Математическое моделирование процесса проектирования плавучего нефтехранилища

 

Лубенко Владимир Николаевич,

доктор технических наук, профессор, научный руководитель,

Петров Максим Петрович,

аспирант,

ведущий инженер-конструктор АСПО.

Астраханский государственный технический университет.

 

В объёме работ по определению оптимального комплекса технических средств для транспортировки углеводородов шельфа Каспийского моря [1] необходимо выполнить определение массогабаритных характеристик плавучего нефтехранилища. Решение данной задачи осуществляется посредством математического моделирования и представляет собой подпрограмму численного эксперимента в составе программы математического моделирования определения оптимального способа транспортировки углеводородов российского шельфа Каспийского моря.

Морские нефтехранилища применяются в танкерной или баржевой схемах транспортировки. Различают стационарные, подводные, плавучие типы нефтехранилищ. В связи с экономическим спадом, наблюдаемом во всём мире, в целях упрощения работ и снижения общей стоимости проекта в настоящее время рассматривается нефтехранилище плавучего типа, получаемое путём переоборудования танкера необходимой грузовместимости, срок эксплуатации которого приближается к окончанию.

Исходными данными являются информация об основных характеристиках танкеров-претендентов: грузовместимость танкера W_т; наибольшая длина танкера L; ширина В; осадка Т; высота борта Н; коэффициент общей полноты δ; водоизмещение порожнем D₀^т; мощность энергетической установки и насосов; численность экипажа; массы двигателя, вала, винта, вспомогательного оборудования. Построенный алгоритм позволяет из каталога танкеров, находящих в эксплуатации, выбрать наиболее близкий по грузовместимости, а также рассчитать изменение его массогабаритных характеристик при переоборудовании его в нефтехранилище. Математическая модель позволяет производить последовательный расчёт ёмкости трюмов, массовых характеристик снимаемых и вновь устанавливаемых конструкций и оборудования, водоизмещения порожнем и полного водоизмещения, а также осадки порожнем и осадки в полном грузу плавучего нефтехранилища.

Грузовместимость танкера-претендента может быть рассчитана по формуле:

W_т = (1 ± 0,07)×W_хр = (1 ± 0,07) ×К_зп×q,                                                                  (1)

где: W_хр – необходимая ёмкость нефтехранилища, м³;

q – объём суточной добычи нефти, м³/сут;

К_зп – коэффициент запаса, зависящий от района установки хранилища, для района морских месторождений Каспия принимаем R_зп = 3.

Водоизмещение порожнем нефтехранилища определяется [2, 3] по формуле:

D₀^хр = D₀^т + P_уст.об. – P_сн.об.,                                                                                      (2)

где: D₀^т–водоизмещение порожнем танкера-претендента, т;

P_уст.об. – масса дополнительно устанавливаемого оборудования и конструкций, т;

P_сн.об – масса снимаемого оборудования, т.

Масса дополнительно устанавливаемого оборудования и конструкций равна:

P_уст.об = P_кор + P_кат + P_шв + P_верт + P_нас + P_ком + P_пал,                                     (3)

где: Р_кор – масса корпусных конструкций, т, равная

Р_кор = k_кор×Р_кор^т,                                                                                                        (4)

где: k_кор – измеритель массы корпусных конструкций;

Р_кор^т = масса металлического корпуса танкера-претендента;

P_кат – масса дополнительной катодной защиты, т;

Р­_шв – масса устройств швартовки хранилища, H_шв = 40 ¸ 60 т;

Р_верт – масса вертолётной площадки, Р_верт = 150 ¸ 200 т.;

P_пал – масса палубных устройств – дополнительных грузовых стрел для подачи загрузочных шлангов и палубных швартовных лебёдок для швартовки транспортных танкеров, Рпал = 30 - 40 т.;

Р_нас – масса дополнительных грузовых насосов, устанавливаемых на переоборудованный танкер для увеличения скорости погрузочно-разгрузочных работ;

Р_ком – масса комплекса управления и контроля грузовых операций:

Р_ком = 0,4×Р_нас,                                                                                               (5)

К числу снимаемого оборудования относятся: главный двигатель; валопровод; винт; вспомогательное оборудование.

Р_сн.об = Р_гд + Р_вал + Р_винт­ + Р_всп.об.,                                                                             (6)

где: Р_гд – масса главного двигателя, т;

Р_вал – масса вала, т;

Р_винт – масса винта, т.;

Р_всп.об. – масса вспомогательного оборудования, т.

Полное водоизмещение нефтехранилища определяется по формуле [2, 3]:

D^хр = D₀^хр + Р_сн + W_хр×ρ_н,                                                                                         (7)

где: D^хр – полное водоизмещение нефтехранилища, т;

D₀^хр – водоизмещение порожнем нефтехранилища, т;

W_хр – ёмкость нефтехранилища, м³;

ρ_н – плотность нефти, т/м³;

Р_сн – масса снабжения;

Масса снабжения определяется по формуле:

Р_сн = Р_эк + Р_пров + Р_пр.вод + Р_снв,                                                                                (8)

где: Р_эк – масса экипажа, т;

Р_снв – масса инвентарного снабжения и расходов материалов танкера-претендента;

Р_пров – масса провизии, т:

Р_пров = ρ_пров×n_эк×А,                                                                                                     (10)

где: ρ_пров = 0,003;

n_эк – численность экипажа;

А – автономность по провизии;

Р_пр.вод – масса пресной воды, т.;

Осадка нефтехранилища порожнем определяется по формуле:

Т₀^хр = D₀^хр / (g×δ×L×B),                                                                                              (12)

Осадка нефтехранилища в полном водоизмещении определяется по формуле:

Т_п^хр = D^хр / (g×δ×L×B),                                                                                               (13)

где: g - плотность воды, т/м³;

δ – коэффициент общей полноты танкера-претендента;

D₀^хр – водоизмещение порожнем нефтехранилища, т;

L – длина танкера-претендента, м;

B – ширина танкера-претендента, м.

На основании расчётов, выполненных программой, были определены следующие характеристики оптимального нефтехранилища. С учётом выхода в будущем блока Каспийских месторождений на уровень нефтедобычи порядка 5-6 млн. т. год, принимаем плавучее нефтехранилище грузовместимостью 30000 т. Для переоборудования в нефтехранилище подходит танкер типа “Indra” 1994 года постройки с главными размерениями 182 х 32 х 17,5 м водоизмещением 42000 т. Осадка танкера, составляющая около 12 м, не является ограничивающим фактором, так как нефтехранилище будет установлено в глубоководных районах Каспийского моря вблизи нефтедобывающих платформ. Масса дополнительно устанавливаемого оборудования составляет 1360 т., масса снимаемого оборудования 800 т. Таким образом, полное водоизмещение после переоборудования составит 41450 т. Полное водоизмещение танкера после переоборудования в нефтехранилище изменяется незначительно, т.к. массы снимаемого и вновь устанавливаемого оборудования примерно равны. Одним из препятствий для использования переоборудованного среднетоннажного танкера в Северном Каспии в качестве нефтехранилища – невозможность прохода подобного танкера по водной системе Волга-Каспий в связи с большим значением осадки, поэтому переоборудование нефтеналивного судна необходимо производить на заводах Азербайджана или Казахстана, возможно, одного из танкеров Каспийского пароходства с подходящими параметрами. Альтернативой переоборудованию существующего танкера может стать постройка серии менее вместимых специализированного плавучего нефтехранилища на судостроительных заводах Астрахани.

 

Литература

 

1.                  Петров М.П., Лубенко В.Н., Пичугин Д. А. Математическое моделирование определения оптимального типа и состава морских транспортных средств для обслуживания углеводородных месторождений Северного Каспия // Доклады Всероссийской научно-технической конференции посвящённой 75-летию факультета морской и авиационной техники. – Нижний Новгород, 2009. – с. 59-64.

2.                  Ашик В.В. Проектирование судов. – Л.: Судостроение, 1985 г. – 320 с.

3.                  Бронников А.В. Проектирование судов. – Л.: Судострорение, 1991 г. – 321 с.

 

Поступила в редакцию 27.04.2010 г.