圓筒形FPSO特點與總體布置策略分析

景江成　羅子良

摘要：以圓筒形WIDP FPSO為例，從技術(shù)性、經(jīng)濟性、安全性和可操作性等方面介紹并分析了船體系統(tǒng)、主甲板區(qū)域、上部模塊的設(shè)計方案特點及其總布置策略。

關(guān)鍵詞：圓筒形；主甲板；工藝甲板；上部模塊

引言

DANA WIDP FPSO浮式生產(chǎn)儲油船作業(yè)于英國北海大陸架，隸屬于DANA 石油公司旗下，COSCO執(zhí)行EPCI總承包合同，其主體直徑70米，主甲板高度32米，工藝甲板高度36.5米，日產(chǎn)4萬桶油，總儲量40萬桶，分別有主船體、主甲板、工藝甲板、上部模塊、生活模塊和系泊系統(tǒng)組成，其圓筒形設(shè)計， 相比船型FPSO，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，更適用于北海復(fù)雜多變的工況條件，見圖1。

1.圓筒形FPSO特點分析

1.1 主船體系統(tǒng)

圓筒形的FPSO與船型的FPSO相比，在相同儲油量的情況下，具有更大的水線面面積，提高了穩(wěn)定性和工作甲板的承載能力，緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了構(gòu)件的彎曲載荷和疲勞強度最小化，各種管纜大為減少，浮體的儲油效率明顯提高；對稱形狀的浮體，結(jié)構(gòu)簡潔，建造工藝比船型FPSO簡單，適合模塊化的設(shè)計和建造，成本低，周期短。由于模塊結(jié)構(gòu)相似度比較高，降低了建造難度。圓筒形的設(shè)計消除了艏搖激勵，也使浮體水下部分水動力完全相同，不僅適用于淺海，其深海復(fù)雜的環(huán)境條件下更加凸顯出其優(yōu)越性。

主甲板之下船體部分除了最外圈的壓載艙，其余都是貨油艙和部分淡水艙，沒有泵艙和機艙，艙內(nèi)除了安裝有深井式的貨油泵、壓載泵和一些液壓控制管線，沒有其他大的管纜，干凈簡潔，充分利用了浮筒的有效體積，見圖2。為減小艙內(nèi)積液的腐蝕，F(xiàn)PSO的設(shè)計在操作狀態(tài)下有一個面向艉部的靜態(tài)側(cè)傾，這樣有利于深井泵將各個艙內(nèi)的積液排放干凈，確保船體結(jié)構(gòu)的完整性。

系泊系統(tǒng)采用常規(guī)的多點系泊設(shè)計，分三組，每組四根錨鏈并和布置在主船體最下端的三組滑輪式導(dǎo)鏈器組成的十二點定位系統(tǒng)；立管區(qū)域布置在壓載艙，由十七根剛性管道組成導(dǎo)向立管，從主船體最下端延生到主甲板，柔性立管自下而上貫穿在剛性立管中，在主甲板立管區(qū)域與模塊的進口管匯系統(tǒng)相連。

1.2 主甲板區(qū)域

主甲板與工藝甲板之間的區(qū)域，主要用于船用設(shè)備及管纜的布置，基本相當(dāng)于把船型FPSO機艙、泵艙和主甲板上的設(shè)備都放在了這個區(qū)域，主要有貨油泵、壓載泵、海水提升泵、消防水泵機組、惰性氣體發(fā)生器、造水機、換熱器、錨絞機和生活油水輸送泵等，并且在主甲板外圍和工藝甲板之間設(shè)計有向外延伸的防浪墻，而且在主甲板圓周處，接近防浪墻附近還有高度為750mm的擋板，有效地保護了區(qū)域內(nèi)的設(shè)備及管纜等不受到海水和潮濕氣體的侵蝕。如圖3.

1.3 上部模塊系統(tǒng)

WIDP FPSO最終服役于英國北海的四個油田，分別是 Lewis， Harris， Uist 和 Barra，其主要用于原油處理，處理后的原油儲存在油艙里，分離的水通過注水模塊經(jīng)過脫氧處理，加壓回注到油層中，確保油田的壓力平衡，伴生氣經(jīng)過天然氣壓縮系統(tǒng)加壓一部分用于注井，一部分輸送到其他平臺，另一部分用于動力模塊燃氣透平發(fā)電機發(fā)電，燃氣透平發(fā)電機產(chǎn)生的高溫排煙又用于廢氣鍋爐，為全船的熱循環(huán)系統(tǒng)提供了動能，充分而有效地將熱能利用到最大化。

所有的上部模塊都在工藝甲板上，處于安全考慮，工藝甲板由防爆墻分割為兩部分，一部分為工藝模塊區(qū)域，即危險區(qū)，其模塊都采用桁架結(jié)構(gòu)，支撐根部與從主甲板升起的立柱進行焊接；模塊和模塊之間是兩米的安全通道，通道三米以上用于管纜之間的布置和連接； 另一部分為生活公用模塊區(qū)域，即安全區(qū)。安全區(qū)有生活樓、辦公室、配電及操作控制間、直升機平臺和一些安全救生設(shè)備，為全船提供了安全保障措施。

按照功能類型上部模塊主要分為如下九大部分，如表1，其中工藝模塊有五個，P10、P20、P30、P40，F(xiàn)10，生活公用模塊有三個，分別是U10，L10，O10，動力模塊一個U40。

2.總布置策略分析

FPSO常常根據(jù)模塊的大小、功能性、危險性、以及服務(wù)區(qū)的海況條件做出總體布置策略，其布置的優(yōu)劣直接關(guān)系到FPSO的安全性、操作性、人員居住環(huán)境、建造與作業(yè)成本及總體性能的發(fā)揮等。

英國北海相對東南亞及東非海域常年風(fēng)向變化較大，占主導(dǎo)風(fēng)浪的時間周期較短，所以不適合多點系泊的船型FPSO，而轉(zhuǎn)塔式的船型FPSO造價和維護成本又極高，所以北海的地質(zhì)海況條件更青睞于圓筒形的FPSO。

根據(jù)全年風(fēng)向頻率、浪涌方向和浪高等因素來定位貨油卸載、立管布置的安全操作范圍，模塊、火炬塔、生活樓以及系泊系統(tǒng)在主甲板上的相對位置和FPSO自身在服務(wù)海域的停泊方向定位。

工藝甲板位于主甲板之上4.5米，不但滿足了規(guī)范至少3米的安全設(shè)計范圍，而且寬裕的空間還可以保證主甲板上設(shè)備的維修吊裝及其工藝甲板下管纜的布置，而且在工藝甲板之上1.5米處還有一個通道甲板，保持和各個模塊的底層平齊，這樣既可以滿足工藝區(qū)模塊之間通道和運輸?shù)钠秸?，還保證了模塊與模塊之間、模塊與主甲板之間的管線布置。左右兩舷側(cè)靠近防爆墻處各有一吊機，同時一個卸貨緩沖區(qū)布置在左舷靠近吊機的生產(chǎn)區(qū)域，另一個布置在生活樓頂部，這樣吊機可以交錯兼顧覆蓋生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)，完成貨物運輸和設(shè)備維修吊裝等任務(wù)。

各個模塊之間的層高要盡可能布置在同一高度，這樣便于通道和設(shè)備吊裝運輸及其滿足逃生的安全要求。右舷的吊機回轉(zhuǎn)區(qū)域限定在防爆墻安全區(qū)一側(cè)，這樣可以避免貨物跌落在生產(chǎn)區(qū)域破壞工藝設(shè)備，而生產(chǎn)區(qū)域的設(shè)備則通過防爆電梯輸送到吊裝區(qū)域或試驗間。

在工藝生產(chǎn)區(qū)，為盡可能減少危險源對生活區(qū)域的影響，火炬塔需位于下風(fēng)口，延伸于舷側(cè)之外，做到離生活區(qū)最遠；象高溫、高壓的油水處理模塊、天然氣處理模塊都盡可能靠近艉部，遠離生活區(qū)；而相對危險性小點的注水模塊或其他設(shè)備則可以放置在離生活區(qū)較近的防爆墻附近?；鹁嫫彌_罐則要靠近火炬塔，一方面節(jié)省大口徑管線的布置，另一方面有助于火炬氣的充分燃燒，防止長距離排放帶來的冷凝氣。清管球模塊則要盡可能靠近立管區(qū)域且要遠離生活區(qū)，盡可能把海底高溫、高壓的高危險管線壓縮在立管范圍之內(nèi)，減少高壓管在工藝區(qū)的布置。

根據(jù)安全分析的結(jié)果，為減少爆炸、火災(zāi)帶來的影響，在油水分離模塊P20和壓縮機模塊P30之間布置一道防爆墻，將兩個高危險區(qū)域隔離開，從而減少了最大著火區(qū)域面積，減少了消防水的需求量，縮減了消防水泵的最大總量要求，節(jié)省了整個建造成本。主防爆墻附近的P40模塊布置在危險區(qū)P30、P20模塊和與安全區(qū)公用模塊之間，同樣是充當(dāng)一個爆炸緩沖的作用，相當(dāng)于一個防爆屏障。立管管匯在主甲板區(qū)域同樣有一道防火防爆墻與主甲板隔離，保護主甲板區(qū)域的設(shè)備不受破壞。通過全年風(fēng)向的分析，動力模塊則布置在了右舷安全區(qū)，一是為了避免排煙對工藝甲板和生活居住區(qū)的影響，二是通過防爆墻也有效地降低了危險源對全船主動力系統(tǒng)的破壞。

救生艇和救生筏各一組布置在安全區(qū)生活樓的左右舷，分別互成九十度方向，以確保FPSO在任何極端傾斜條件下，都能有其中的一個救生艇正常運作。救生集合點的逃生通道分別延伸到工藝甲板、主甲板，確保應(yīng)急逃生的安全需求。

3.結(jié)論

圓筒形設(shè)計具有更好的穩(wěn)定性，較高的甲板載荷能力和更多的存儲空間，可以適用于全球絕大多數(shù)海域和海況，逐漸為全球海工市場所接受， 不但浮式生產(chǎn)儲油平臺FPSO， 還有圓筒形鉆井平臺、液化天然氣裝置FLNG，和生活平臺都已逐步地走入市場，圓筒形的產(chǎn)品在未來高端平臺市場上將會極具有競爭力。

參考文獻：

[1]王天英.新概念FPSO最新研究發(fā)展. 船海工程， 第40卷 第5期 2011.

[2]李艷. PYRENEES FPSO 改/建造方案與總體布置策略分析， 中國造船， 第50卷 增刊 2009.