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海洋平台设计原理(第一讲

发布时间:2018-06-26 13:15 人气: °  
《海洋平台设计原理》课程 海洋平台设计原理 Principles of Offshore Platform Design 甘 进 博士/ 交通学院海洋工程系 2015年09月30日 介绍 ? 甘 进,,42708508 ? 武汉理工大学海洋工程结构专业 博士 ? 武汉理工大学交通学院海洋工程系 ? 中交船舶与桥梁工

  《海洋平台设计原理》课程 海洋平台设计原理 Principles of Offshore Platform Design 甘 进 博士/ 交通学院海洋工程系 2015年09月30日 介绍 ? 甘 进,,42708508 ? 武汉理工大学海洋工程结构专业 博士 ? 武汉理工大学交通学院海洋工程系 ? 中交船舶与桥梁工程质量监督检验测试中心 检测员/内审员 教学相长,亦师亦友! 2 介绍 主授课程: ? 本科生课程《海洋平台设计原理》 ? 本科生课程《救助与打捞》 ? 硕士生课程《海洋工程结构》 主要研究方向: ? 海洋平台结构设计关键技术研究 ? 海上沉船(物)打捞关键力学问题研究 ? 海洋工程结构模型试验与测试技术研究 ? 海上风电工程施工安装关键技术研究 ? 海洋工程结构极限承载能力研究 3 教材() ?陈建民,《海洋石油平台设计》,石油工业出版社 ?孙丽萍,《海洋工程概论》,工程大学出版社 ?姜萌,《近海工程结构物—导管架平台》,大连理工大学出版社 ?孙东昌,《海洋自升式移动平台设计与研究》,上海交通大学出版社 ?张大刚,《深海浮式结构设计基础》,工程大学出版社 ?海洋平台相关规范(ABS、DNV、CCS等) ?各类科研参考文献 ?,中国海洋工程网 ?微信号&微信朋友圈 4 教材() 5 教学内容(32学时) ?海洋工程发展及平台类型 ?海洋平台设计的关键技术 ?海洋及平台设计载荷 ?海洋油气开发方式和生产系统 ?导管架平台设计原理 ?自升式平台设计原理 ?浮式海洋平台设计原理 ?海洋平台设计和计算软件专题 ?海洋平台设计应用专题 6 教学目标 ?了解海洋平台的应用领域和发展趋势 ?掌握涉及海洋平台的基本知识和基本概念 ?较全面了解海洋平台设计的基本原则、方法和规范 ?掌握海洋平台的设计原理和分析方法 ?具有进一步从事海洋平台设计、分析的基本技能 好就业,好工作,好深造! 7 考核方式 ?创新设计大作业:根据所掌握的船舶与海洋工程专业 知识,结合海洋平台的发展趋势,给出自己对未来海 洋平台的设想,采用文字论述及方案图等形式进行描 述。第15周前提交电子版!(30%) ? 期末考试:课堂讲述内容,课后思考题,性试 题(70%) 学习第一,考试第二! 8 希望能和大家度过充实、 愉快的十六周时光! O(∩_∩)O 9 《海洋平台设计》课程 第一讲 海洋工程发展及平台类型 10 海洋工程发展 ?海洋意识的发展 海洋意识:人类对海洋战略价值和作用的反映和认识 ?公元前3000年后-形成初期控制海洋意识; ?封建时代早中期-强国开始形成控制部分海域航行、捕鱼的思想; ?15世纪- 海洋强国进一步割据海洋; ?二 战 后 - 联 合 国 制 定 《 联 合 国 海 洋 公 约 》 , 形 成 了 海 洋 国土与“公土”意识、海洋可持续利用意识、海洋 强国意识等; ?20世纪中期-形成了海洋富国思想; ?21世纪-全面开发利用海洋的新时代。 2011-2020年中国海洋工程装备制造业中长期发展规 划中将自升式海洋平台、新型海洋工程装备、前瞻性海 洋工程装备、关键共性技术等列为未来战略发展重点! 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 无论是推进经济发展还是,我国在海 洋空间都拥有巨大的战略利益。 ?海洋蕴藏着丰富的资源: ( 1 ) 海洋化学资源:工业用冷却 水源、食盐等各种盐类、淡水、溴 Br等; ( 2 )海洋生物资源:鱼、虾、贝、 藻等。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 预估海洋黄金可达 550 万 吨,银 5500 万吨,钡 27 亿吨, 铀40亿吨,锌70亿吨,等等 单位(亿吨) 海洋储量 陆地储备 锰 4000 21 镍 164 1.1 铜 88 4 钴 58 0.04 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 (3)大 陆 架:石油、天然气、煤、硫、磷; 滨海砂矿:富含砂、贝壳等建筑材料,金属矿产; 海 盆:深海锰结核。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 (4)海洋能源:潮汐发电、波浪发电、海洋风电。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 (5)空间资源: 交通运输:海港码头、海底隧道、海上桥梁、海底管道、海上机场; 生产空间:海上电站、工业人工岛、海上石油城、海洋牧场; 通讯电力输送空间:海底电缆、海底光缆; 储藏空间:海底货场、海底仓库、海上油库、海洋废物处理场; 文化娱乐设施空间:海洋公园、海滨浴场、海上运动区。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 我国拥有丰富的海洋资源:我国不仅有 960 万平方公 里的陆地国土,还有着 18000 公里的岸线 公 里的岛屿岸线 平方米以上的岛屿和 300 万 平方公里的管辖海域。 丰富不等于拥有! 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 沿海地区成为我国经济发展的黄金地带 :我国沿海地区面 积占国土总面积 15% ,承载着 40% 以上的人口,创造着 60%以 上的国内生产总值。 靠海,更靠技术和实力! 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 海洋安全是的重要组成部分,而且是主要安全。 ?国家和台海战争; ?和南沙/西沙群岛主权争端引发军事冲突; ?海洋边界争端引发和军事冲突; ?海洋资源争端引发军事和冲突; 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 海洋安全是的重要组成部分,而且是主要安全。 ?霸权国家遏制中国复兴进行海上; ?海上强邻的长期; ?海上通道安全; ?海洋自然灾害; ?海洋生态安全。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程发展 ?实施海洋开发的战略意义 ? 时代进步潮流的科学决策 ? 实现祖国和平统一的客观需要 ? 国家海洋权益的重要措施 ? 解放发展社会生产力重要举措 ? 海洋经济快速发展的根本 ? 社会经济可持续发展必由之 ? 全面建设小康社会的客观要求 ? 海洋国土安全的基本保障 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程的研究内容 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 ?广义的海洋工程是应用海洋基础科学和有关的技术学 科开发、利用海洋的一门新兴的综合性技术学科。它 主要的研究内容可分为海洋资源开发技术和为海洋资 源开发服务的建筑物及设备建造技术两大块; ? 狭义的海洋工程就是为海洋开发建造的结构物的总 称。按海洋开发的海域深浅将海洋工程分为海岸工程、 近海工程和深海工程。 海洋工程的研究内容 ?海洋资源开发技术 ?深海矿产勘探、开采、运输技术 ?海底石油和天然气钻探、开采、储运技术 ?海洋动力能源开发技术 ?海水淡化技术 ?海洋动物和植物资源养殖技术 ?远洋捕捞技术 ?海底地形地貌勘探研究技术 ?海洋技术 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程的研究内容 ?为海洋资源开发服务的建筑物及设备建造技术 ?海洋工程建造技术,包括港口、海洋平台、海 岸工程建造技术 ?海洋运载器工程技术,包括各种船舶、半潜式 平台、潜水器、水下工作站、采油装置、军用设 施技术 ?海上平台防腐技术研究等 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程的研究内容 ?海岸工程 ?海岸防护工程 ?海岸工程 ?围海工程 ?河口整治工程 ?海上疏浚工程 ?设施工程 ?海岸带调查研究方面工程等。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程的研究内容 ?近海工程 ?在近海较浅水域的海上平台、人工岛等建设工程; ?在近海较深水域的半潜式平台、钻井船、石油和天 然气勘探开采平台、浮式飞机场、牵索塔式平台、张 力腿式平台等建设工程。 ?深海工程 ?(无人)深海潜水器;如水下深潜机器人、蛟龙号 ?遥控的海底采矿设施等建设工程。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程装备工程实施方案 1 ?工程目标 ?到2016年,我国海洋工程装备实现浅海装备自主化、 系列化和品牌化,深海装备自主设计和总包建造取得 突破,专业化配套能力明显提升,基本形成健全的研 发、设计、制造和标准体系,创新能力显著增强,国 际竞争力进一步提升; ?到2020年,全面掌握主力海洋工程装备的研发设计 和制造技术,具备新型海洋工程装备的设计与建造能 力,形成较为完整的科研开发、总装建造、设备供应 和技术服务的产业体系,海洋工程装备产业的国际竞 争能力明显提升。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋工程装备工程实施方案 1 ?主要任务 ?加快主力装备系列化研发,形成自主知识产权 ?加强新型海洋工程装备开发,提升设计建造能力 ?加强关键配套系统和设备技术研发及产业化,提升 配套水平 ?加强海洋工程装备示范应用,实现产业链协同发展 ?加强创新能力建设,支撑产业持续快速发展 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ? 定义 ?海洋工程(Ocean Engineering): 沿岸结构物(Coastal Structures)- 防波堤、海底隧道等; 离岸结构物(Offshore Structures)- 各类型海洋平台。 ? 近海工程(离岸工程)就是在近海水域(主要在架)进行海 洋开发所建造的各种设施和装置是总称。 ? 近海工程结构物就是为近海开发所研制建造的结构物,即为在海 上进行钻井、采油、集运、施工等活动提供生产和生活设施的建筑 物总称。 ? 近海工程结构物按其结构特点和工作状态可分为固定式平台、活 动式平台、半固定式平台和特殊简易平台四类,同时还包括近海工 程结构物附属设施——系泊装置、海底管线等。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?海洋平台的分类(功能) 钻井平台 海 洋 平 台 生产平台 生活平台 储油平台 施工平台 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?海洋平台的分类(运动方式) 桩基式 固定式 重力式 浮式 海洋平台 活动式 着底式 自升式 牵索塔式 半固定式 群柱式 桩基式 腿柱式 船式 半潜式 坐底式 腿式 沉垫式 张力腿式 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?固定式平台(Fixed Platform) ?重力式平台(Gravity Platform): 混凝土重力式平台 钢质重力式平台 平台由沉垫、立柱、甲板三部分组成 沉垫有多种形式:圆形、六角形、正方形 立柱有:三腿、四腿、独腿等几种 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?固定式平台(Fixed Platform) ?导管架平台(Jacket Platform): 桩基式平台 组成:导管架、导管帽、模块 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?活动式平台(Mobile Platform) ?平台主体结构漂浮于海面上,同时平台可 以从一个移到另一个的海上结构物。 ?着底式平台(坐底式平台、自升式平台) ?漂浮式平台(半潜式平台、钻井船)。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?活动式平台(Mobile Platform) ?坐底式平台(Bottom-supported Platform): 沉浮式平台,作业水深浅 组成:工作甲板、沉垫的浮箱、支撑立柱或桁架 作业时,往浮箱内注水使之座落海底 作业后,把箱内水抽出,平台依靠自身的浮力升起 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?活动式平台(Mobile Platform) ?自升式平台(Jack-up Platform): 适应水深范围较大 组成:平台船体、桩腿、桩靴或沉垫、升降 装置 作业时,放下桩腿并插入海底一定深度,从 而将船底托出水面,成为工作甲板 作业后,降下船体,拔起桩腿,即可拖航 (自航)至新地点 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ? 活动式平台(Mobile Platform) ?半潜式平台(Semi-submersible Platform): 坐底式平台演变而来 组成:上部结构、下潜体、立柱及斜撑 优点:波浪影响小,稳定性好,工作水深大,移动灵活; 缺点:投资大,维持费用高。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ? 活动式平台(Mobile Platform) ?钻井船(Drilling Ship): 井架一般设在船中部,以减小摇荡对钻井影响; 适用于波高小、风速低的海区; 工作水深超过200m时,应采用自动化动力定位方法; 可在600m水深的海底上进行探查,掌握海底油、气层的、特性、 规模、贮量,提供生产能力等。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?活动式平台(Mobile Platform) ?浮式生产储油卸油船(FPSO): 浮 式 生 产 储 油 卸 油 船 , 又 称 为 浮 式 生 产 储 油 装 置 , 简 称 FPSO (Floating Production Storage and Offloading system), 是集生产、储 油、外输、生活、发电、控制等功能于一体的浮式生产装置。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?半固定式平台 ?牵索塔式平台(Spar): 由平台甲板、支撑塔架和数根钢索组成; 支撑塔架为瘦长桁架结构,下端靠重力基座坐落海底或靠支柱支撑, 上端支承作业甲板; 塔架四周用钢索、重 块、锚链和锚所组成的 锚泊系统牵紧,保持直 立状态; 平台可产生水平方向 的移动。小风浪微幅摆 动,风浪大时摆幅大, 把重块拉离海底,吸收 部分能量,维持在许可 范围内摆动。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?半固定式平台 ?张力腿式平台( TLP): Tension Leg Platform 由平台本体、张力腿系统和基础三部分组成; 利用绷紧状态下锚索链产生的拉力与平台剩余浮 力相平衡; 平台的竖向运动很小,水平方向的运动是式 的, 结构惯性力主要是水平方向的回弹力。 结构造价一般不会随水深增加而大幅度地增大, 但基础的安装过程复杂,成本较高; 整座平台工厂制造,海上安装,现场建造时间短, 适用于开采周期较短的深水井小型油田; 可用于水深超过 600m的海区,经济作业水深范 围是450~600m。 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 海洋平台类型 ?固定式平台 ?优点:整体稳定性好,刚度较大,受季节和气候的 影响较小,抗风暴的能力强 ?缺点:机动性能差, 较难移位重复使用 ?活动式平台 ?优点:机动性能好 ?缺点:整体稳定性较差,对地基及条件有要求 ?半固定式平台 ?优点:适应水深大,优势明显 ?缺点:较多技术问题有待解决 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 思考题 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 ?海洋平台按运动方式分为哪几类? 列举各类型平台的代表平台。各类型 的优缺点有哪些? 教学内容(32学时) ?海洋工程发展及平台类型 ?海洋平台设计的关键技术 ?海洋及平台设计载荷 ?海洋油气开发方式和生产系统 ?导管架平台设计原理 ?自升式平台设计原理 ?浮式海洋平台设计原理 ?海洋平台设计和计算软件专题 ?海洋平台设计应用专题 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 关键技术研究内容(未完待续) ?总体布置与优化设计研究 ?载荷研究 ?平台极限承载能力研究 ?平台的稳性研究 ?平台模块化技术研究 ?关键结构或节点的疲劳性能研究 ?焊接工艺与接头韧性评定技术研究 ?振动、噪声预报与控制技术研究 ?平台碰撞分析和防撞技术研究 ?…… 45 海 洋 工 程 发 展 及 平 台 类 型 谢 谢! Q&A

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