SY/T 10040-2002 浮式结构物定位系统设计与分析的推荐作法 SY/T10040-2002 标准下载解压密码：www.bzxz.net

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备案号：10483—-2002
中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 100402002
浮式结构物定位系统
设计与分析的推荐作法
Recommended practice for design and analysis ofstationkeeping systems for floating structures2002-05—28发布
国家经济贸易委员会
2002-08-01实施
API前言
API环境保扩使命和环境保扩指导原则特别说明
1 范围+***
2基本考虑
2.1定位系统介绍
2.2永久性与可移动系泊系统之间的区别2.3设计考虑
3系泊部件
3.1系泊缆
3.2绞车设备
3.3泊系统·
4环境谁则
4.1环境条件
环境数据·
波滚·
海流·
4.6水深和潮汐
土条件·
4.8大气结冰·
海4物
5环境力和浮休运动
基本考虑·
坏境力和浮体运动的估算指南
简化方法·
设计准则
基本考虑
位移…
系泊缆张力，
6.4峰值统计
系沂缆长度
锚系统的抓力此内容来自标准下载网
侧推帮辅助系泊
疲劳寿命·
系泊分析
基本专虑
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推静力和动力分析
瞬态分析·
侧推器辅助系泊分折
7.5疲劳分析
8模型试验
基本考虑
单锚腿系泊系统
基本考虑·
特殊设讨条件
极端响成分析·
极端响应的设计准则
疲劳分析…
特殊设计考虑
10动力定位系统
基本考虑
基本概念和主要因素
设计与分析
101.4动力定位系统的操作
11设计实例
11.1极端响应分析实例
11.2疲劳分析实例
附录A（资料性附录）估算环境作用力和浮体运动的简化方法附录B（资料性附录）对拖虫锚性能评价的注解附录C（资料性附录）
附录L（资料性附录）
扩展式系泊系统
有效推力的确定
参考文献
张力腿平台侧向系泊
典型的外转塔系泊装置
典型的内转塔系泊装置…
各种转塔/立管系统
带尼龙缆的悬链锚腿系泊（CALM）系统图７
带固定刚臂的款链锚腿系泊（CALM）系统带软刚臂的悬链锚腿系泊（CAl.M）系统·..带有简形立管和刚臂的单锚腿系消（SALM）系统带有链式立管和尼龙缆的单锚腿系泊（SALM）系统动力定位
不同的钢丝绳缆结构
潜水式浮简构造
使用线性绞车和弯曲架的卷扬系统沉箱基础（吸力锥）的安装
美国海军闪火箭埋人锚
波高/波周期关系
拖枣埋人铺
图19铺系统在软粘上中的抓力
锚系统在沙七中的抓力
疲劳设计捆线
系统动力分析
动力定位系统的主要部分组成
动力定位系统控制回路
三轴控制器利侧推器调配逻辑·位置传感系统
短基线系统（SIBS）作业原理
声波相位关系
长基线系统的系统执行过程
张绳系统
立管角度参照系统（ARARS）
固定式自动导航卫星通信系统（SIARFIX)中罗经示意图
摇摆垂直基准传感器示意图
散式螺旋浆型侧推器·
典型的导流式螺旋奖，
典型的可缩式侧推器构造·
典型的侧推器布置
动力系统的甚本组成
动力定位系统不同级别可靠性测量的生成动力定位保持能力玫瑰图·
系泊系统布置
输入运动的选择
系泊系统和环境力方向
半潜式其有平光滑表而部件的海流阻力系数波浪力分
钻并船船迎浪的波浪漂移力利运动（1）钻井船船迎浪的波浪漂移力和运动（Ⅱ）钻井船迎浪的波浪漂移力和运动（Ⅲ）钻开船斜浪H布纵荡的波浪漂移力和运动工钻开船斜浪卫有纵荡的波漂移力和运！Ⅱ钻井船斜浪Ⅱ有纵荡的波浪漂移方和运动（Ⅱ）站并船斜浪且有横荡的波浪漂移力和运动（1）图A.9
钻井船斜浪且有横荡的波浪漂移力和运动（Ⅱ）钻并解斜浪Ⅱ有横荡的波浪漂移力和运动（Ⅲ）钻并船横浪的波浪漂移力和运动（I钻并船横浪的波浪漂移力和运动（）钻井船横浪的波浪漂移力和运动（亚）半潜式迎浪的波浪漂移力和运动半潜式斜浪的波浪漂移力和运动SY/T 10040—2002
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图A.17半潜式横浪的波浪漂移力和运动·图B.1循环载荷效应
图B.2锚浸人的作用
图B.3泥中拖曳距离与抓力的百分比图C.1
螺旋桨推力—-散式螺旋桨
螺旋推力
图 C.3侧向力一
导流式螺旋浆
一隧道式侧推器
分析条件和相应的分析方法
表2各种破坏条件和分析方法的张力限值和安全系数表3拖电锚安金系数
表4 摩擦系数（f)
表5使用侧推器辅助系泊的指南
表6T一N曲线离散方程式中的M与K值·览表·表7用拉伸一拉伸疲劳寿命百分率表示的钢丝绳缆的弯曲拉伸疲劳寿命一艘钻井船可靠性分析的例子
表9船在指向为020度方向时的环境力表10
导缆孔运动的复数响应幅算了（RAO）张力谱…
在分析方向上的环境条件、平均载荷和低频运动钢缆的损伤
锚链的损伤
随环境变化的年度疲劳损伤
风力形状系数
风力高度系数
风迷时可系数
某些类型拖曳锚的估计最大锚爪尖贯入深度进流速度校正系数
反向条件推力损失
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本标准等同采用美国石油学会的《浮式结构物定位系统设计与分析的推荐作法》（1996年版），即 API RP 2sK API Recommended Practice for Irsign and Aunalysis of Statiurikeeping Systems for Flont-ing Strurtures) (1996).
本标准的译义中关于风、浪、流、冰、温度、地能等环境条件数据或定量计算方法，仍使用原标准中的数据和定量计算方法。关于计量单位，以公制单位为土，即公制单位值在前，其后将英制单位的相应值标在括号内：为不改变原标谁公式、曲线的形状特征，常数和系数，凡使用英制单位的，仍沿用英制单位：
本标准的附录A、附录乃、附录C和附录D均为资料性附录本标准由中国海洋石油总公司提出并归口。本标准起草单位：天津市银旭科技开发中心本标推主要起草人：田树棠、王仲民、王朋来。W
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API前言
在本推荐作法中凡用竖线标出的部分都足对API前版所作的修政，注意，所有章节、段落、图和表均己重新编号：
本推荐作法的所有权属于API海洋结构物分会API出版物可为愿意使用的任何人所用。为确保出版物中资料的准确性和可靠性，本学会已经做了各种努力，但是，本学会对与本出版物有关联的一些问题决不做出表示、保证或扣保，并明确表示对由于使用本版物产生的损失或损坏不承担千何义务或法律责任，日对巾于本出版物可能与联邦、州或市法律发牛冲突而违反广这毕法律不承担任仙义务或法律责任，欢迎提出修改意见，并自接提供给华盛顿，L>.C.2000512201.大街N.W.美国石油学会勘探与生产部主任。
这个标准按封面上注明的日期开始牛效，但亦可在发布之1起自愿地使用。API环境保护使命和环境保护指导原则SY/T10040—2002
从长远发展趋势看，影响石油1业术来生存的一个最重要问题是公众对环境的关注，鉴于这一发展趋势，美国右油学会（API）的成员伙伴们建立起了-种积被的、向前看的环境战略，称为当代环境合作伙伴行动战略（S！EP），这个行动计划所瞄准的目标，就是通过改善石油工业的环境、建康与安全状说，对公众的关注作出回应，用文性方式记录这些改善，并与公众沟通。这个行动战略(STEP）的基础使是美国石油学会（API）的环境保护使命和环境保护指导原则，API标准将促进人们从事良好的工程设计和作业实践，是执行API的STEP的一种重要手段。API环境保护使命和环境保护指导原卿美国石油学会的成员们在经济地开发能源并向消费者提供高质量产品与优质服务的同时，直为改善作业与环境的协调性作不懈的努力：这些成员都认识到在保护其崖员和公众的健康与安全的同时，他们有责任有效地满足社会的需要以及与公众、政府和其他方面共同努力开发，并以良好的保护环境的方式利用天然资源：为了满足工述要求，API成员们保证按照如下原则规范其业务行为：，了解公众对其原材料、产品及作业的关注并作出响应。·以一种保护环境和保护其雇员与公众健康和安全的方式运作其工厂和设施，管理其原材料和产品。
·在设计以及发新产品、新工艺时，将安全、健康和环境问题放在首位。，将有的重大的安全，康和环境危险以及推的保护措施光速告知有关官员、雇员，客户和公众
·问客户、承运方和共他人士提出其原料、产品和废物的安全使用、运输和处理方面的建议。·经济地开发和开采天然资源，并有效地利用能源以保护这些资源。·通过从事和支持关于其原料、产品、丁艺和废物对安全，健康和坏境影响的研究来扩展知识。·责成有关部门减少总的气体排放和废物的生成量。·同其他有关部门一道解决由于处理和处置作业中的危险物质所产生的问题。·参与政府和其他方面制定有关保护公众，工作场所和环境安全的责任法律、法规和标谁。·通过与生产、处埋、利用、运输或处置类似原料、石油严品利废物的其他单位互相学习和帮助，推这些原则和作法：
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特别说明
API出版物所阐述的必然都是-些般性问题：就-些具体的情况，还成再查阅当地、州以及联政府的法律与法规。
当涉及到事关健康与安全风险及预防方面的问题时，API对雇主、制造商或供应商不承担预先警告，适当培训和装备其雇员以及其他参与者的义务；AH也不丞担地方，州和联邦政府法律规定的属于庭主、制造商和供应商的责。对于一些特殊材料的安全与健康风险以及适当预防等方面的资料，应当从有关雇主、该材料的制造商或供应商，或者从材料安全数据表中得到。任何的AP出版物都没有隐含或暗示授予任何人制造、销凭或使用涉及专利权的任何方法，仪器设备或者产品的权利：AP1出版物中所包含的任何内容也不能作为免于任何侵犯专利权责征的保证，
一般地说，API标准至少每5年进行一次审查、修订或撤销。有时可将这个审查尚期一次性延长两午。在这个出版物作为可操作标准出版5个后，或经充许延长再版，此出版物则不有效：出版物的有效情况可从API管理机构食明［电话（202】682－8000]：API山版物和资料目录API每年山版-次，H.每个季度进行-次修订。API总部位F华盛顿，D.C.200051220L大街，N，W。上述文件是按确保形成过程中适时通报和参与的API标准化程序产生的，择被指定为个A!I标准：有关这个标准的内容的解释或者标准产生的程序问题应直接写信给编辑部主任（见本义件底页），华盛顿1D.C.280051220L大街，V.W美国石油学会：美丁API山版的任何资料的复制与翻译的中请，也应写信给该主任。
出版这些API标准是为了堆广应用经过证实的很好的I程设计与操作实践，这些标准并不排除在进行安全可靠的T程设计时击要判断在什么时候和什么地方应用这些标准。API标准的正式提出和出版无意以任何方式阻止任何人采用任何其他作法：对于其设各和材料的标识与某种API标准的标识婴求相-致的任何制造商，均要独白承担按照该标准的全部要求行事的责任：API不代表、不保证或不扣保这些产品实际上与适用的AII标准相一致、
全部保留权：
这份文件的任何部分在未得到出版商事先书面允许之前、不得复制、不得采用可检索系统储存或通过任何手段，如电子的、机械的、照相复制、录像或其他方式传播：AP1出版服务：华盛顿，D.C.200051220_大街，.W.版权@1996美国石油学会
1范围
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浮武结构物定位系统设计与分析的推荐作法本标准的目的在于提出一种合理的分析、设计或评价与浮式装置-起使用的系泊系统的方法：这个方法提供了．-个统的分析工具：通过这个工具，在.了解了某一特定地域的环境条件、系泊状态下的装置特性及左他因素的情况下，能确定系泊系统的活用性和安全性。本标准也包括一些动力定位系统的设计指南。浮式装暨系泊技术花迅速发展：对本委员会认为有延够资料可用的领域，作了明确具体的和详细推荐：对另-些领域，则只针对一-些具体问题提出应当考虑的-一般性叙述，应鼓励设计人员利用所有的研究成果。随着海洋技术的不断发，本推荐作法将做修改，希望这里所包含的一般性叙述将逐步被详细的建议所取代：2基本考虑
2.1定位系统介绍
一个浮式结构物的定位系统跳可以是单点系泊，也可以是扩展式系泊。船型装置更多的趋向丁采用单点系，而对半潜式装置多采用扩展式系：定位系统第三种型式足动力定位（DP）：动力定位可作为定位的独立动力源，或用于辅助-·个总链式系泊。动力定位既可用十储轮，也而用于半潜式系统。
2.1.1扩展式系泊
图1是一个悬链扩展式半潜式系泊示意图，这是用于浮式钻并作业的一-种通用系泊技术。就浮式生产应用而言，扩長式系泊主要用于半潜式装置。因为作在半潜式装置上的坏境力对方向不太敏感，扩展式系泊系统可设计成保持该装置与环境力方向无关的位置上。然而，该系统也可用于对环境力方向较敏感的船型装置：这种系泊可以是锚链式、钢索式。合成纤维索式或者这三种方式的结合。不管是通用的拖皮销还足锚杜，均可用于系泊缆的终端：对」半式浮式产系统来说，扩展武系泊有某些优点，由于它固定了装置的位置，可对就在该装置之下的水下井口进行钻开利完并作业对修井作业也如此：另一方面，扩展式系泊系统系泊扩展的范围相当大（几厂英尺量级）：错和悬垂的系泊缆均处十此扩展的范属内，、在安装和维修管线、立管或其他海底设备时必须考虑这些因素。扩展式系泊与而于固定张力腿平台（TIP）F的垂直系泊钢索（见图2）结合，既增强了张力腿平台基本概念的可操作性，也提高了它的可靠性：这种展式系泊允许以一种可控制的方式对水面船舶进行整，并且提供一种独立的平行加载路径以抵抗横向环境，采用这-概念可以将水平布置的钻具和生产设撬块送到位：并与海床结构连接。否则要使用话如导索、顶推器或在水面船舶上拖移井架等方法将这些设备块送到适当位置，这种扩展式系泊的整体形态和设计与用于半潜式浮式生产系统的扩展式系泊系统极其相似。2.1.2单点系泊
单点系泊主要用丁油轮，这种系江能使油轮像风标那样改变方向。为了使作用在油轮上的坏境荷载最小，有必要使油轮船首朝向坏境条件主控制方向，单点系泊系统的设计多种多样，但是它们所起的作用基本相同。单点系消与生产立管和油轮连成一体。典型的单点系泊系统介绍如下
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头巍浮标
锚头缓-
绞年或绒盘
导缆器
系波源
钻和生产设备
钊丝输和锚链
侧向系泊绳
来白完井的生产立节
扩展式系泊系统
一有浮力的上部结构
，潜水式中联浮子
系泊钢筋束
钻并工具下井的部作
海床基础
图 2张力平台侧向系泊
拖电错
2.1.2.1转塔式系泊
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转塔式系泊系统被定义为岩干志链式系腿连接在个转塔.」：，而该转塔成为所系的装置的基本组成部分：转塔有一些支承轴承使裴置能环绕锚旋转。通过适当的加强措施，可以把转塔安装在躺部或省舰部的外部（见图3），或者安装到船的内部（见图4），错链癌可以在水线之或在水线之下：转塔也可与乖垂直立管系统成为一体，此垂直立管系统通过某种机构（装刀向接头的架子、山型接头或锚链连接装置）与船体部或舰部（或内部）连接。立苔的基岛征征靠在立答内增加重量或靠悬浮在立管之下（平衡）如重：上述转塔与船体的连接方式影响着系泊系统的性能，立管的构造可包括钢管柱，镭链或钢丝缆等部件，且直径和长度的变化范围拍当大：链盘与亨管的相对位置也川根据设计改变：图5绘出了工业部门提供的儿种转塔设计类型。
2.1.2.2悬链锚腿系泊(CALM)
悬链腿系泊系统包括-一个大型浮筒，该浮筒支承着一些锚碰了海床上的总链锚链腿（见图6）自海床神出的管或出油管与（CAI.M浮简底面连接。某些系泊系统在浮简与油轮之间使用一条尼龙缆，一般为合成纤维缆：由于在波浪的影响下，CALM浮簡的响应与油轮的响应完不同，该紊统承受环境条件的能力有限，当海况达到,呆种程度时、必须解脱油轮。为了克服这种局限性，在些比较新的设计中则采用带有较轴的删性结构连接臂架把船连接到浮简项部（见图7)。该性连接实际上消除了浮筒与油轮之间的相对水平运动：图8给比最近开发的带软刚臂的系泊系统，“它使用锚链把船连接到具有软系泊连接的有浮力的刚臂上。2.1,2.3单锚腿系泊 [SAI.M]
该系统使用了-一个垂直立管系统，该系统在靠近水面处（有时在水面处）有相当人的浮力，靠张的立管系固。该系统一般使用一段筒柱杜，使立告与一个固定刚臂铰接（见图9），也可能使用个其有软系泊连接的链式立管（见图10)，作爪在立管顶部垂首浮力的作用似一个倒置的摆锤。当系统衡向移动时，该摆锤作用使立管恢复到垂直位置。油轮或者过在悬链锚龈系泊（CALM）凿述中讨论过的柔性系泊缆或者通过刚臂固定在单锚腿系泊（SALM）浮筒的顶部：此立管基盘通常是通过一个U形接头固定到桩上或海床上的加重混凝土块或钢结构上。在深水、立管系统常有中跨铰接头。2.1.3动力定位
动力定位（见图11）可用作单独定位源或用丁辅助悬链系泊系统，动力定位通常内声学定位参照系统和船体周围由电脑控制的侧推器组成。动力定位可与一种被称作DP辅助系泊（如果侧器是由人工控制的或称作侧摧器辅助系沾）起使用。动力定位特别适合丁预定频繁进出现场的船帕、例如油并延长测试系统。
2.2永久性与可移动系泊系统之间的区别水久性系通常用于设计存命较长的生产作业。例如I，个浮式生产系统（FPS）的系就是永久性系治，因为浮式生产系统系泊的一般设计寿命超过10年。移动式系泊经常是短期地停留在某地移动式系泊的实例包括移动式海上钻井装置（MODL）和系泊到邻近其他平台上的辅助船，诸如浮船坞、钻井供应船以及值班船，刘设计寿命仅几年的作业，移动式和永久性之间区别可能不太明显。在这种情况下，用广应当根据遭遇恶劣环境的风险以及系泊小故的后果作出判断。如下所述，水久性与可移动系泊之间的差别是显者的下面的讨论可用作确定浮式结构的归属类别（永久性的或是可稳动的）指南：
2.2.1系泊类型
一座移动式的浮式平台通常选择装备一套扩展系泊，内转塔系泊或者动力定位系统，而一座永久性的浮式平台会有更多的系消设计选择，因为其逆常不要移动。3
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