一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法，其步骤：根据FLNG实际布置，得到FLNG装置横剖面模型；在工程计算中对FLNG装置横剖面模型进行简化；根据FLNG装置环境条件，选取计算工况，参数包括船舶吃水深度、海水温度和空气温度；根据计算工况，对FLNG装置横剖面模型的横截面温度场快速计算；根据温度场快速计算结果进行详细温度场计算；形成主要影响因素构成的温度场曲面；其中主要影响因素包括双排舱间距和中纵隔舱注水情况；基于温度场分析的FLNG液舱优化。本发明专利技术能快速针对重点关注区域提供详细计算结果，并能根据温度场分析结果为FLNG装置液舱结构优化提供理论依据。

An optimization method for liquid tank of floating LNG plant based on temperature field analysis

The present invention relates to an optimization method for liquid tank of floating LNG plant based on temperature field analysis. The steps are as follows: obtaining the transverse section model of the FLNG plant according to the actual arrangement of the FLNG plant; simplifying the transverse section model of the FLNG plant in engineering calculation; selecting the calculation conditions according to the environmental conditions of the FLNG plant, including the parameters of the ship to eat. Water depth, sea water temperature and air temperature; fast calculation of cross-sectional temperature field of FLNG unit cross-section model according to calculation conditions; detailed calculation of temperature field based on the fast calculation results of temperature field; forming the temperature field curved surface composed of the main influencing factors; the main influencing factors include double row space and mediastinum The FLNG water tank optimization based on temperature field analysis. The invention can quickly provide detailed calculation results for key areas of concern, and can provide theoretical basis for structural optimization of liquid tank of FLNG device according to the analysis result of temperature field.

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法
本专利技术涉及一种浮式液化液化天然气装置液舱优化方法，特别是关于一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法。
技术介绍
浮式液化天然气生产装置(FloatingLiquefiedNaturalGas,FLNG)是一种集生产、液化、储存和外输为一体的新型气田开发装置，是最具前景的深远海气田开发模式之一。众所周知，液化天然气(LiquefiedNaturalGas,LNG)温度为-162度，超低温的LNG使得液舱的安全至关重要，所以需要进行整个液舱结构的温度场计算，并且基于此进行液舱优化。FLNG装置在海上生产作业过程中遭遇台风时，一般采取两种方式：船体解脱系泊系统撤离和船体不解脱系泊系统但装置停产人员撤离的方式。对于后者，由于停产且人员撤离，所以船上大部分设施关闭。对于装载了LNG的FLNG，液舱加热系统停止工作意味着船体将慢慢变冷，液舱围护系统内外温差非常高，使得液舱及周围结构的温度场分析十分重要。特别是在人员撤离的条件下，需要考虑FLNG装置在位情况下如何保持液舱围护系统的安全可靠，需要在液舱设计中充分考虑各种不利环境条件，分析各种状态下的液舱周围船体温度，使得舱室设计达到最优。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法,该方法能快速针对重点关注区域提供详细计算结果，并能根据温度场分析结果为FLNG装置液舱结构优化提供理论依据。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据FLNG实际布置，得到FLNG装置横剖面模型；2)在工程计算中对FLNG装置横剖面模型进行简化；3)根据FLNG装置环境条件，选取计算工况，参数包括船舶吃水深度、海水温度和空气温度；4)根据计算工况，对FLNG装置横剖面模型的横截面温度场快速计算；5)根据温度场快速计算结果进行详细温度场计算：根据工程经验，对于重点关注区域进行详细温度场计算，重点关注区域包括：温度场快速计算中温度低于或者接近船体钢材温度容许值的区域，以及船体的中纵隔舱区域；6)形成主要影响因素构成的温度场曲面；其中主要影响因素包括双排舱间距和中纵隔舱注水情况；7)基于温度场分析的FLNG液舱优化。进一步，所述步骤2)中，简化内容如下：2.1)对于液舱围护系统的多层薄膜，根据热力学守恒定理简化为一层；2.2)对于实际FLNG船体内的骨材突出部分，模型中忽略骨材突出部分：根据现有实验数据，采用FLNG船体内骨材的热传导等效系数对骨材突出部分进行忽略处理；2.3)对于液舱内部，根据工程情况按照内部均充满液化天然气情况；2.4)对于分舱内空气，在工程计算中视为温度均一。进一步，所述步骤4)中，对于每一个工况的快速计算，其步骤如下：4.1)根据钢材所处位置，在水线面以上的，采用空气温度与LNG的温度的中间值，设置船体钢材初始温度TC0和分舱空气初始温度Tw0；在水线面以下的，采用海水温度与LNG的温度的中间值，设置船体钢材初始温度TC0和分舱空气初始温度Tw0；4.2)根据舱室周围的船体钢材温度和舱室空气温度的差值等计算舱室内的对流交换系数hn；4.3)根据舱室内的对流交换系数hn计算船体钢材温度Twi+1，i为迭代步数，i＝0,1,2，…；4.4)判断船体钢材温度Twi+1与前一迭代步的船体钢材温度Twi的差值是否小于预先设定容许值，若小于则进入下一步，反之则返回步骤4.2)继续迭代；4.5)迭代计算并更新分舱内的空气温度TCi+1，并判断该空气温度TCi+1与前一迭代步的空气温度TCi的差值是否小于预先设定容许值，若小于则完成计算，得到FLNG装置横截面温度场分布，反之则返回步骤4.2)继续迭代。进一步，所述步骤4.2)中，对流交换系数hn为：其中L为经验系数，为由试验获得；ΔT船体钢材温度和舱室空气温度差值的绝对值。进一步，所述步骤4.4)、4.5)中，预先设定容许值为0.001。进一步，所述步骤5)中，对重点关注区域的详细温度场计算步骤如下：5.1)对于选定的区域建立三维模型，截取范围较选定区域增大一个分舱；5.2)截断处的温度场边界条件采用对应位置的温度场快速计算结果；5.3)采用现有计算方法得到选定区域的三维温度场分布。进一步，所述步骤6)中，温度场曲面形成方法为：根据步骤5)的计算结果，得到液舱船体结构的最低温度，而影响该最低温度的主要影响因素是双排舱间距和中纵隔舱注水情况；通过计算不同工况的双排舱间距和中纵隔舱注水情况，得到不同工况的最低温度，由此构成温度场曲面上不同位置的点；各个点之间通过插值构成曲面，该曲面上点的X坐标即为双排舱间距，Y坐标即为中纵隔舱注水情况，Z坐标即为最低温度。进一步，所述步骤7)中，根据船体钢材对温度的设计要求—最低温度要求，结合步骤6)形成的温度场曲面，通过绘制等值线，得到基于温度场的液舱优化主要参数的选值范围，完成优化。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术将液舱温度场快速计算和详细温度场计算相结合，能快速针对重点关注区域提供详细计算结果，并能根据温度场分析结果为FLNG装置液舱结构优化提供理论依据。2、本专利技术通过算得到整个液舱船体结构的温度，采用最低温度作为控制条件进行优化，各影响因素都选取多个数值，这样每种情况都计算得到每种情况的最低温度。由此可以得到温度场曲面的每个点，点和点之间通过插值构成曲面，通过有限的点得到整个曲面，通过在等值线上选择点来得到对应的主要影响参数实现优化。附图说明图1是FLNG装置典型横截面示意图；图2是本专利技术的横截面温度场快速计算流程示意图；图3是本专利技术的各影响因素构成的温度场曲面示意图；图4是本专利技术的参数优化组合选取示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。本专利技术提供一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法，其包括以下步骤：1)建立FLNG装置横剖面模型；根据FLNG实际布置，得到FLNG装置横剖面模型及液舱的二维横剖面模型，其中包括船体外壳、船体内壳、船体分舱和液舱围护系统等。典型的FLNG双排舱截面图，如图1所示。2)在工程计算中对FLNG装置横剖面模型进行简化；简化内容如下：2.1)对于液舱围护系统的多层薄膜，根据热力学守恒定理简化为一层；2.2)对于实际FLNG船体内的骨材等突出部分，模型中忽略骨材等突出部分。根据现有实验数据，采用FLNG船体内骨材的热传导等效系数对骨材等突出部分进行忽略处理。其中，等效系数由不同型式钢材的实验数据获得。2.3)对于液舱内部，根据工程情况按照最危险情况计算，即内部均充满液化天然气情况。2.4)对于分舱内空气，在工程计算中视为温度均一。3)选取FLNG装置横剖面模型计算工况：根据FLNG装置环境条件，选取计算工况，参数包括船舶吃水深度、海水温度和空气温度等。4)根据计算工况，对FLNG装置横剖面模型的横截面温度场快速计算；如图2所示，对于每一个工况的快速计算，其步骤如下：4.1)根据钢材所处位置，在水线面以上的，采用空气温度与LNG的温度的中间值，设置船体钢材初始温度TC0和分舱空气初始温度Tw0；在水线面以下的，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据FLNG实际布置，得到FLNG装置横剖面模型；2)在工程计算中对FLNG装置横剖面模型进行简化；3)根据FLNG装置环境条件，选取计算工况，参数包括船舶吃水深度、海水温度和空气温度；4)根据计算工况，对FLNG装置横剖面模型的横截面温度场快速计算；5)根据温度场快速计算结果进行详细温度场计算：根据工程经验，对于重点关注区域进行详细温度场计算，重点关注区域包括：温度场快速计算中温度低于或者接近船体钢材温度容许值的区域，以及船体的中纵隔舱区域；6)形成主要影响因素构成的温度场曲面；其中主要影响因素包括双排舱间距和中纵隔舱注水情况；7)基于温度场分析的FLNG液舱优化。

【技术特征摘要】
1.一种基于温度场分析的浮式液化天然气装置液舱优化方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据FLNG实际布置，得到FLNG装置横剖面模型；2)在工程计算中对FLNG装置横剖面模型进行简化；3)根据FLNG装置环境条件，选取计算工况，参数包括船舶吃水深度、海水温度和空气温度；4)根据计算工况，对FLNG装置横剖面模型的横截面温度场快速计算；5)根据温度场快速计算结果进行详细温度场计算：根据工程经验，对于重点关注区域进行详细温度场计算，重点关注区域包括：温度场快速计算中温度低于或者接近船体钢材温度容许值的区域，以及船体的中纵隔舱区域；6)形成主要影响因素构成的温度场曲面；其中主要影响因素包括双排舱间距和中纵隔舱注水情况；7)基于温度场分析的FLNG液舱优化。2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤2)中，简化内容如下：2.1)对于液舱围护系统的多层薄膜，根据热力学守恒定理简化为一层；2.2)对于实际FLNG船体内的骨材突出部分，模型中忽略骨材突出部分：根据现有实验数据，采用FLNG船体内骨材的热传导等效系数对骨材突出部分进行忽略处理；2.3)对于液舱内部，根据工程情况按照内部均充满液化天然气情况；2.4)对于分舱内空气，在工程计算中视为温度均一。3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤4)中，对于每一个工况的快速计算，其步骤如下：4.1)根据钢材所处位置，在水线面以上的，采用空气温度与LNG的温度的中间值，设置船体钢材初始温度TC0和分舱空气初始温度Tw0；在水线面以下的，采用海水温度与LNG的温度的中间值，设置船体钢材初始温度TC0和分舱空气初始温度Tw0；4.2)根据舱室周围的船体钢材温度和舱室空气温度的差值等计算舱室内的对流交换系数hn；4.3)根据舱室内的对流交换系数hn计算船体钢材温度Twi+1，i为迭代步数，i＝0...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小松，谢彬，王俊荣，谢文会，王世圣，韩旭亮，喻西崇，
申请(专利权)人：中国海洋石油集团有限公司，中海油研究总院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11