CFD在海上平臺方位設(shè)計中的應(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。海上石油平臺大多地理位置偏遠(yuǎn),造價成本高,含多種工藝和操作風(fēng)險,最大程度地減少人員和設(shè)備設(shè)施風(fēng)險是十分重要的?？梢酝ㄟ^本質(zhì)安全設(shè)計,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。平臺方位設(shè)計是本質(zhì)安全的一個重要方面,良好的方位設(shè)計可以從根本上限制不利影響事件的發(fā)生。傳統(tǒng)上,平臺方向的確定一般是根據(jù)工程師以往工程項目的經(jīng)驗。雖然這種方法似乎是可以節(jié)省資金和時間成本,但是它可能會導(dǎo)致一個非理想的設(shè)計方案,因此可能會增加事故發(fā)生的可能性,從而增加后續(xù)設(shè)計階段中安全成本的投入。

優(yōu)化參數(shù)

海上平臺方位設(shè)計優(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,會影響人員在平臺上工作的舒適性,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)率是評價自然通風(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)盡量減少對鉆井架,起重機(jī)等的影響。因此,高溫廢氣對直升機(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,會感受到比當(dāng)時氣溫更冷的效應(yīng)。風(fēng)寒會影響操作設(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潛在的相對應(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。救生艇可能會發(fā)生動力失效,從而可能會暴露風(fēng)險之中。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。因此,應(yīng)盡量最小化逆流漂移,長時間到達(dá)安全區(qū)域以及潛在的漂移返回平臺的可能。

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優(yōu)化的設(shè)計。在石油和天然氣行業(yè),有關(guān)平臺方位的確定,通常只根據(jù)以前的經(jīng)驗做定性的判斷,這可能會導(dǎo)致最終的設(shè)計方案并非最優(yōu)。本研究的目的是提高專家的預(yù)測精度,通過使用數(shù)值工具,以滿足以下設(shè)計目標(biāo):

最優(yōu)的平臺通風(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,海上平臺非常大,有極其復(fù)雜的幾何形狀,這就需要付出相對較大的時間成本和硬件資源。
其次,從項目管理的角度來看,項目的執(zhí)行時間是非常緊迫的,每一天的延誤將會造成高昂的成本損失。
此外,平臺定位是項目設(shè)計最前期需要確定的設(shè)計之一。然而,在這一階段項目的信息是相對不全面的,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)算分配通常是項目總成本的1%左右,這大大限制了技術(shù)安全對最終設(shè)計的影響。

進(jìn)行排煙CFD計算所采用的物理參數(shù)如下: