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MSER:全球首个海上移动平台结构完整性技术产品

新闻来源:中国船检    浏览量:1530 李红涛 2015-12-21
        MSER系统是基于结构模型数据库为基础,由结构状态数据录入模块、特征数据存储数据库模块、状态数据存储数据库模块及海洋环境条件数据库模块组成,通过结构状态数据与有限元模型数据的无缝链接,可对海上移动平台结构进行快速计算分析,从而实现移动平台的井位安全评价、结构安全评价、突发事件的应急响应、老龄移动平台评价与管理以及现场检验计划的制定等功能,以数据采集、结构评价、制定检验计划及检验实施为循环的管理模式,实现对海上移动平台结构的全生命周期管理。
         MSER系统研发工作历时两年多时间,共建立了12个船型的SACS模型以及5个船型的ANSYS模型进行反复验证,攻克了船体-桩腿连接的有限元建模技术、桁架式桩腿水动力计算、自升式钻井平台结构动力响应计算、桩脚与土壤相互作用模拟计算以及基于Ansys二次开发等技术难点,并已在大量工程实践中应用,为移动平台安全生产作业提供了强有力的技术支持和保障,赢得了中海油服和相关油公司赞誉。
         目前, MSER系统正在为中海油服、胜利海洋局等船东服务,为船东决策提供了有力的技术支持,在业内赢得良好口碑。MSER系统的应用将进一步提高大型海工装备管理水平,增强CCS海工技术实力,提升CCS海工服务品牌形象。
         结构完整性管理技术,定义为保证海上移动设施从投入运营到退役期间全生命周期过程的适用性评价系统,当平台发生改造、损伤、载荷变化、井位抗风暴分析、延寿及应急响应时,此系统可实现对平台结构快速、连续及动态评估,并为平台的结构损伤评价、适用性评估、检验计划、维护和修理等提供一个合理的解决方案。
         结构完整性技术已经应用于海上固定设施,如API、ISO组织已经发布了相关规范和标准,并已经在墨西哥湾的海上固定平台得到广泛应用。目前为止,结构完整性技术在海上移动平台上的应用尚处于空白,为保证海上移动设施的结构安全,亟需开发一套适用于海上移动平台的结构完整性管理系统,以期实现对移动平结构从设计、建造、投入使用,直至到最终退役全生命周期的安全管理,从而保证平台使用者及时掌握平台的技术状况及使用的安全环境,发现安全隐患应及时做出补救,同时为主管机关全面了解平台的结构状态、制定合理的检验计划,确保平台的安全运营和科学管理。
        中国船级社研发的移动平台结构全生命周期管理系统,是一个基于结构模型数据库为基础的为移动平台井位作业能力分析、应急响应以及现场检验提供服务的、以保证海上移动平台结构安全为目的的大型管理信息系统(简称MSER系统,Model,Survey,Emergency Response)。该系统通过建立有限元模型数据库,结合设计原始图纸数据及生命期中的动态数据输入(如改造、检测),应用有限元计算及理论分析,给出结构安全评价结论,为检验机构现场检验、平台日常维护和保养提供指导,并当平台改变作业环境条件需要井位作业能力分析以及出现意外事故需进行应急响应时,为船东快速决策提供技术支持。
         MSER系统主要分为特征数据存储子系统、状态数据存储子系统、有限元模型子系统、检测计划生成子系统、状态数据录入系统及网页系统,合计6个子系统。
图1  数据存储数据库图            2  状态数据录入系统
图3  有限元模型数据库图          4   海洋环境条件数据库
        MSER系统的优势,首先是结构完整性技术理念创新。国内外首次创建了适用于海上移动平台的结构完整性技术,并形成技术产品——“海上移动平台结构全生命周期管理系统(简称MSER系统)”,为海上移动平台建立起一套完整的连续、动态、快速的结构评价体系,通过对载荷变化数据、结构状态数据的有效管理及与结构有限元模型的无缝链接,可对平台结构在任何时点、任何受载状态下进行快速结构应力评价,从而实现了平台全生命周期内的结构安全管理,为作业、检验、维修、应急响应等提供全面准确的技术决策。
        其次是,评估方法和实现手段创新。攻克的一系列建模关键技术,奠定了评估技术的理论基础,同时打破了国外设计公司的技术垄断,有力推动了国内形成自主知识产权的海工装备设计水平的发展;国内外首次为海上移动平台建立起一整套完整的评估方法、评估流程和具体评估要求,并形成行业指南,规范了行业内对移动平台营运中的结构状态评定方法;国内外首次通过对ANSYS二次开发解决了平台结构实际状态数据和有限元模型数据的无缝链接,实现了有限元模型数据的自动更新,使得有限元模型始终保持为平台结构的最新状态,快速响应计算分析得以实现。
        第三是,技术手段和服务模式创新。项目成果具极强的实用价值和完美的用户体验,改变了以往对移动平台安全管理的技术手段和服务模式;国内外首次提出了海上移动平台应急响应服务理论,创建了具有CCS特色的应急响应服务产品CCS-MODU-ERS,为海上移动平台突发事故的应急响应提供了强有力的技术支持;国内首次编制了海上移动平台CCS、ABS、API规范校核自动化计算的软件程序;MSER系统的开发和应用,在船级社传统的入级检验服务基础上,提供了优质的增值服务,尤其是作业井位安全评估、应急响应支持和老龄平台适用性评估3个模块的推出,极大程度上解决了平台使用者的实际需求,指导了实际现场生产作业,同时使得政府主管机关的管理要求更加清晰、明确,进一步提升了我国海洋工程装备的技术管理水平。
        第四是,井位适用性评估技术创新。国内外首次创建了海上移动平台井位作业安全评估方法和一般流程,并编写相关指南,使得自升式和半潜式平台进入新的井位作业前,可按指南方法对平台作业安全进行预评估,并制定相应措施,极大程度地保证了海上移动平台作业安全。通过大量的实践检验,井位作业安全评估技术已经日臻完善,得到国内外业界的高度认可,其技术水平已达到国际领先水平。
CCS在产品开发过程中攻克的诸多关键技术,如井位作业安全评估技术、应急响应支持、船体和桩腿连接建模技术、结构动力响应计算、桩土相互作用、半潜式平台的锚泊耦合分析、半潜式平台的气隙计算等,打破了国外设计公司的技术垄断,为国内形成自主知识产权的海工装备设计奠定了技术基础。
        研制的具有中国特色的海洋工程装备安全管理数据库MSER系统,立足于当前海洋工程装备安全管理的迫切需求,着眼于海洋工程结构发展的未来方向,可有效提高企业海工装备管理水平,增强了市场核心竞争力,有利于海洋石油企业与国际钻井市场接轨,为招投标、获得钻井合同提供了技术支持。例如MSER系统帮助中海油服钻井业务成功走出国门,在墨西哥湾、波斯湾、北海等国际钻井市场斩获市场份额。
        此研究成果增强了中国船级社的技术服务手段,改进了服务模式,在传统的入级检验服务基础上,为客户提供了更加优质的增值服务。成功应用于中海油田服务有限公司的海上移动平台上,提升了公司装备管理水平,节约了管理成本,共完成井位作业安全评估100余次,老龄移动平台结构安全评估18座,应急响应支持18次,为中海油服带来经济收益共计约146,937万元人民币。同时,还成功应用于中石油集团海洋工程公司的海上移动平台上,完成井位作业安全评估2次及应急响应1次,为中石油海洋工程公司创造经济效益约5000万元人民币。中石化胜利海洋钻井公司、中海石油能源发展股份有限公司、上海长江旭普林工程股份有限公司也积极应用技术成果,先后完成5座超期服役移动平台的结构状态评估,确保了老龄移动平台的营运安全。该项目成果的成功应用为几家公司节约了巨大资金,赢得了良好的经济效应和社会效益。
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