Green hydrogen presents a sustainable and environmentally friendly solution for clean energy production and transportation. This study aims to identify the optimal profile of green hydrogen transportation risers originating from a floating offshore wind turbine (FOWT) integrated with a hydrogen production facility. Employing the Cummins equation, a fully coupled dynamic analysis for FOWT with a flexible riser was conducted, with the tower, mooring lines, and risers described using a lumped mass line model. Initially, motion response amplitude operators (RAOs) were compared with openly published results to validate the numerical model for the FOWT. Subsequently, a parametric study was conducted on the length of the buoyancy module section and the upper bare section of the riser by comparing the riser's tension and bending moment. The results indicated that as the length of the buoyancy module increases, the maximum tension of the riser decreases, while it increases with the lengthening of the bare section. Furthermore, shorter buoyancy modules are expected to experience less fatigue damage, with the length of the bare section having a relatively minor impact on this phenomenon. Consequently, to ensure safety under extreme environmental conditions, both the upper bare section and the buoyancy module section should be relatively short.
Steel catenary riser (SCR) is a popular/economical solution for the oil/gas production in deep and ultra-deep water. The behavioral characteristics of SCR have a high correlation with the motion of floating production facility at its survival and operational environments. When large motions of surface floaters occur, such as FPSO in 100-yr storm case, they can cause unacceptable negative tension on SCR near TDZ (touch down zone) and the corresponding elastic deflection can be large due to local dynamic buckling. The generation, propagation, and decay of the elastic wave are also affected by SCR and seabed soil interaction effects. The temporary local dynamic buckling vanishes with the recovery of tension on SCR with the upheaval motion of surface floater. Unlike larger-scale, an-order-of-magnitude longer period global buckling driven by heat and pressure variations in subsea pipelines, the sub-critical local dynamic buckling of SCR is motion-driven and short cycled, which, however, can lead to permanent structural damage when the resulting stress is greatly amplified beyond the elastic limit. The phenomenon is extensively investigated in this paper by using the vessel-mooring-riser coupled dynamic analysis program. It is found that the moment of large downward heave motion at the farthest-horizontal-offset position is the most dangerous for the local dynamic buckling.
This paper deals with the topology optimized design of the riser support structures for floating production storage and offloading units (FPSOs) under global and local loading conditions. For a preliminary study and validation of the numerical approach, a simplified plate under static loading is first evaluated with the representative topology optimization methods, the Homogenization Design Method (HDM) and Density Method (DM) or Simple Isotropic Material with Penalization (SIMP). In the context of the corresponding riser support structures, the design problem is formulated such that structure shapes based on design domain variables are determined by minimizing the compliance subject to a mass target, considering the stress criterion. An initial design model is generated based on an actual FPSO riser support configuration. The topology optimization results present improved design performances under various loading conditions, while staying within the allowable limit of the offshore area.
The paper deals with strength design of a riser support installed on floating production storage and offloading (FPSO) vessel under various loading conditions - operation, extreme, damaged, one line failure case (OLFC) and installation. The design problem is formulated such that thickness sizing variables are determined by minimizing the weight of a riser support structure subject to stresses constraints. The initial design model is generated based on an actual FPSO riser support specification. The finite element analysis (FEA) is conducted using MSC/NASTRAN, and optimal solutions are obtained via moving least squares method (MLSM) in the context of response surface based approximate optimization. For the meta-modeling of inequality constraint functions of stresses, a constraint-feasible moving least squares method (CF-MLSM) is used in the present study. The method of CF-MLSM, compared to a conventional MLSM, has been shown to ensure the constraint feasibility in a case where the approximate optimization process is employed. The optimization results present improved design performances under various riser operating conditions.
The purpose of this study is to provide appropriate methodology to ensure the safety and integrity of the production riser in offshore structure. In order to select integrity estimation methodology for production riser, level I and II Non-destructive Damage Evaluation (NDE) methods that were applied to existing structures are classified and reviewed. Numerical analysis is performed to verify the applicability and capability on damage detection of reviewed methods. As a result, the damage detection methodology using modal strain energy is more sensitive in detection of the damage than other methods. In practice, the number of sensors is limited due to the environmental and financial conditions. The impact on damage detection performance by reducing the number of sensors is systematically investigated through a series of numerical analyses and the results are discussed. The optimal number of sensor for the integrity estimation of production riser is recommended.
Jo, Chul-Hee;Kim, Do-Youb;Hwang, Su-Jin;Rho, Yu-Ho
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.2
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pp.195-201
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2014
Flexible risers have been used extensively in recent years for floating and early production systems. Such risers offer the advantage of having inherent heave compliance in their catenary thereby greatly reducing the complexity of the riser-to-rig and riser-to subsea interfaces. Another advantage with flexible risers is their greater reliability. Concerns about fatigue life, gas permeation and pigging of lines have been overcome by extensive experience with these risers in production applications. In this paper, flexible riser analysis results were compared through coupled and uncoupled dynamic analyses methods. A time domain coupled analysis capability has been developed to model the dynamic responses of an integrated floating system incorporating the interactions between vessel, moorings and risers in a marine environment. For this study, SPM (Single Point Mooring) system for an FSU in shallow water was considered. This optimization model was integrated with a time-domain global motion analysis to assess both stability and design constraints of the flexible riser system.
Flexible risers have been used extensively in recent years for floating and early production systems. Such risers offer the advantage of having inherent heave compliance in their catenary thereby greatly reducing the complexity of the riser-to-rig and riser-to subsea interfaces. Another advantage with flexible risers is their greater reliability. Concerns about fatigue life, gas permeation and pigging of lines have been overcome by extensive experience with these risers in production applications. In this paper, flexible riser analysis results were compared through coupled and uncoupled dynamic analyses methods. A time domain coupled analysis capability has been developed to model the dynamic responses of an integrated floating system incorporating the interactions between vessel, moorings and risers in a marine environment. For this study, SPM (Single Point Mooring) system for an FSU in shallow water was considered. This optimization model was integrated with a time-domain global motion analysis to assess both stability and design constraints of the flexible riser system.
This study aims to investigate the behavioral characteristics of the LWSCR (lazy-wave steel catenary riser) for a turret-moored FPSO (Floating Production Storage Offloading) by using fully-coupled hull-mooring-riser dynamic simulation program in time domain. In particular, the effects of initial geometric profile on the global performance and structural behavior are investigated in depth to have an insight for optimal design. In this regard, a systematic parametric study with varying the initial curvature of sag and arch bend and initial position of touch down point (TDP) is conducted for 100-yr wind-wave-current (WWC) hurricane condition. The FPSO motions, riser dynamics, constituent structural stress results, accumulated fatigue damage of the LWSCR are presented and analyzed to draw a general trend of the relationship between the LWSCR geometric parameters and the resulting dynamic/structural performance. According to this study, the initial curvature of the sag and arch bend plays an important role in absorbing transferred platform motions, while the position of TDP mainly affects the change of static-stress level.
An integrated riser heating equipment has been developed to control shrinkage defects originated from casting of a marine propeller. The integrated riser heating equipment is composed of up/down moving parts, heating power source parts and an integrated controller. Heat capacity putting into the riser was calculated quantitatively on the base of a heat transfer analysis, which consisted of the establishment of heating model and the theoretical analysis for heat transfer. The riser heating equipment was evaluated through arc heating and electro-slag heating method. With the results, the arc type heating method was selected by considering high thermal efficiency, inexpensive cost, and convenient workship. This equipment improves the quality of a propeller casting and the poor working environment.
Due to the escalation in hydrocarbon consumption, the offshore industry is now looking for advanced technology to be employed for deep sea exploration. Riser system is an integral part of floating structure used for such oil and gas extraction from deep water offering a system of drill twines and production tubing to spread the exploration well towards the ocean bed. Thus, the marine risers need to be precisely employed. The incorporation of the strengthening material, fiber reinforced polymer (FRP) for deep and ultra-deep water riser has drawn extensive curiosity in offshore engineering as it might offer potential weight savings and improved durability. The design for FRP strengthening involves the local design for critical loads along with the global analysis under all possible nonlinearities and imposed loadings such as platform motion, gravity, buoyancy, wave force, hydrostatic pressure, current etc. for computing and evaluating critical situations. Finite element package, ABAQUS/AQUA is the competent tool to analyze the static and dynamic responses under the offshore hydrodynamic loads. The necessities in design and operating conditions are studied. The study includes describing the methodology, procedure of analysis and the local design of composite riser. The responses and fatigue damage characteristics of the risers are explored for the effects of FRP strengthening. A detail assessment on the technical expansion of strengthening riser has been outlined comprising the inquiry on its behavior. The enquiry exemplifies the strengthening of riser as very potential idea and suitable in marine structures to explore oil and gas in deep sea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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