CFD在海上平臺(tái)方位設(shè)計(jì)中的應(yīng)用【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-06-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

由于海洋石油開發(fā)的特殊性,自開發(fā)至今,安全始終是至關(guān)重要的前提。海上石油平臺(tái)大多地理位置偏遠(yuǎn),造價(jià)成本高,含多種工藝和操作風(fēng)險(xiǎn),最大程度地減少人員和設(shè)備設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)是十分重要的?？梢酝ㄟ^本質(zhì)安全設(shè)計(jì),運(yùn)用技術(shù)手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性,使事故發(fā)生的可能性降到最低。平臺(tái)方位設(shè)計(jì)是本質(zhì)安全的一個(gè)重要方面,良好的方位設(shè)計(jì)可以從根本上限制不利影響事件的發(fā)生。傳統(tǒng)上,平臺(tái)方向的確定一般是根據(jù)工程師以往工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。雖然這種方法似乎是可以節(jié)省資金和時(shí)間成本,但是它可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)非理想的設(shè)計(jì)方案,因此可能會(huì)增加事故發(fā)生的可能性,從而增加后續(xù)設(shè)計(jì)階段中安全成本的投入。

優(yōu)化參數(shù)

海上平臺(tái)方位設(shè)計(jì)優(yōu)化研究所考慮的參數(shù)如下:

自然通風(fēng)影響,它可以減少有毒和易燃?xì)怏w的潛在聚集積累,降低潛在的蒸氣云爆炸后果發(fā)生的可能性。
直升機(jī)甲板影響,平臺(tái)發(fā)電機(jī)廢氣排放將影響直升機(jī)起降操作安全。
風(fēng)寒影響,會(huì)影響人員在平臺(tái)上工作的舒適性,特別是在寒冷的氣候和極端惡劣的天氣條件下。
救生艇漂移方向,在緊急情況下影響船員的安全。

自然通風(fēng)

通風(fēng)率是評(píng)價(jià)自然通風(fēng)的主要指標(biāo)。一旦放生可燃?xì)怏w泄漏,較高的通風(fēng)率可以有效的降低平臺(tái)上可燃?xì)怏w的殘留,降低可燃?xì)庠频某叽?。因?通風(fēng)率這一指標(biāo)越大越好。

高溫廢氣排放

根據(jù)CAP437海上直升機(jī)甲板設(shè)計(jì)規(guī)范中的規(guī)定“在直升飛機(jī)起降的飛行區(qū)域,溫度升高的最大值不能超過2℃?！?

對(duì)于許多海上設(shè)施,特別是在極端天氣地區(qū),直升機(jī)作為主要交通工具和緊急疏散工具。因此,直升機(jī)可用于通過盡可能多預(yù)期的天氣條件。此外,高溫廢氣排放還應(yīng)盡量減少對(duì)鉆井架,起重機(jī)等的影響。因此,高溫廢氣對(duì)直升機(jī)甲板的影響越小越好。

風(fēng)寒影響

根據(jù)NORSOK S-002,風(fēng)寒效應(yīng)是指暴露在風(fēng)中的皮膚,會(huì)感受到比當(dāng)時(shí)氣溫更冷的效應(yīng)。風(fēng)寒會(huì)影響操作設(shè)施所需人員的數(shù)目。在某些情況下,惡略的自然環(huán)境,將增加操作員誤操作的可能。為了給工作人員提供可接受的工作環(huán)境,并最大限度地提高安全性,風(fēng)寒的影響是要盡量減少的。值得注意的是,這一優(yōu)化目標(biāo)與自然通風(fēng)是相互矛盾的。因此,優(yōu)化方法的目的之一是找到這兩個(gè)潛在的相對(duì)應(yīng)目標(biāo)之間的平衡點(diǎn)。

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救生艇漂移

如果在緊急情況下部署救生艇,必須通過限制潛在危險(xiǎn)的暴露可能來最大限度地提高救生艇的生存潛力。救生艇可能會(huì)發(fā)生動(dòng)力失效,從而可能會(huì)暴露風(fēng)險(xiǎn)之中。為了最大限度地提高生存能力,救生艇應(yīng)盡可能地漂移遠(yuǎn)離平臺(tái)。因此,應(yīng)盡量最小化逆流漂移,長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)安全區(qū)域以及潛在的漂移返回平臺(tái)的可能。

為什么使用CFD?

良好的判斷力是解決任何工程問題的基礎(chǔ)。然而,CFD數(shù)值模擬可以有效的輔助完成一個(gè)優(yōu)化的設(shè)計(jì)。在石油和天然氣行業(yè),有關(guān)平臺(tái)方位的確定,通常只根據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)做定性的判斷,這可能會(huì)導(dǎo)致最終的設(shè)計(jì)方案并非最優(yōu)。本研究的目的是提高專家的預(yù)測(cè)精度,通過使用數(shù)值工具,以滿足以下設(shè)計(jì)目標(biāo):

最優(yōu)的平臺(tái)通風(fēng)效果
降低直升機(jī)甲板受排煙的影響
降低風(fēng)寒影響
降低救生艇漂移

當(dāng)然,使用CFD解決海上平臺(tái)相關(guān)的問題存在一些挑戰(zhàn):

首先,從技術(shù)的角度來看,海上平臺(tái)非常大,有極其復(fù)雜的幾何形狀,這就需要付出相對(duì)較大的時(shí)間成本和硬件資源。
其次,從項(xiàng)目管理的角度來看,項(xiàng)目的執(zhí)行時(shí)間是非常緊迫的,每一天的延誤將會(huì)造成高昂的成本損失。
此外,平臺(tái)定位是項(xiàng)目設(shè)計(jì)最前期需要確定的設(shè)計(jì)之一。然而,在這一階段項(xiàng)目的信息是相對(duì)不全面的,很多信息是不確定的,比如設(shè)備設(shè)施的布置位置等。
最后,健康和安全的預(yù)算分配通常是項(xiàng)目總成本的1%左右,這大大限制了技術(shù)安全對(duì)最終設(shè)計(jì)的影響。

進(jìn)行排煙CFD計(jì)算所采用的物理參數(shù)如下: