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　　锚泊系统对FPSO而言是一个单点系泊系统，而对于转塔底部的浮筒而言则相当于一个悬链腿式系泊系统。

　　（2）水动力分析

　　单点系泊系统是一个强非线性系统，涉及到环境条件的非线性、结构非线性和和系泊线材料的非线性等，而风浪流还具有非定常性。早期分析通常采用准静力分析，后逐渐采用频域动态分析，现已广泛采用时域动态分析。系泊系统本身的主要作用是将浮体运动限制在一定范围内，但同时为保证系泊系统本身的强度，又不宜产生过大的约束力。最小运动与最小系泊力是矛盾的要求，因此系泊系统的设计和分析就在于选择最适宜的系泊刚度。实际工程设计时，通常借助于比较成熟的商用软件来对系泊系统进行仿真。常用的分析软件有AQWA、Orcaflex、HydroStar－Ariane3D、SESAM等。

　　单点系泊系统在风、浪、流环境条件下，作用在系泊系统上的载荷，按其随时间变化的不同特点可划分为：①数值恒定的平均载荷；②缓慢变化的低频载荷；③以波浪频率变化的高频载荷（一阶力）。平均载荷使海洋结构物具有一个平衡位置，结构物将围绕这一平衡位置做振荡运动。低频载荷是不规则波引起的二阶漂力，它与一阶力相比，通常具有较小的数量级，但因其变化频率接近系泊系统的固有频率，容易使结构物发生慢漂振荡，这是系泊系统中的主要问题。

　　4.5旋转接头装置的设计、制造和试验

　　高压多通道流体旋转接头是内转塔式单点系泊系统中最核心的部件，其设计主要包括旋转接头总体设计、旋转接头本体材料的选择、旋转接头密封结构设计和密封件设计、旋转接头回转轴承选型设计等。

　　4.5.1旋转接头总体设计

　　旋转接头装置往往处于风、浪、流、潮水等交替作用之下，必须具有更高的安全性；由于海上设施离岸维修条件差、检修周期长，因此要求旋转接头装置性能可靠、经久耐用；旋转接头装置常处于潮湿盐雾环境中，海水和大气腐蚀问题严重，旋转接头装置应具有较高的耐腐蚀性；旋转接头装置除了满足介质传输功能外，还要保证不能因旋转接头的动密封失效而导致泄漏，否则将造成极其严重的后果。旋转接头在旋转的同时要进行油品输送，这要求大直径动态不规则缓慢回转密封技术要可靠，密封副材料配对合理。而与密封件组成密封副的重要部位，要求比本体材料更高的性能, 它应该具有很好的抗磨性和耐腐蚀性, 以保证旋转接头在作业过程中不因摩擦面局部损坏而导致密封失效。因此要寻求先进的合适的表面处理技术，对本体材料进行表面强化处理，改变其表面化学成分，组织结构，以获得工件所需的表面物理和力学性能，提高使用寿命。同时，基座面、安装面、密封配合面等须确保足够的加工精度，满足粗糙度、圆度、同轴度、垂直度和综合平面跳动度等要求。

　　4.5.2旋转接头结构型式设计

　　旋转接头装置有多种型式，其总的结构形式取决于油田生产设施对旋转接头的功能要求，如传输介质、流体压力、温度、流量、通道类型、通道数量等。

　　旋转接头的形式可以多种多样，不同的结构形式各有其优缺点，需要根据客户需求、应用场合、制造加工条件、经济性等进行综合考虑。

　　4.5.3旋转接头本体材料选择

　　本体材料的选择，既要考虑其耐油介质腐蚀、耐海水腐蚀，还要考虑其耐压等级和结构强度。对于天然气传输、高压介质传输等较高端的应用（如CFD11油田的旋转接头），往往采用双相不锈钢材料和锻造工艺，因其具有较高的机械性能、较好的延展性、耐低温特性和耐麻点腐蚀性能等，但显然具有较高的制造成本。对于原油传输应用（如BZ25-1油田的旋转接头），可考虑多采用碳钢材料和铸造工艺，铸造时加铝颗粒或铌元素进行晶粒细化，同时注意克服铸造缺陷；在内腔表面尤其是与密封接触的摩擦面上进行特殊表面处理，如堆焊一层625镍铬钢，既能保证较好的耐高温、耐腐蚀性和较高的耐磨性，又具有较好的经济性。但要确保堆焊层的焊接强度、堆焊层厚度的均匀性以及焊后热处理工艺的合理性，通常要进行样品焊接工艺试验。

　　4.5.4旋转接头回转轴承选型

　　轴承也是整个旋转接头最重要的部件之一，用以连接旋转接头的内外环，是实现单点系泊风标效应的功能部件之一。它不同于系泊主轴承，并不承受巨大的系泊力。为了保持旋转接头内外环严格的同轴度，以保证旋转接头流体流动的安全性和工作寿命，轴承必须有足够的加工精度和装配精度，径向和轴向间隙应能达到总体设计技术要求。根据其要承受垂向力和倾覆力矩的特点一般选用三排滚柱轴承或圆锥向心轴承。

　　4.5.5旋转接头密封件

　　密封件是整个旋转接头最重要的部件之一，它对旋转接头的可靠性、耐久性和安全性具有关键性的影响，也是国内外旋转接头研制方面最主要的差距所在。旋转接头密封材料的主要要求是：在工作介质中有良好的稳定性，即不易膨胀及收缩、难溶解、软化和硬化；在工作介质中压缩恢复性大，永久变形小；有适当的机械强度和硬度，受工作介质影响后，其变化小；耐热性、耐寒性及吸振性能好；耐磨性好，摩擦系数小；耐老化性好；密封件材料还必须与密封配合面相“配对”，并经过大量试验确保其可靠性。

　　常用的密封件材料主要有橡胶改性材料和聚四氟乙烯改性材料。

　　4.5.6旋转接头密封系统布置

　　为了保证密封的可靠性，旋转接头必须采用多道密封。按由内到外的顺序，整个油气通道密封系统通常包括：第一道油气密封、第二道油气密封、防水／防尘密封三部分。

　　4.6立管系统设计

　　立管系统是内转塔式单点系泊系统的重要组成部分，也是一项关键技术。对于深海油气田开发，海洋立管以其全新的形式、动态的特性、以及高技术含量变得格外引人注目。适用于FPSO内转塔式单点系泊系统的立管主要包括钢悬链立管（SCR）、柔性立管（FR）和塔式立管（HTR）或它们的组合。

　　为了解决深水立管技术需要一个新型的工业立管设计标准。第一个立管设计标准是API RP 2RD 1998，然后是挪威船级社OS F2012001。这两个立管的规范从原理上不尽相同，美国石油协会的RP 2RD 是基于许用应力方法，而挪威船级社的OS F201 是基于可靠性分析的荷载抗力系数法(LFRD) 。

　　立管系统设计分析主要包括:

　　（1）确定立管系统设计的基础文件；

　　（2）立管系统的选型与总体设计；

　　（3）管线材料选取及壁厚设计；

　　（4）立管系统的总体水动力特性分析。

　　4.7 内转塔式单点系泊系统海上安装与试验

　　4.7.1海上安装

　　主要包括内转塔式单点系泊系统的海底锚固安装、锚链系统安装以及链台浮筒的海上对接安装和解脱等。

　　内转塔式单点系泊系统的海上安装，必须首先制订总安装流程，然后制订各组成系统，如系锚点的的安装流程，系泊线（锚腿）安装流程，浮筒安装流程，挠性立管安装、连接流程，海底电缆铺设、连接流程，FPSO回接流程，以及试验和试运行流程等，成功后交付使用。

　　4.7.2内转塔关键部件功能试验

　　主要试验包括转塔与旋转接头的旋转试验，以便评估转塔和旋转接头的作用还有FPSO回接后压力试验等。

　　所有管子在连接到相关设备之前还须进行静压试验，保持时间不低于设计要求。

　　5关于单点系泊装置国产化

　　目前，国家已经出台了政策，促进自主创新成果的产业化，包括政府加大投入力度、通过无偿资助、贷款贴息、补助（引导）资金、保费补贴和创业风险投资等方式，加大对自主创新成果产业化的支持。但在海洋工程高风险、高技术行业要推动关键装备国产化，扶持力度需要更大一些，引导、鼓励国内用户采用国产化装备的政策和措施更具体一些，以达到加快研发成果的产业化和技术进步，早日赶上国际先进水平。

　　参考文献

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