ｋ＋１）＝α（ｋ） ［Ｕ㊃Ｅ（ｋ＋１）］（９）若α（ｋ＋１）＝α（ｋ），则迭代结束，输出最终库所可信度矩阵；否则令ｋ＝ｋ＋１，重复第三步㊂４．２㊀状态矩阵推理算法在状态矩阵推理算法［１４］中引入变权理论，具体步骤如下：第一步，定义两个推理算子：１） ：Ｄ Ｂ＝Ｃ，其中Ｂ㊁Ｃ为ｎˑｍ维矩阵，Ｄ为１ˑｎ维矩阵，ｃｉｊ＝ｄｉˑｂｉｊ；２） ：Ａ Ｂ＝Ｃ，其中Ａ㊁Ｂ㊁Ｃ为ｎˑｍ维矩阵，ｃｉｊ＝ｍａｘ（ａｉｊ，ｂｉｊ），ｉ＝１，２， ，ｎ，ｊ＝１，２， ，ｍ㊂第二步，令ｋ＝０，并确定初始状态矩阵㊁输入矩阵㊁输出矩阵㊁常权重向量与风险等级向量㊂按照海洋石油工程风险的严重程度将ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险等级分为５个等级，令专家评估各风险因素发生的后果大小㊂定义风险等级向量Ｑ＝（０．２㊀０．４㊀０．６㊀０．８㊀１．０），（０㊀０．２］对应 极低 ，（０．２㊀０．４］对应 低 ，（０．４㊀０．６］对应 中等 ，（０．６㊀０．８］对应 高 ，（０．８㊀１．０）对应 极高 ㊂具体划分标准如表４所示㊂令专家评估库所Ｐ１ Ｐ３０的风险等级，结合专家权重得到风险等级评估向量［１５］，数据处理规则如下：若１０位专家在评估库所Ｐｉ的风险等级时，有５位专家评估为 中等 ，４位专家评估为 高 ，１位专家评估为 极高 ，则风险等级评估向量为（０㊀０㊀０．５㊀０．４㊀０．１）㊂综合所有风险等级评估向量可得初始状态矩阵㊂第三步，根据库所可信度对三级指标进行变权，激励水平ａ根据库所可信度的平均水平进行设定：Ｓｉ＝ｅａｗｉ（ｗｉȡａ）１（ｗｉ＜ａ）{（１０）Ｖｉ＝ＣｉＳｉðｎｋ＝１（ＣｋＳｋ）（１１）第四步，迭代计算变迁激发后的下一状态矩阵：Ｍ（ｋ＋１）＝Ｍ（ｋ） （Ｖ Ｏ）［ＩＴＭ（ｋ）］（１２）第五步，若Ｍ（ｋ＋１）＝Ｍ（ｋ），则迭代结束；否则令ｋ＝ｋ＋１，回到第四步重复计算，直至相等㊂第六步，计算库所的风险等级评估值：Ｄ＝Ｍ（ｋ）ＱＴ（１３）第七步，结合库所可信度计算综合评估值：ｆｉ＝ｗｉˑＤｉ（１４）表４㊀风险等级划分标准Ｔａｂ．４㊀Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｏｆｒｉｓｋｇｒａｄｅｓ风险等级类㊀别描㊀述１极低风险极小，可忽略２低风险较小，安全状况较好３中等有一定风险，安全状况一般４高风险较大，安全状况较差５极高风险极大，需高度重视进行规避５㊀实例分析现以南海某内转塔式ＦＰＳＯ单点系泊系统为例进行风险评估，对提出的方法进行验证说明㊂６１海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第４０卷５．１㊀库所可信度推理首先，确定初始数据㊂初始库所可信度矩阵α（０）与变迁置信度矩阵Ｕ表示如下：α（０）＝［０．６８５，０．４３８，０．２９１，０．４９８，０．８２６，０．５４５，０．８５１，０．７９９，０．６３３，０．４８５，０．６２３，０．４７３，０．５４，０．５６８，０．４２５，０．４９，０．４２８，０．２８５，０．３８８，０．３０，０．３２，０．２２３，０．４５，０．３５，０．２１６，０．３４０，０．２９３，０．４０５，０．４１３，０．２８３，０，０，０，０，０，０］ＴＵ＝｛μｉｊ｝３６ˑ３５，ｉ＝１，２， ，３６，ｊ＝１，２， ，３５㊂其中，μ３１，１＝０．７６９，μ３１，２＝０．９２２，μ３１，３＝０．９２２，μ３１，４＝０．７８３，μ３１，５＝０．７８４，μ３１，６＝０．５６８，μ３１，７＝０．７３０，μ３１，８＝０．８６６，μ３２，９＝０．９０５，μ３２，１０＝０．７３５，μ３２，１１＝０．８１６，μ３２，１２＝０．８７８，μ３２，１３＝０．８８８，μ３２，１４＝０．９０５，μ３２，１５＝０．８９６，μ３３，１６＝０．８８８，μ３３，１７＝０．８７９，μ３３，１８＝０．７９６，μ３３，１９＝０．７６２，μ３３，２０＝０．７９７，μ３３，２１＝０．８０８，μ３４，２２＝０．９２２，μ３４，２３＝０．５５３，μ３４，２４＝０．６６５，μ３４，２５＝０．９２２，μ３４，２６＝０．４９８，μ３４，２７＝０．８５３，μ３５，２８＝０．９０５，μ３５，２９＝０．７７９，μ３５，３０＝０．８６３，μ３６，３１＝０．８８８，μ３６，３２＝０．８５０，μ３６，３３＝０．８８８，μ３６，３４＝０．８０１，μ３６，３５＝０．７７７；其余元素为０㊂α（０）表示Ｐ１ Ｐ３０的库所可信度，Ｐ３１ Ｐ３６的库所可信度通过后续迭代得到；Ｕ表示ｔ１ ｔ３５的变迁置信度㊂通过迭代计算，得α（２）＝α（３），迭代结束，则最终库所可信度矩阵如下：α（２）＝［０．６８５，０．４３８，０．２９１，０．４９８，０．８２６，０．５４５，０．８５１，０．７９９，０．６３３，０．４８５，０．６２３，０．４７３，０．５４，０．５６８，０．４２５，０．４９，０．４２８，０．２８５，０．３８８，０．３０，０．３２，０．２２３，０．４５，０．３５，０．２１６，０．３４，０．２９３，０．４０５，０．４１３，０．２８３，０．６９２，０．５７３，０．４３５，０．２５０，０．３６７，０．６１４］Ｔ可知，环境㊁设备㊁管缆设计㊁第三方破坏和管理五个因素存在风险的可信度分别为０．６９２㊁０．５７３㊁０．４３５㊁０．２５０㊁０．３６７，而目标层ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险的可信度为０．６１４，说明环境与设备因素发生风险的可能性较高，并将引起管缆干涉风险的发生㊂５．２㊀状态矩阵推理首先，确定初始数据㊂常权重向量Ｃ与初始状态矩阵Ｍ（０）表示如下：Ｃ＝［ｃ１㊀ｃ２㊀ｃ３㊀ｃ４㊀ｃ５㊀ｃ６］ｃ１＝［０．１６７０，０．２７９８，０．０６１５，０．０３６４，０．１０３９，０．０４４６，０．１０３９，０．２０２８］；ｃ２＝［０．１７１２，０．０６６６，０．０７４５，０．１３１４，０．２４３１，０．１６９９，０．１４３４］；ｃ３＝［０．３３２４，０．２１００，０．１０８４，０．０７６６，０．１８２５，０．０９０１］；ｃ４＝［０．３３８６，０．０８３５，０．１２２１，０．１７８６，０．０５１９，０．２２５４］；ｃ５＝［０．１６３４，０．２９７０，０．５３９６］；ｃ６＝［０．３０９７，０．２６５９，０．２２１４，０．０７０１，０．１３２９］㊂其中，ｃ１㊁ｃ２㊁ｃ３㊁ｃ４㊁ｃ５㊁ｃ６分别表示五个二级指标和一级指标下的指标常权重㊂Ｍ（０）＝［ｍ１０㊀ｍ２０㊀ｍ３０㊀ｍ４０㊀ｍ５０㊀ｍ６０］Ｔｍ１０＝００．１０．４０．４０．１００００．２０．８０００．１０．３０．６００．１０．２０．４０．３０００．４０．４０．２０．２０．６０．２００００．１０．４０．４０．１０００．２０．５０．３éëêêêêêêêêêêêùûúúúúúúúúúúú；ｍ２０＝０００．２０．５０．３００．３０．３０．４０００．２０．３０．４０．１０００．３０．５０．２０００．１０．６０．３０００．３０．４０．３０００．４０．４０．２éëêêêêêêêêêùûúúúúúúúúú；ｍ３０＝０００．１０．５０．４０００．３０．５０．２００．２０．４０．３０．１００．２０．５０．３００００．３０．４０．３００．１０．４０．３０．２éëêêêêêêêêùûúúúúúúúú；ｍ４０＝００００．５０．５０．１０．６０．２０．１０００．２０．５０．３０００．１０．４０．４０．１０．３０．４０．３０００００．３０．５０．２éëêêêêêêêêùûúúúúúúúú；ｍ５０＝００．１０．２０．５０．２００．１０．３０．３０．３０００．２０．５０．３éëêêêùûúúú；ｍ６０＝００００００００００００００００００００００００００００００éëêêêêêêêêùûúúúúúúúú㊂设激励水平ａ为０．５，经模糊推理算法迭代，得Ｍ（２）＝Ｍ（３），迭代结束，最终状态矩阵如下：７１第１期余建星，等：基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络的ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险评估Ｍ（２）＝［ｍ１２㊀ｍ２２㊀ｍ３２㊀ｍ４２㊀ｍ５２㊀ｍ６２］Ｔｍ１２＝ｍ１０；ｍ２２＝ｍ２０；ｍ３２＝ｍ３０；ｍ４２＝ｍ４０；ｍ５２＝ｍ５０；ｍ６２＝０．００９０．０６１０．２３７０．３５８０．３３６００．０３３０．２４００．４８２０．２４５００．０４６０．２６９０．４２７０．２５９０．０２４０．１１３０．２３２０．３９８０．２３２００．０４６０．２３００．４４１０．２８４０．００５０．０５２０．２４４０．４２００．２８０éëêêêêêêêêùûúúúúúúúúｍ１ｋ㊁ｍ２ｋ㊁ｍ３ｋ㊁ｍ４ｋ㊁ｍ５ｋ表示各二级指标下的三级指标的风险等级评估向量，ｍ６ｋ表示５个二级指标和一级指标的风险等级评估向量，ｋ＝０，１，２，３为迭代次数㊂可知，ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险的评估向量为（０．００５㊀０．０５２㊀０．２４４㊀０．４２０㊀０．２８０），由式（１３）得管缆干涉风险的风险等级评估值为０．７８４，结合库所可信度得综合评估值为０．４８１，对应的风险评估等级为 中等 ㊂因此需要对其中的风险薄弱环节提出相应措施来进行预防与控制，进一步降低管缆干涉风险㊂５．３ 风险控制措施由模糊推理算法可得各级指标的综合评估值㊂图３所示为五个二级指标的综合评估值，可知ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险受到多种因素的综合作用，其中环境和设备因素的综合评估值较高，分别为０．５４７和０．４５１，说明这二者是影响管缆干涉的主要风险因素，需要对其重点关注㊂图３㊀二级指标综合评估值Ｆｉｇ．３㊀Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆｓｅｃｏｎｄａｒｙｉｎｄｅｘ图４㊀三级指标综合评估值Ｆｉｇ．４㊀Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｉｒｄ⁃ｌｅｖｅｌｉｎｄｅｘ图４为３０个三级指标的综合评估值，据此对三级指标进行风险排序，于表５列出了综合评估值大于０．４的１０个指标，对其提出风险控制措施如下：１）环境方面的主要风险因素包括海流流速过大㊁大浪㊁突发强风㊁内孤立波㊁台风，该结果符合南海海域实际状况㊂对此，可增设海上气象预报站，观测周边海域及时对气象情况进行监测㊁预警，并采取相应处置措８１海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第４０卷施；若出现台风等极端恶劣天气，可考虑解脱单点系泊系统，驶离海域来规避风险㊂２）管缆设计方面的主要风险因素是管缆间距过小㊂在设计时，应综合考虑规范要求㊁设计条件与当地海况，设计合适的管缆间距以避免间距过小，并在关键区域安装间隔框以保持足够间距㊂３）设备方面的主要风险因素包括系泊缆失效㊁连接器损坏㊁锁紧装置破坏㊁配重块丢失㊂对此，应对这些设备进行定期检查与维护，并及时更换失效与损坏的设备㊂此外，系泊缆失效主要由腐蚀㊁疲劳和磨损引起，应设定合适的腐蚀余量，提高系泊缆的抗腐蚀性能，做好防腐措施；减少系泊缆的初始缺陷，避免出现局部应力集中，延长疲劳寿命；定期清理链环中的异物，张紧锚链并重点关注锚链触地段易磨损区域，以防止磨损㊂对于配重块丢失问题，可直接焊接配重块或采用配重链替代配重块㊂表５㊀风险指标排序结果Ｔａｂ．５㊀Ｒａｎｋｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｉｓｋｉｎｄｅｘ５．４㊀对比分析鉴于文献［１０］和［１４］采用组合赋权法来确定风险因素的权重，将变权理论的赋权方法应用于文献［１０］和［１４］的案例中，分别与层次分析法和组合赋权法得到的结果进行对比，根据案例中的库所可信度平均水平，在变权向量中取激励水平ａ为０．８㊂因权重值不会影响三级指标的排序，仅对目标的综合评估值产生影响，采用各方法得到的目标综合评估值如表６所示㊂由表可知，通过变权理论得到的目标综合评估值相较于层次分析法更接近于组合赋权法得到的结果，说明在缺乏数据难以采用客观赋权法的情况下，通过指标的实际情况进行动态变权能够在一定程度上使结果更加客观准确，也证明了本文所提出方法的准确性㊂表６㊀对比结果Ｔａｂ．６㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔ案例层次分析法变权理论组合赋权法文献［１０］４．６４８４．５５１４．３６０文献［１４］３．９４８３．９６５４．３９０６㊀结㊀语针对ＦＰＳＯ单点系泊系统的多管缆干涉风险，提出了一种基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络的风险评估方法㊂综合考虑环境因素㊁设备因素㊁管缆设计因素㊁第三方破坏因素和管理因素５个方面来识别ＦＰＳＯ单点多管缆干涉的风险因素，建立了具有３０个三级指标和５个二级指标的多层次风险评估指标体系，并转换为ＦＰＮ模型，通过模糊推理算法对南海某内转塔式ＦＰＳＯ进行了单点多管缆干涉风险评估，得到的主要结论如下：１）采用三种形式的模糊置信结构表示专家的评估语言，克服了传统模糊语言评价的不足，使专家的模糊语言表示更加灵活准确，能够减小专家主观判断所产生的偏差㊂２）考虑到海洋环境与实际工程的复杂与多变，综合采用层次分析法和变权理论来确定风险因素的权重，在实例风险评估时可根据风险因素的库所可信度来对常权重进行动态变权，提高危险指标的权重值，在后续的模糊推理中突出其负面影响，使指标赋权更符合实际工程情况，克服固定权重的局限性，并通过对比９１第１期余建星，等：基于模糊Ｐｅｔｒｉ网络的ＦＰＳＯ单点多管缆干涉风险评估０２海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第４０卷分析，证明了该方法的可行性与准确性㊂３）通过实例分析，由模糊推理算法得到该ＦＰＳＯ的单点多管缆干涉风险综合评估值为０．４８１，对应风险评估等级为 中等 ，存在一定风险，需要采取适当措施㊂在二级指标中，环境与设备因素是影响管缆干涉的主要因素，其综合评估值分别为０．５４７和０．４５１，该结果符合ＦＰＳＯ的实际情况，验证了方法的可行性㊂在三级指标中，通过风险排序得到综合评估值大于０．４的指标共有１０个，对其提出了相应的风险控制措施，以降低管缆干涉风险的发生概率与严重程度㊂参考文献：［１］㊀ＤＮＶ⁃ＲＰ⁃Ｆ２０３，Ｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ［Ｓ］．ＤｅｔＮｏｒｓｔｅＶｅｒｉｔａｓ，２００９．［２］㊀ＡＰＩＲＰ２ＲＤ，Ｄｅｓｉｇｎｏｆｒｉｓｅｒｓｆｏｒｆｌｏａｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ（ＦＰＳｓ）ａｎｄｔｅｎｓｉｏｎ⁃ｌｅｇｐｌａｔｆｏｒｍｓ（ＴＬＰｓ）［Ｓ］．ＡｍｅｒｉｃａｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，２００６．［３］㊀裴晓梅，曹静，张恩勇，等．缓波型非粘接柔性立管的干涉敏感性［Ｊ］．船舶工程，２０２１，４３（２）：２０⁃２４．（ＰＥＩＸｉａｏｍｅｉ，ＣＡＯＪｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＥｎｙｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｕｎｂｏｕｎｄｅｄｆｌｅｘｉｂｌｅｒｉｓｅｒｗｉｔｈｌａｚｙｗａｖｅｔｙｐｅ［Ｊ］．ＳｈｉｐＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４３（２）：２０⁃２４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［４］㊀ＨＥＪＷ，ＬＯＷＹＭ．Ａｃｏｌｌｉｓｉｏｎ⁃ａｌｌｏｗｅｄａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ［Ｊ］．ＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，７６：２１⁃３１．［５］㊀ＢＡＩＹｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＤａｐｅｎｇ，ＺＨＵＫｅｑｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｕｍｂｉｌｉｃａｌｃａｂｌｅｕｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｗｉｔｈｒｉｓｅｒ［Ｊ］．ＳｈｉｐｓａｎｄＯｆｆｓｈｏｒｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１８：１⁃１３．［６］㊀何杨，孙国民，赵天奉．深水立管干涉分析研究［Ｊ］．中国海洋平台，２０１４，２９（４）：４６⁃５０．（ＨＥＹａｎｇ，ＳＵＮＧｕｏｍｉｎ，ＺＨＡＯＴｉａｎｆｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｄｅｅｐｗａｔｅｒｒｉｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＯｆｆｓｈｏｒｅＰｌａｔｆｏｒｍ，２０１４，２９（４）：４６⁃５０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［７］㊀康庄，张立，刘禹维，等．顶部张紧式立管干涉分析［Ｊ］．船舶工程，２０１５，３７（５）：９０⁃９３．（ＫＡＮＧＺｈｕａｎｇ，ＺＨＡＮＧＬｉ，ＬＩＵＹｕｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｏｐｔｅｎｓｉｏｎｅｄｒｉｓｅｒｓ［Ｊ］．ＳｈｉｐＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，３７（５）：９０⁃９３．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［８］㊀贺辙，孙丽萍，康济川，等．ＦＰＳＯ单点系泊系统失效数据库的设计与实现［Ｊ］．船海工程，２０１５，４４（６）：１２９⁃１３３．（ＨＥＺｈｅ，ＳＵＮＬｉｐｉｎｇ，ＫＡＮＧＪｉｃｈｕａｎ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｆａｉｌｕｒｅｄａｔａｂａｓｅｏｆｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒＦＰＳＯ［Ｊ］．Ｓｈｉｐ＆ＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，４４（６）：１２９⁃１３３．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［９］㊀高翔，祝跃飞，刘胜利，等．基于模糊Ｐｅｔｒｉ网的网络风险评估模型［Ｊ］．通信学报，２０１３，３４（Ｓ１）：１２６⁃１３２．（ＧＡＯＸｉａｎｇ，ＺＨＵＹｕｅｆｅｉ，ＬＩＵＳｈｅｎｇｌｉ，ｅｔａｌ．ＲｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１３，３４（Ｓ１）：１２６⁃１３２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１０］ＧＵＯＹａｎｂａｏ，ＭＥＮＧＸｉａｏｌｉ，ＷＡＮＧＤｅｇｕｏ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｌｏｎｇ⁃ｄｉｓｔａｎｃｅｏｉｌａｎｄｇａｓｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｐｉｐｅｌｉｎｅｓｕｓｉｎｇａｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｔｕｒａｌＧａｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，３３：１８⁃２９．［１１］李德清，李洪兴．状态变权向量的性质与构造［Ｊ］．北京师范大学学报（自然科学版），２００２，３８（４）：４５５⁃４６１．（ＬＩＤｅｑｉｎｇ，ＬＩＨｏｎｇｘｉｎｇ．ＴｈｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｖａｒｉａｂｌｅｗｅｉｇｈｔｖｅｃｔｏｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２００２，３８（４）：４５５⁃４６１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））［１２］ＬＩＵＨＣ，ＬＩＵＬ，ＬＩＮＱＬ，ｅｔａｌ．ＫｎｏｗｌｅｄｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｆｕｚｚｙｅｖｉｄｅｎｔｉａｌｒｅａｓｏｎｉｎｇａｎｄｄｙｎａｍｉｃａｄａｐｔｉｖｅｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ，２０１３，４３（３）：１０５９⁃１０７２．［１３］ＺＨＯＵＪｉａｎｆｅｎｇ，ＲＥＮＩＥＲＳＧ，ＺＨＡＮＧＬａｏｂｉｎｇ．ＡｗｅｉｇｈｔｅｄｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉ⁃ｎｅｔｂａｓｅｄａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｓｅｃｕｒｉｔｙｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１７，１７４：１３６⁃１４５．［１４］ＣＨＡＮＧＹｕａｎｊｉａｎｇ，ＷＵＸｉａｎｇｆｅｉ，ＣＨＥＮＧｕｏｍｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｄｅｅｐｗａｔｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｓｅｒｕｓｉｎｇｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｓｓＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１８，１１７：４８３⁃４９７．［１５］吴鹏，夏海波，吴建军，等．基于模糊Ｐｅｔｒｉ网的易流态化货物海上运输风险评估［Ｊ］．上海海事大学学报，２０１９，４０（３）：６３⁃６８．（ＷＵＰｅｎｇ，ＸＩＡＨａｉｂｏ，ＷＵＪｉａｎｊｕｎ，ｅｔａｌ．ＲｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｈｉｐｐｉｎｇｌｉｑｕｅｆｉａｂｌｅｓｏｌｉｄｂｕｌｋｃａｒｇｏｅｓｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙＰｅｔｒｉｎｅｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１９，４０（３）：６３⁃６８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））。
单点系泊系统的模拟建模
- 13 -高 新 技 术０ 引言南海某油田水深117 m。
在浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading，FPSO）单点系泊系统的常规年检过程中发现，其9条系泊钢缆均有不同程度的断丝（如图1所示），并且个别配重链与四角板的连接断开（如图2所示）。
为了保证生产的安全，业主决定先解脱FPSO，然后再更换系泊系统的锚腿。
图1 系泊钢缆断丝图2 配重链与四角板连接断开该系泊系统及其油田设施由FPSO、STP 单点转塔、9条系泊锚腿、2条柔性立管和2条电缆组成。
其中，STP 的东北方向和西南方向各有1条柔性立管和1条电缆。
该立管和电缆先跨过中水浮桥（Mid Water Arch，MWA），再铺设到海床，最后分别与东北方向和西南方向的平台进行连接；立管将各自平台所产的原油输送到FPSO，并用电缆给FPSO 输送电力。
立管、电缆和9条系泊锚腿与STP 单点的中心对称，9条锚腿中每3条锚腿组成1簇，簇与簇之间间隔120 °，每簇内的锚腿之间相隔5 °。
整个系泊系统的模型布置图如图3所示。
单条系泊锚腿的组成图如图4所示，其具体组成和尺寸见表1。
在系泊更换施工期间，FPSO 进坞维修，FPSO 不在位。
该系泊系统更换项目的主要工作包括以下4个：1） 对该系泊系统的9条锚腿进行更换。
2） 对吸力桩和STP 的上阳极进行修复。
3） 弃置8条旧锚腿（将8条旧锚腿丢弃至油田区域海底的指定区域）。
4） 对1条锚腿进行回收并检测其断丝和腐蚀情况。
其中，不更换下锚链，也就是不更换与吸力桩连接的桩链，对其进行重复利用。
为了缩短项目工期，让油田尽快复产，在该项目中采用3条船在系泊系统的3个扇区进行同步作业。
系泊系统是开采海洋石油的常见方式之一，与系泊系统有关的海油工程项目较多。
，张人公等人[1]给出了西江油田BTM 及其软管回收弃置的方案，邹佳星等人[2]评估了某系泊系统的剩余强度。
FPSO应用基本知识
FPSO发展史
国外FPSO
1976年英国壳牌石油公司用一艘59,000吨的旧油轮改装成了世界上第 一艘FPSO，在西班牙近海油田开发投入使用；
从1994年起，FPSO的数量开始快速增长，目前已超过100多艘，广泛应 用于世界各大海域，如北海、巴西、东南亚海域、地中海、澳大利亚 和非洲西海岸，出于环保因素的考虑，目前FPSO在墨西哥湾还没有得 到应用；
作为海洋油气开发系统的组成部分，一般与采油井口平台或水下采油 装置和穿梭油船组成一套完整的生产系统，是目前海洋工程船舶中的 高技术产品；
与半潜式平台(SEMI)、竖筒式生产平台(SPAR)和张力腿平台( TLP)等 被誉为当今海洋油气开发中非常重要、也是最有应用前景的浮式生产 设施，成为世界海上油气田开发的主流方式；
FPSO发展史
F D P S O
世界上第一条FDPSO 是Navis Explorer I， 2000年底投入了使用。
FPSO发展史
L N G F P S O
CHEVRONTEXACO在日本造了世界第一条13.5万立方米的LPG-FPSO，SANHA，2004年 建造完成，2005年投入使用。安哥拉海上油田，它将采油现场的天然气经船上加 工后把天然气中的丙烷、丁烷等进行分离, 随后经船上的冷却装置冷却并储藏于 船上的专用舱内, 最后将LPG 周期性地卸载到LPG 专用运输船上。
FPSO发展史
海 洋 石 油 116
由708所设计，大连新船重工建造。用于南海文昌油田群，总长232．5 米、型 宽46米，单底双壳结构，生活楼定员100人，10个货油舱，10个压载水舱，2个 污油水舱，2个生产水舱，总储油量60万桶，年处理原油能力280万吨，通过内 转塔单点系泊系统可连续25年在120多米深海域作业，能承受20多米高的海浪 和风速达60米/秒的台风，是海洋石油115的姊妹船。
4 单点系泊系统解析
1）上部结构 固定部分是个直径为2.3m的圆柱体，是下部 结构的延长部分，焊装有转台轴承座和三层 固定平台，分别支承着流体旋转头、电仪设 备、管线系统、阀门、清管器收发装置和通 道设施等。 旋转部分包括系泊转台、防碰圈和转动框架 2）下部结构 下部结构是由一个直径为5.7m的圆柱体焊接 在一个基座上，该基座由三个各成120度的径 向箱形梁构成，用6根桩固定在海底，每根桩 长60m。 圆柱体内安装有三根用于输送油、水、气的 刚性立管，采用法兰跟海底管线连接。 3）系泊缆绳 一段耐磨链，通过挂钩连接在单点系泊臂上。 一条周径68.6cm(27in)，长60m的尼龙缆绳， 其最小破坏载荷为1700t。
6、固定塔式单点系泊装置
右图为我国南海某油田采用的一种固定塔式系泊。 塔身是圆柱形的，立径为5.7m。塔底座用钢桩锚固 在海床上。塔身水面上有一防碰圈。旋转接头安装 在塔顶，一端连接立管，另一端与软管相连。该系 泊的设计能抗南海的台风。当台风来时，系泊的储 油轮可迅速撤离，解脱后的软管靠自重沉于海底。
这两种类型的系泊装置，使用的刚性结构，可以减少 油轮的自由度，改善其作业状况，使整个系泊系统的 性能更为稳定。系泊油轮与单点系泊之间的刚性连接，可以
避免在较恶劣海况下，油轮对浮筒的碰撞和失控飘移以及油轮 和浮筒之间的激励振荡。这就是使用刚性臂的效应。油轮无需 倒车推进器或拖轮控制，作业比较安全可靠。
单点系泊系统
单点系泊系统的发展
50年代后期发展起来，并迅速推广的一种海上 系泊油轮的方式。最早的单点系泊是作为在中东 和远东地区港口装卸油的终端，来代替新的码头或原 有码头的延伸部分。后来发展成为海上油田系泊穿梭 油轮或储油轮的单点系泊。
单点系泊系统的优点
单点系泊的油轮像风向标一样随海流或风向的 变化围绕着单点系泊装置自由转动，油轮总是 保持在最佳的抗风浪位置，通过海底管道输送 来原油经单点系泊立管和旋转接头后再经软管 进入穿梭油轮或储油轮。它具有安全、可靠、 经济等优点，对海上边际油田和早期开发起着 重要的作用。
FPSO旋转状态下的单点系泊系统水下检测技术
关 键 词 ：Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ ； 单点系泊系统；旋转状态； 水下检测
０ 引 言
Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ 作为 油 田储 油及 处理 系统 ，对于 油 田安全 生产及 油 田设施安 全极 为重要 ；而 作为 Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ 中 枢 纽带 的 单点系 泊系 统 ， 更 是在 其 中扮 演 了关键 角色 。 近 年来 ， 单 点系泊 系统 故障造 成 的 Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ 事故 ， 给海洋 石 油行业 造成 了 巨大 损失 并增 加 了海 洋石 油行 业 的风 险 。对 于单 点系 泊系统而 言 ，水 下检 测 的
６ ３ ｍ，相 当于 ３个 标准 足球场 的面积 。从船 底到烟 囱高达 ７ １ ｍ，相 当于 ２ ４层楼 高 。该 Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ可 实现 日
加工 １ ９ ７万桶 合格原 油 ， 储 油 能力可 达 ２ ０ ０万 桶原 油 ， 配有 １ ４ ０人 工作居 住 的上层建 筑及 直升机 平 台： 设 计寿命 ２ ５年 ，通 过安装 在船 艏 的软刚 臂单 点系 泊装置 ，长 期系 泊于 固定海域 ，２ ５年 不脱 卸 ，可抵
主要 目的是 ：通过 了解 水下 结构物 的变 化情 况 ，建立 一个 长期 、可追溯 的设 施“ 体检档 案” ，并为 水下 设施 的安全 评估 和维护 修 复提供参 考 依据【 ｌ 】 。渤海 海域 的 Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ 单 点系泊 系统 的水 下检 测 ，主要 由潜
水员 实施 作业 ，其 作业 条件较 为苛 刻 ，受海 上天 气 、海 流等 影响较 大 。因此 ，如何 安全高 效地 实施单 点系 泊系统 的水 下结 构物检 测 ，就 是一个 亟待解 决 的难题 。本 文 以“ 海洋 石油 ｌ ｌ ７ ” 为范例 ，详细 阐述 了单 点系 泊系统 在 Ｆ Ｐ Ｓ Ｏ 旋转状 态下 的水 下结构 物 的检 测 实施方 案 。
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FPSO单点系泊系统的钢缆设计与优化摘要：
FPSO（浮式生产储油船）是一种灵活的海上石油生产设施，广泛应用于海上
油田的开采。
FPSO的单点系泊系统是确保其在海上稳定运行的关键组成部分之一。
本文将重点讨论FPSO单点系泊系统中钢缆的设计与优化，分析钢缆的作用、材质
选择、尺寸计算以及优化方法，以提高系统的安全性和性能。
1. 引言
FPSO是将石油生产和储存设备集成于一艘船体上，在海上进行石油开采的装备。
在海上作业期间，FPSO需要保持在预定位置上，并抵抗来自海浪和风力的影响。
单点系泊系统是通过钢缆连接FPSO和海底锚地，确保其稳定性。
2. 钢缆的作用
钢缆在FPSO单点系泊系统中起着承载和稳定的作用。
其主要功能包括：
2.1 承载重量
钢缆通过承受FPSO的重量，将其连接到海底锚地。
因此，钢缆的设计必须能
够承受大约FPSO的整体重量和作业荷载。
2.2 抵抗力矩
受到风力和海浪的作用，FPSO会产生力矩。
钢缆通过抵抗这些力矩，保持FPSO稳定。
2.3 耐久性和可靠性
钢缆必须具备良好的耐久性和可靠性，以承受长期海洋环境的腐蚀和张力的影响。
3. 钢缆的材质选择
在FPSO单点系泊系统中，钢缆通常采用高强度钢丝绳。
钢丝绳有以下优势：
3.1 高强度
钢丝绳的高强度使其能够承受较大的拉力和重量，确保系统的稳定性和安全性。
3.2 耐腐蚀性
钢丝绳经过特殊处理，具备较好的耐腐蚀性能，能够抵御海水的侵蚀。
3.3 轻量化
与传统的链条相比，钢丝绳的重量更轻，可以减少系统的整体重量，降低对FPSO的负荷。
4. 钢缆尺寸的计算
钢缆的尺寸计算涉及到多个因素，如重量，系统的工作载荷，耐久性和系统的
安全性等。
一般而言，需要考虑以下因素进行计算：
4.1 预测荷载
通过考虑海浪，风力等因素，预测钢缆所要承受的最大载荷，以保证系统安全。
4.2 应力分析
根据钢缆的支撑位置，计算其所受应力，并评估其对系统的影响。
4.3 疲劳寿命
钢缆在长期海洋环境下会受到疲劳和腐蚀的影响，需要计算其疲劳寿命，以确
保系统的可靠性和安全性。
5. 钢缆设计的优化方法
为了进一步提高FPSO单点系泊系统的效率和性能，可以采取以下优化方法：
5.1 增加预应力
通过增加钢缆的预应力，可以降低钢缆的挠度，提高系统的刚度和稳定性。
5.2 优化布置方案
通过优化钢缆的布置方案，可以减小钢缆间的相互干扰，降低系统的振动频率
和干扰力。
5.3 考虑海洋环境
在钢缆设计的过程中，需要充分考虑海洋环境的因素，如海浪、潮汐和风力等，制定恰当的设计策略。
6. 结论
FPSO单点系泊系统的钢缆设计与优化对于保证其稳定运行和安全性至关重要。
本文综述了钢缆的作用，材质选择，尺寸计算以及优化方法等方面的内容。
钢缆的设计应兼顾承重能力、抵抗力矩、耐久性和可靠性。
通过合理的材料选择和尺寸计算，以及采用优化方法，可以提高FPSO单点系泊系统的性能和安全性，推动海上
石油生产的发展。