FPSO多點(diǎn)系泊的生產(chǎn)設(shè)計(jì)及建造

屈鳳鳴,周 聰,趙定權(quán)

(中船澄西船舶(廣州)有限公司，廣東 廣州 511400)

FPSO多點(diǎn)系泊的生產(chǎn)設(shè)計(jì)及建造

屈鳳鳴,周 聰,趙定權(quán)

(中船澄西船舶(廣州)有限公司，廣東 廣州 511400)

文章介紹了某VLCC改裝FPSO項(xiàng)目中的多點(diǎn)系泊系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，并簡要描述其生產(chǎn)設(shè)計(jì)和建造流程，剖析了多點(diǎn)系泊各結(jié)構(gòu)的運(yùn)作連動(dòng)原理，總結(jié)了生產(chǎn)建造的難點(diǎn)。

多點(diǎn)系泊；摯鏈器結(jié)構(gòu)；多點(diǎn)廊道張力平臺(tái)

多點(diǎn)系泊因其簡單、經(jīng)濟(jì)、可以安裝較多的輸油立管及臍帶系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，較多的應(yīng)用于舊油船改裝FPSO項(xiàng)目中，其生產(chǎn)設(shè)計(jì)和建造改裝為整個(gè)改裝項(xiàng)目中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

本文所介紹的VLCC改裝FPSO海工項(xiàng)目，是目前世界上同類型改裝中工程量最大、工程最復(fù)雜的項(xiàng)目。此FPSO也是功能最先進(jìn)的第三代海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船，全船長346.53 m、型寬58 m、型深31 m。

本船定位系泊系統(tǒng)采用的是多點(diǎn)系泊，艏艉共4組系泊點(diǎn)，每組有6套錨鏈結(jié)構(gòu)，共24個(gè)點(diǎn),如圖 1所示。

圖1 多點(diǎn)系泊主甲板實(shí)體結(jié)構(gòu)和模型圖

1 多點(diǎn)系泊運(yùn)作原理及構(gòu)成

1.1 運(yùn)作原理

海上定位系泊系統(tǒng)主要分為單點(diǎn)系泊和多點(diǎn)系泊2種，其中多點(diǎn)系泊適用于海洋環(huán)境良好的地域，相對(duì)于單點(diǎn)系泊，其建造成本占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。多點(diǎn)系泊的錨鏈與船體的連接由主甲板邊緣的上導(dǎo)向裝置和下方的導(dǎo)鏈裝置組成，鏈索自主甲板上多點(diǎn)平臺(tái)的系纜裝置進(jìn)入導(dǎo)向裝置，沿著舷側(cè)向下經(jīng)過船體下部連接點(diǎn)的導(dǎo)鏈裝置通入船底，與系泊浮筒相連[1]。系泊結(jié)構(gòu)能夠承受極限環(huán)境荷載及索鏈破斷的偶然載荷，正常操作工況下，還能承受長期低周疲勞載荷作用[2]。

1.2 組成結(jié)構(gòu)

本船多點(diǎn)系泊含有4組系泊點(diǎn)，每組6個(gè)獨(dú)立錨鏈系統(tǒng)，共有24個(gè)系泊點(diǎn)，對(duì)稱分布于船首及船尾。由多點(diǎn)廊道張力結(jié)構(gòu)、懸掛平臺(tái)、船體護(hù)舷、輔助系統(tǒng)組成了主甲板邊緣的導(dǎo)向裝置；由摯鏈器結(jié)構(gòu)、摯鏈器支撐調(diào)整裝置組成了下連接點(diǎn)的導(dǎo)鏈裝置。

1.2.1 導(dǎo)向裝置

多點(diǎn)廊道張力結(jié)構(gòu)為外懸掛式，附著于主甲板舷側(cè)。平臺(tái)上主要有絞車、起鏈裝置、電動(dòng)輪、滑移系統(tǒng)、導(dǎo)向裝置、控制臺(tái)、液壓單元等其他附屬機(jī)械結(jié)構(gòu)，滑移系統(tǒng)運(yùn)行的2根電導(dǎo)軌之間布置了6根導(dǎo)纜懸鏈管，支撐起了錨鏈?zhǔn)辗艑?dǎo)向的起始端。艏艉各有1個(gè)液壓單元，為平臺(tái)上的裝置提供液壓動(dòng)力，每個(gè)液壓單元總質(zhì)量為15.65 t。整個(gè)平臺(tái)在主船體外，不影響全船的總縱彎曲強(qiáng)度，應(yīng)力較大，采用高強(qiáng)度鋼。

懸掛平臺(tái)設(shè)置在舷側(cè)舷頂處，多點(diǎn)廊道起鏈裝置的正下方，提供和儲(chǔ)存充裕錨鏈。鏈條通過起鏈裝置，由電動(dòng)輪帶動(dòng)錨鏈至滑移系統(tǒng)，由滑移系統(tǒng)牽動(dòng)鏈索進(jìn)入懸鏈管。平臺(tái)采用AH36高強(qiáng)度鋼，對(duì)應(yīng)艙內(nèi)做T梁和肘板加強(qiáng)。

船體護(hù)舷位于懸掛平臺(tái)下方，防止鏈索摩擦損害。

輔助系統(tǒng)包含多點(diǎn)系泊的各類輔助眼板和由主甲板舷邊控制下方摯鏈器結(jié)構(gòu)擺動(dòng)的止動(dòng)系統(tǒng)。

1.2.2 導(dǎo)鏈裝置

摯鏈器結(jié)構(gòu)為導(dǎo)鏈裝置的主要結(jié)構(gòu)，每組分布固定6個(gè)摯鏈器，每個(gè)摯鏈器質(zhì)量達(dá)40 t，支撐結(jié)構(gòu)由4層水平平臺(tái)、垂向封板和格板組成1個(gè)波浪狀盒子，平臺(tái)穿過外板，嵌入船體結(jié)構(gòu)，參與總縱強(qiáng)度，有較大的應(yīng)力作用，為強(qiáng)力構(gòu)件，多采用高強(qiáng)度鋼，并在相關(guān)肋位改裝換新成肋板結(jié)構(gòu)，增加半肋位，這一部分也是設(shè)計(jì)建造的難點(diǎn)。

摯鏈器支撐調(diào)整裝置位于摯鏈器結(jié)構(gòu)下方，為船體內(nèi)外的加強(qiáng)，外部桁架結(jié)構(gòu)連接到摯鏈器結(jié)構(gòu)，支撐摯鏈器的導(dǎo)鏈管，同時(shí)設(shè)有彈簧銷控制其轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

2 下導(dǎo)鏈裝置的生產(chǎn)設(shè)計(jì)與建造

2.1 結(jié)構(gòu)改裝建造內(nèi)容

2.1.1 導(dǎo)鏈裝置

在接近空載水線的位置，6個(gè)摯鏈器總質(zhì)量達(dá)240 t，與船體連接形成下導(dǎo)鏈裝置，會(huì)受到較大的錨鏈牽動(dòng)力，此處的整個(gè)外板雙殼結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了改裝，4層支撐摯鏈器的強(qiáng)力平臺(tái)直接穿過外板，嵌入船體結(jié)構(gòu)，并在艏部的系泊點(diǎn)增設(shè)9檔半肋位，艉部增設(shè)了10檔半肋位。強(qiáng)力平臺(tái)之間設(shè)有垂向帶孔隔板和強(qiáng)力肘板以保證強(qiáng)度。

艏部摯鏈器支撐結(jié)構(gòu)改裝范圍覆蓋從FR94～FR100，L30～L43，新設(shè)6檔半肋位。4層強(qiáng)力平臺(tái)采用40DH36-Z和30DH36-Z的高強(qiáng)度鋼，外板采用25AH36-Z的板材。船殼內(nèi)外改裝結(jié)構(gòu)平均板厚30 mm，對(duì)區(qū)域內(nèi)雙殼、縱壁以外的所有框架，縱骨外板進(jìn)行換新。因建造過程中的實(shí)測(cè)水線為6 m，水線以上按起重能力和裝配順序劃分為6個(gè)預(yù)制分段，分段包括外板、縱骨、強(qiáng)力平臺(tái)和部分框架，以外板為胎架面建造，塢外吊裝，水線附近范圍內(nèi)的改裝在塢內(nèi)散裝完成。預(yù)制分段情況見表 1、圖2。

表1 艏艉摯鏈器支撐結(jié)構(gòu)預(yù)制分段情況(僅結(jié)構(gòu))

圖2 FPSO船舶導(dǎo)鏈裝置

艉部摯鏈器支撐結(jié)構(gòu)改裝范圍覆蓋從FR60～FR66，L30～L44，新設(shè)10檔半肋位。3層強(qiáng)力平臺(tái)采用40DH36-Z鋼，最上面一層采用30DH36-Z的高強(qiáng)度鋼，外板依然是25AH36-Z的材質(zhì)要求。對(duì)同樣改裝區(qū)域內(nèi)雙殼、縱壁以外的所有框架，縱骨外板進(jìn)行換新，原船3#平臺(tái)部分換新。實(shí)測(cè)水線以上劃分出了6個(gè)預(yù)制分段，水線附近的改裝在塢內(nèi)散裝完成。預(yù)制分段情況見表 1、圖2。

艏艉摯鏈器支撐調(diào)整裝置，位于摯鏈器支撐結(jié)構(gòu)中間和下方，主要由管桁架結(jié)構(gòu)組成，與船殼有2處采用大肘板形式相連，反面艙內(nèi)肘板扁鐵加強(qiáng)，在每處系泊點(diǎn)設(shè)有2層管結(jié)構(gòu)，每層均布6個(gè)彈簧卡槽和6個(gè)管槽孔來控制摯鏈器的轉(zhuǎn)向角度和導(dǎo)鏈管的擺動(dòng)角度。分段詳細(xì)情況見表2、圖2。

表2 艏艉摯鏈器支撐調(diào)整裝置預(yù)制分段情況(僅結(jié)構(gòu))

2.1.2 導(dǎo)向裝置

多點(diǎn)廊道張力結(jié)構(gòu)為獨(dú)立平臺(tái)，與主甲板和舷頂接觸點(diǎn)做局部加強(qiáng)。除去設(shè)備，平臺(tái)上主要結(jié)構(gòu)有2根大T做成的導(dǎo)軌和6個(gè)一條線的導(dǎo)鏈懸立管，整個(gè)平臺(tái)面做格柵鋪設(shè)；懸掛平臺(tái)為單層結(jié)構(gòu)平臺(tái)，平臺(tái)有1個(gè)儲(chǔ)鏈筒，2組鏈條的限位，面積較小，與外板連接部分換新為25AH36-Z材質(zhì)，反面T梁肘板加強(qiáng)，平臺(tái)預(yù)制安裝，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)散裝；在懸掛平臺(tái)和空載水線舭部之間設(shè)置4檔半圓形的舷側(cè)鏈條護(hù)舷，反面肘板加強(qiáng)，護(hù)舷長度跨1檔肋位5.7 m，有墊板，見圖 3。

2.2 生產(chǎn)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

多點(diǎn)系泊結(jié)構(gòu)多為高強(qiáng)度厚鋼結(jié)構(gòu)，受到的應(yīng)力較大，除確保船殼的封閉性以外，所有的對(duì)接焊均為全熔透焊接，多處角焊也采用了全熔透的焊接要求。摯鏈器支撐結(jié)構(gòu)處外板與強(qiáng)力平臺(tái)、框架與強(qiáng)力平臺(tái)、外部肘板隔板與強(qiáng)力平臺(tái)、框架與Z向鋼外板區(qū)域均需采用X型坡口全熔透焊接。

圖3 FPSO船舶導(dǎo)向裝置

無損探傷的布置：按照特殊強(qiáng)力構(gòu)件的分布和船東的要求布置磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)比例，見表 3。

因?yàn)橄挡袋c(diǎn)錨鏈角度要求，器械與結(jié)構(gòu)相接，結(jié)構(gòu)改裝的幾個(gè)數(shù)據(jù)要點(diǎn)需要確保：①多點(diǎn)廊道張力平臺(tái)的定位直接影響錨鏈的角度，平臺(tái)上的6根導(dǎo)鏈懸立管必須對(duì)心，間距要確保符合設(shè)計(jì)要求，并在2根平行電導(dǎo)軌中間定位。②上導(dǎo)鏈懸立管和摯鏈器必須對(duì)心，需要下連接點(diǎn)的支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)力平臺(tái)上增設(shè)對(duì)接縫，船外的摯鏈器結(jié)構(gòu)用于與上導(dǎo)鏈懸立管對(duì)心，然后再割除余量，與船體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)力平臺(tái)部分對(duì)接。③摯鏈器支撐結(jié)構(gòu)的4層強(qiáng)力平臺(tái)需要保證其平臺(tái)間的間距，建議采用高度定位，以摯鏈器的器械結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)。④摯鏈器支撐結(jié)構(gòu)艙內(nèi)改裝，新增的強(qiáng)力平臺(tái)與縱骨要保持連續(xù)，應(yīng)力過度要流順。艏部艙內(nèi)改裝因原船縱骨均為水平，較好處理，但艉部的艙內(nèi)改裝卻因原船縱骨斜向收縮布置，另有斜向的原船平臺(tái)，而強(qiáng)力平臺(tái)要求水平布置，最終交錯(cuò)成X型結(jié)構(gòu)，許多原船縱骨需要做截?cái)嗵幚恚脚_(tái)需要開大U槽以便強(qiáng)力平臺(tái)與框架穿過，連續(xù)問題的處理需要注意。⑤懸掛平臺(tái)的定位，要確保懸掛平臺(tái)的鏈條限位處與多點(diǎn)廊道的起鏈器對(duì)齊。

表3 艏艉摯鏈器支撐結(jié)構(gòu)無損探傷表

3 結(jié)束語

本船作為功能最先進(jìn)的第3代海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船，其定位系泊系統(tǒng)采用多點(diǎn)系泊形式，不僅系泊點(diǎn)數(shù)較多而且運(yùn)作較先進(jìn)。對(duì)于淺水作業(yè)FPSO，此種高效經(jīng)濟(jì)的系泊系統(tǒng)提高了生產(chǎn)作業(yè)的效率和安全系數(shù)[3]，其應(yīng)用和建造近幾年在我國FPSO的建造改裝中也逐漸涉及，此船的多點(diǎn)系泊系統(tǒng)對(duì)我們以后建造和設(shè)計(jì)多點(diǎn)系泊系統(tǒng)也有一定的研究意義。

[1]陳震,王璞,趙耕賢,等. 多點(diǎn)系泊FPSO系泊結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度研究[J]. 船舶工程,2008(2)：5-8.

[2] 周全智,李金英,劉偉. 多點(diǎn)系泊FPSO的系泊結(jié)構(gòu)研究[J]. 船舶工程,2014(S1)：195-197，251.

[3]王天英. 淺海新型FPSO-IQFP多點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J]. 海洋工程,2014(3):89-95.

A description is given to design and building of the spread mooring system of FPSO in VLCC by analyzing the gearing principle of each structure and summarizing the difficulties in its production.

spread mooring system;chain connector;chain tensioning support structure

屈鳳鳴(1988-)，女，重慶人，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶設(shè)計(jì)開發(fā)工作。

U674

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.04.015

2016-01-18