深水FPSO管系应力计算分析

FPSO管路系统的合理布置，是保证FPSO在海上的安全作业的前提。虽然管道工程设计的历史已逾八十年，现在也已经具备对管道系统应力计算分析的能力，但目前在设计中所用的各种指标，如许用应力水平等仍然偏于安全，因此，经济条件促使工程师在管道系统的设计中不得不更加细致地考虑优化，工程中有时甚至稍微减少一些支撑点或缩短管道的长度或者是使用具有同等功能而价格更便宜的非金属管，就有可能使制造成本大大降低。特别是船舶管路的布置设计依然很多是依赖布管工程师的经验设计，这种经验设计一般是过于保守且富裕量过大，这与当今的工程设计思想是不相符的。而且，现代工程技术强烈要求减小管道等外部物体施加于重要设备上的力和力矩，因此，对管道进行应力分析是非常必要的。

FPSO上管道种类繁多，且系统复杂，还连接着众多的机器设备。FPSO可用的空间很少，因此管道设计和布置非常的复杂。概括起来主要有以下特点：（1）种类多，数量大，设计、制造、安装、应用管理环节多，环节越多，出现问题的几率就越高；环节越多，影响因素就越多；（2）长细比大，跨越空间大，边界条件复杂；（3）现场安装工作量大；（4）管道组成件、管道支吊架、管道隔热层的种类繁多，各有特点和技术要求，选材和总成困难；（5）管内流体流动状态复杂，而缓冲余地小，管道工作条件变化频率高；（6）管道及其元件生产厂的生产规模不一，产品质量保证较差；（7）管道上的可能泄漏点多。

在工业管道行业中，管道应力分析常采用下列两种标准：（1）英国的管道设计标准BS 806《陆上锅炉钢铁管道系统标准》。（2）美国的设计标准ASME B31《美国受压及动力管道系统标准》。

对FPSO重要管道系统（压载水管道系统、甲板水消防管道系统、甲板泡沫管道系统、海水冷却管道系统、排烟管管道系统等）进行应力计算。确定管道应力分析的标准、确定管道系统的载荷和合理的工况组合、进行管道的应力分析、考虑船体变形的影响和制定管道布置的指导原则，开展CAESARII在管道优化设计和管子生产设计中的计算分析。

根据管道的原理图，确定管道及附件的材料、尺寸、温度、压力、边界条件（约束、位移等）、支吊架、与设备相连的管口受力状态；运用CAESARII建立准确的三维模型，进行一次应力和二次应力的静态分析；对管道、管道支架选型及管道变形补偿器等进行局部调整；对与设备相连的管口应力和法兰泄露进行校核，确保管道自身及与其相连的机器、设备、船体结构的安全；找出并调整管道设计中不合理的管段和节点，并反馈到设计中。