1、浙江海洋学院本科毕业论文 目录 0 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 自升式海洋平台海水提升和防海生物系统设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 浙江海洋学院本科毕业论文 目录 1 目录 摘 要 .3 1.前 言 .5 2.综述海洋平台 .6 2.1 海洋平台的分类 .6 2.2 自升式海洋平台简介 .7 2.3 世界海洋石油资源背景和海洋平台技术的价值 .8 2.3.1 世界海洋资源背景 .8 2.3.2 海洋平台技术的价值 .8 2.3.3 国外深海油气勘探开发现状 .9 2.3.4 我国海洋石油资源和海洋平台的 研究现状及发展趋势
2、.9 3.海洋平台海水提升系统设计 .10 3.1 海水提升系统的作用 .10 3.2 海水提升系统的分类作用机理与结构布置 .10 3.3 海洋平台压载系统简介： .11 3.3.1 压载舱和泵布置 .11 3.3.2 海水提升系统满负荷工作时计算 .11 3.3.3 海水提升系统满负荷工作性能计算 .12 3.4 海洋平台海水提升系统管系布置规范： .12 3.4.1 海洋平台管子的规格的选取依据 CB3075-8。 .12 3.4.2.管道压力 .15 3.4.3.管道设计温度 .15 3.4.4.管系等级 .15 3.4.5 管道的防护 .16 3.4.5 管道的热处理 .17 3.4
3、.5 管径的选择 .18 3.5 海水压载管路 .20 3.5.1 海水总管管径： .20 3.5.2 压载泵海水支管管径 .21 3.5.3 压载总管管径 .21 3.6 海水提升系统中海水提升泵的结构与性能计算 .21 3.6.1 海水提升泵的结构 .21 3.6.2 海水泵技术和性能要求 .21 3.6.3 海水提升泵的主要技术参数 .22 4.海洋平台防海生物系统设计 .26 4.1 海洋平台中防海生物系统的必要性 .26 4.1.1 海生物的种类 .26 4.1.2 海生物造成事故实例 .27 4.2 海生物对海洋作业平台管道的影响以及平台管道的防护设置 .28 4.2.1 海生物对
4、海洋平台管道的影响 .28 4.2.2 平台管道加强保护 .28 4.3 防海生物技术发展历史和近年的发展状况 .30 4.3.1 世界防海生物防污近代史 .30 4.3.2 现代防海生物技术朝着 环保无毒化发展 .31 4.4 现代防海生物技术的分类和方法 .31 浙江海洋学院本科毕业论文 目录 2 4.4.1 物理防污法 .31 4.4.2 化学防污法 .32 4.4.3 机械防污法 .33 4.4.4 不同污损措施的优缺点和海洋生态保护方面的考量 .33 4.4.5 现代探索的新型防海生物方法 .34 4.5 各种防海生物方法的原理以及特点 .34 4.5.1 MGP 原理 .34 4.
5、5.2 化学防海生物涂料 .35 4.5.3 物理电解法的原理及特点 .35 4.6 自升式海洋平台防海生物系统设 计 .37 4.6.1 直接式电解海水 .37 4.6.2 间接式电解海水 .37 4.6.3 平台起升状态直接式电解铜、铝防海生物装置 .38 4.6.4 平台漂浮状态下间接式电解铜、铝防海生物装置 .40 4.6.5 防海生物装置规范标准： .41 5.海洋平台发展中环境保护重要性简介 .42 5.1 海洋平台事故污染的案例 .42 5.2 未来海洋平台开发海洋生态保护方面的考量 .42 设计总结 .44 参考文献 .45 致谢 .46 浙江海洋学院本科毕业论文 摘要 3 自
6、 升式海洋平台海水提升和防海生物系统设计 摘 要 文章概述了当今我国和国际海洋平台发展现状，随着当今全球经济发展，对于石油和天然气资源的需求越来越多，随之而来的陆地上石油和天然气资源越来越紧张，海洋做为未来能源的重要来源，当前开发的技术还不成熟，开发的前景十分巨大。在发展的同时，如何更好的利用海洋资源，保护海洋生态环境的问题至关重要，海水提升和防海生物系统做为海洋平台的重要组成部分，对于该系统的研究和分析有着十分重大的意义。 海水提升装置是海洋平台中的重要组成部分，它负责为平台的冷却水系统，压载系统，喷冲系统，生活污水系统，油污水处理系统和水消防系统供应海水。海水提升系统在海洋平台中的作用至关
7、重要，它是平台其它作业系统正常工作的必要保证，正因为该系统的重要性，在设计和建造的过程中，要综合考虑各个方面的因素。防海生物系统是为了保证平台安全和稳定不受海洋生物影响的系统。其中 海洋污损生物是指固着或栖息在船舶 、 平台和各种人工设施水下固体表面上，对人类经济活动产生不利影响的各种海洋生物， 海上平台以及港口的海水系统都会受到海洋附着生物的严重污染。无论在海水提升和防海生物系统中，对于海洋生态环境的保护都至关重要，对于 海水提升和防海生物系统的设计建造都要综合考虑环境保护的因素。 关键词 ： 自升式海洋平台 ；海生物；海水提升； 防海生物装置 ；海洋生态保护。 浙江海洋学院本科毕业论文 摘
8、要 4 Jack up sea platform of seawater lifting and against sea living system design Abstract The article outlines the development status of todays China and international offshore platforms, with todays global economic development, more and more demand for oil and gas resources, followed by land-based
9、 oil and gas resources are increasingly tense, as a marine an important source of energy, vital to the development of exploitation of marine resources, marine platform. How to make better use of marine resources, protection of the marine environment is crucial in the development, water improvement a
10、nd anti-sea biological systems as an important part of the marine platform, research and analysis of the system has a very significant significance. Water lifting devices is an important part of offshore platforms, which is responsible for the cooling water system of the platform, the ballast system
11、, jetting systems, sewage systems, oil water treatment system and water fire protection system to supply sea water. Water lifting system play a crucial role in the offshore platform, it is necessary to ensure platform for other operating systems work properly, precisely because of the importance of
12、the system in the design and construction process, comprehensive consideration of various factors. The anti-sea biological systems in order to ensure platform security and stability from the system of marine biological effects. Which marine fouling refers to the fixation or live in the underwater so
13、lid surface ships, platforms and artificial facilities for human economic activities have adverse effects on a variety of marine life, sea water system for offshore platforms and port will be the ocean attached bio serious pollution. In seawater enhance the anti-sea biological systems for the protec
14、tion of the marine environment are essential, construction must consider the factors of protection for the design of seawater to enhance and anti-sea biological systems. Key Words ： jack up offshore platform； sea living ; apparatus for preventing marine organisms; Water lifting devices, Protection o
15、f marine ecosystem.浙江海洋学院本科毕业论 文 前言 5 1.前 言 人类利用海洋已有几千年的历史。由于受到生产条件和技术水平的限制，早期的开发活动主要是用简单的工具在海岸和近海中捕鱼虾、晒 海盐 ，以及海上运输，逐渐形成了海洋渔业、海洋盐业和海洋运输业等传统的海洋开发产业。 20世纪 60年代以来，人类对矿物资源、能源的需求量不断增加，开始大规模地向海洋索取财富。随着科学技术的进步，对海洋资源及其环境的认识有了进一步的提高，海洋工程技术也有了很大发展，海洋开发进入到新的发展阶段；大规模开发海底石油、天然气和其他固体矿藏， 20世纪 80年代初从事海上油气勘探的国家已达 10
16、0多个。 1983年钻井水深已达 1965 米。到 1984 年 5 月 ,全世界共有活动式钻井平台 715 座，其中自升式 436 座，半潜式 164 座，坐底式 29 座，钻井浮船和驳船 86 艘。世界海洋石油产量从 1950 年的 0.3亿吨，占世界石油总产量的 5.5%，增长到 1983 年的 6.9亿吨，占世界石油总产量的 26%。其中以英国、沙特阿拉伯、墨西哥、美国和委内瑞拉等国产量最多。海洋天然气 1983 年的产量为 2960 亿立方米，占世界天然气总产量的 19%。其中美国、英国和挪威的产量占总产量的 71.8%。海洋石油和天然气开发的产值已占海洋开发总产值的 70%左右。
17、随着未来海洋资源的开发和对海洋资源的进一步探索，海洋平台必将迎来 新的发展，海水提升和防海生物系统做为海洋平台的重要组成部分也越来越受到人们的关注。海水提升系统做为海洋平台其它作用系统的基础，是保证平台正常运行的组成部分，海水提升系统的稳定性至关重要。海洋生物对海洋平台的影响主要在对管道的影响也很严重，引水管道、冷凝器、冷却水管和卫生管道，常因海生物的附着，造成管道堵塞，还会造成管道的腐蚀，妨碍了海水的流通。未来海洋平台的发展毕将更加注重海洋生态环境的保护，这是未来海洋资源开发和海洋平台建设的必然趋势。在海水提升还防海生物系统的设计和运行过程中更加注重环保的因素，这也是我 们要考虑和注意的方面
18、。 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 6 2.综述海洋平台 2.1 海洋平台的分类 当今海洋平台有两种，固定式和移动式平台。海洋平台的主要作用是做为人类开发海洋资源的平台，海洋平台除了自身要具备可以开发海洋资源的条件也要具有保证人类在上面正常生活的功能。随着未来陆地资源的进一步匮乏，海洋做为人类尚未完全的开发的未知地，必将取代陆地成为未来世纪的发展重点和各种争夺资源的地区。开发高性能的海洋平台至关重要。 海洋平台具体可分为： 导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台 、 坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式 平台 、 FPSO。 （ 1） 导管架式平台 导管架 ，导管架帽
19、，桩，甲板四部分构成了导管架式平台。导管架式是海洋平台应用很广泛的平台之一，大量用于海上各种资源开发。 （ 2） 混凝土重力式平台 平台通常由 4 个或 3 个锥形混凝支柱支撑，混凝支柱一般高 300 英尺，混凝土平台体型很巨大，重达几万吨，受制于基地，不方便移值。主要用于石油开发。 （ 3） 坐底式钻井平台 坐底式钻井平台 俗称 钻驳或插桩钻驳， 由两部份组成，沉垫和上船体，中间用支撑结构相连。 坐底式钻井平台 发展缓慢，主要由于 坐底式钻井平台 的沉淀碰底需要注水，考虑到海底坚实、平 坦程度和水深限制， 坐底式钻井平台 应用于浅海区域，那里的开发石油之源前景比较美好。 （ 4） 自升式钻井
20、平台 自升式钻井平台由平台 具有移动特点，具体工作原理如下，到了一个井位，桩腿下降，插入海底，平台上升直到安全高度，然后检测桩腿平稳性。当一个地方的井位开采完时， 自升式钻井平台 全部提起，然后拖轮拖动整个平台到下一个井位。 （ 5） 钻井船 钻井船 顾名思义是一条船，已有的船舶可根据需要改装就能变成 钻井船 。 钻井船 最大特点是灵活性十足，具有自航能力，方便 钻井船 在井位之间，不过波浪对 钻井船 的影响很大。 （ 6） 半潜式钻井平台 坐底式平台 经过演变，人们逐渐发明了 半潜式钻井平台 ， 半潜式钻井平台 由两部分组成，浙江海洋学院本科毕业论文 正文 7 工作甲板和两个下窗体。这两个部
21、分通过支撑立柱连系在一起。目前 半潜式钻井平台 开发研究的很多，主要 半潜式钻井平台 能潜入将近 1000 米的水深，开发其他平台不易开探的地方。不过缺点也很明显， 半潜式钻井平台 的价格很昂贵，维修费用也很惊人。在 墨西哥湾和北海 ，这种平台被利用的比较多。 （ 7） 张力腿式钻井平台 张力腿式钻井平台 主要受到两个力而平衡，平台浮力和索拉力。 张力腿式钻井平台 由一位科学家在 1954 年设计出来，沿用至今。 （ 8） 牵索塔式钻井平 台 牵索塔式钻井平台 主要通过缆索的拉力，和平台受到的浮力保持平衡。此平台适用于海水比较深的地方。 （ 9） FPSO FPSO( Floating Pro
22、duction Storage & Offloading), 是 浮式生产储存卸货装置 的意思。FPSO 就像海上的石油加工厂，灵活性非常好，具有 高投资、高风险、高回报 的特点。 2.2 自升式海洋平台简介 目前应用最广泛的自升式海洋平台，一个平台主体和几个桩腿组成了 自升式海洋平台。该平台就有很好的灵活性。平台通过桩腿可自由上升下降。适用的海洋范围比较广。 自升式海洋平 台的工作状态可分为五种： （ 1） 拖航状态 指的是平台从一个井位到另一个井位，此时 自升式海洋平台整个几乎处于漂浮状态，波浪此时对平台的影响很大，要注意平台在漂浮状态下的受力平衡。 （ 2） 插桩和拔桩状态 两个不同状态
23、受到的力分别不一样，前者受到下降力，土壤反作用力，摩擦力；后者受到提升力，粘结力，土壤摩擦力。在进行插桩和拔桩时，要很注意桩腿和海底的碰撞情况。 （ 3） 放桩和提桩状态 自升式海洋平台在放桩情况时，由于由于桩腿的上升，整个平台处于漂浮状态，波浪对平台的影响很大，要考虑平台的受力平衡。 （ 4） 桩腿预压状 态 平台在进行桩腿预压时，容易受力不平衡，安全事故往往在此时发生的情况比较多，千万注意地基的承受压力。 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 8 （ 5） 着底状态 满载风暴自存和满载作业都是着底状态。平台通常是根据满载风暴自存状态进行研究的，考虑桩腿压力的因素，根据平台设计原则，选取前者研究。
24、 2.3 世界海洋石油资源背景和海洋平台技术的价值 2.3.1 世界海洋资源背景 当前，世界石油工业正面临着极大的挑战。全球油气储量增长乏力，远远无法弥补每年的产量。然而全球的油气消耗量仍将以较快的速度增长。根据国际能源署发布的世界能源展望预测，世界石油需求在 2030 年之前将保持年均 1.6的增长，到 2030 年达到 57.69 亿吨。天然气需求在 2030 年之前将保持年均 2.4的增长，到 2030 年达到 42.03 亿吨油当量。未来的油气能源将继续在世界能源需求中占据主导地位，到 2030 年油气需求将占世界能源总需求的 65。天然气资源估计将在 2015 年超过煤炭资源成为第二
25、大能源种类随着陆上石油资源的日渐枯竭，海洋石油已成为未来世界石油开采的主要来源。随着中国经济的发展，特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展，石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。我国从 1993 年开始， 原油供应皿满足不了市场需求，因而从石油出口国变为石油进口国。 2.3.2 海洋平台技术的价值 目前 己探明的世界海洋石油储量的 80以上在水深 500m 以内，而全部海洋面积的 90以上水深在 200 一 6000m 之间，因而大量的海域而积有待探明。此外，世界上除了少数海域以外，大部分地区的近海油气资源己口趋减少，向深海发展己成必然趋势，深海平台技术己成为国际海洋工程界的一个热点，
26、进行了大量的研究，新的深海平台结构不断涌现。图 l 给出了用于海洋油气开发的典型的海洋平台型式。我国拥有 300 万 km2 的海疆，深海油气资源十分丰 富。然而，目前油气资源开发主要是在 200m 水深以下的海域，深海平台技术的研究尚处于起步阶段，在面临世界各国对人类共同拥有的深海资源激烈竞争的形势下，须高度重视对深海平台技术的研究。 深水油气勘探正成为油气勘探开发的热点领域，虽然技术难度大，风险大，但投资回报率高，且相关技术日趋成熟，成本不断降低，近年来不断取得的深水油气发现，己成为全球油气增长的重要一极我国海洋油气勘探开发业务起步晚深海油气开发技术与国外先进技术存在很大的差距。目前，我国
27、深水钻探的最大水深只有 505m，已开发深海油气田的最大水浙江海洋学院本科毕业论文 正文 9 深只有 333m，铺管最大水深只有 30 肠我国深水油气勘探开发的装备和技术都很欠缺甚至是空白，深水区域特殊的自然环境和复杂的油气储存条件将使我国深水油气开发在钻探、开发工程、建造等方面面临诸多技术难题。技术上的巨大差距是我国深水油气田开发面临的最大挑战此外，我国南海海域与周边 8 个国家存在领土争议，这些国家与西方石油公司合作，已经发现了 100 多了油气田，每年开采 t 达到 3000 万到 50 亿万吨，而我国在南沙海域还没有建过一个平台。随着国民经济的高速发展，能源缺口和对外依存度也越来越大鉴
28、于国内外的形势，鱼需开发我国海域特 别是深水区丰的油气资源。 2.3.3 国外深海油气勘探开发现状 国外深水油气勘探始于上世纪 70 年代末，经过近 30 年的勘探，在南美、西非大西洋沿岸、西哥沟、北海、巴伦支海、喀拉海以及东南亚、澳大利亚西北大陆架等海域相继发现了很多大型油气田，其勘探领域已扩展到水深 3000m 的深海区 墨西哥海、南大西洋两岸的巴西与西非海城己成为世界油气勘探的热点被称为深水油气勘探的金三角，这里集中了当前世界大约已知的深水油气勘探活动。随着深海油田的不断发现石油工业界对开发深海石油的生产处理的兴趣日益增长并且创新了一些适用 于深海开发的海上石油生产处理装置。这些海上石油
29、的生产处理装大多为浮式的海上石油生产系统。由于深海的环境条件相对比较恶劣以及投资成本的加剧人们在降低投资及减少海上结构物的受力等方面做出了不断的努力。虽然深水油气勘探在全球广泛开展并己成为石油公司勘探的热点领域但当前全球深水油气业务主要集中在美国、英国、法国、巴西等国的石油公司手中。 2.3.4 我国海洋石油资源和海洋平台的研究现状及发展趋势 我国的石油资源并不丰富。世界人均的石油可采资源是 68 吨我国人均 12 吨相当于世界平均水平的 l/5天然气的世界平均 水平是 7 万方，我国的人均水平只有 l 万方，相当于世界平均水平的 In。但相对来说，我国的沿海和深海的油气资源还是比较丰的我国拥有 1000万平方公里的海洋田上，深海油气资源十分丰富，特别是我国南海海城具有丰富的油气资源和天然气水合物资源石油地质储量约为 230 亿到 300 亿吨占我国油气总资源的三分之一。 就海洋工程的科研力量来说我国现已有专门的海洋工程设计公司，研究所，大专院校及海洋工程国家实验室等，多年来，在海洋环境及荷载、平台结构响应分析、管道分析、关节点的应力与疲劳、海洋平台用铭、海工结构的无损检侧等方 面都取得了有成效的研究工作。
