A Study on the Structural Behavior of FPSO Topside Module by Support Condition

지지조건에 따른 FPSO 상부 모듈의 구조적 거동에 관한 연구

Abstract

FPSO consists of topside modularized plants for production of crude oil, and hullside structures that serve as support for the topside and storage of produced crude oil. The structural behavior of the FPSO topside module and its supporting hull depends on the interface structure that connects them, and the interface structure consists of a combination of individual unit support structures called Module Support Seat (MSS). Types of interface structures are various and, accordingly, the basic design of the FPSO topside module structure is greatly influenced, so various design methods should be considered from the initial design phase. Structural design of FPSO topside module requires consideration of the number of MSSs, connection type, and structural analysis options such as the range of finite element models, load conditions, and boundary conditions for verification of structural strength. In this study, the comparison combination cases for the above considerations were derived and the strength evaluation was performed, and the structural behavior characteristics of the topside module were compared and analyzed through a detailed review of the analysis results. The results of this study are considered to be a good reference for designing a more reliable topside module structure.

FPSO는 원유의 생산을 위한 플랜트가 기능별로 모듈화 되어있는 상부구조(topside)와 생산된 원유의 저장 및 상부구조의 지지 기능을 하는 하부구조(hullside)로 구성된다. FPSO 상부 모듈과 이를 지지하는 선체의 구조적 거동은 이들을 연결하는 인터페이스 구조에 따라 달라지며, 인터페이스 구조의 형식은 MSS(Module Support Seat)라고 하는 개별 단위 지지구조들의 조합으로 구성된다. 인터페이스 구조의 형식이 다양하고 이에 따라 FPSO 상부 모듈 구조의 기본 설계가 크게 영향 받으므로 초기 설계 단계부터 다양한 설계 방안을 검토해야 한다. FPSO 상부 모듈의 구조 설계 시에는 선체와의 상호 작용을 고려하여 MSS의 개수, 연결 형식을 결정해야 하고, 구조 강도 검증을 위한 유한요소 모델의 범위, 하중 조건, 경계 조건 등 구조 해석 옵션을 신중히 고려해야 한다. 본 연구에서는 상기 고려 사항들에 대한 비교 조합 Case들을 도출하고 강도 평가를 수행하였으며, 해석 결과의 상세한 고찰을 통해 상부 모듈의 구조적 거동 특성을 비교 분석하였다. 본 연구 결과는 보다 신뢰성 있는 상부 모듈 구조 설계를 위한 좋은 참고 자료가 될 것으로 판단된다.

Fig. 2. Calculation of rotational stiffness of MSS

Fig. 1. Finite element models

Fig. 3. Stress difference for elements of which stresses in Case 3 are larger than Case 4

Fig. 4. Case 5 under hull-girder sagging moment

Fig. 5. Case 6 under hull-girder sagging moment

Table 1. Definitions of comparison cases

Table 2. Load cases for in-place analysis

Table 3. Summary of maximum stresses