阿芙拉型油輪變身FPSO

CCS深圳分社 羅 岱 鄭 南

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置(FPSO)是海洋石油開(kāi)采的重要裝備,舊油輪改裝是FPSO的重要來(lái)源之一。“FPSO CYRUS”輪改FPSO就是典型的案例?！癋PSO CYRUS”輪改造前為一艘雙殼雙底，載重11萬(wàn)噸的阿芙拉型油輪，船長(zhǎng)234米，型寬42米，型深21.5米。在改造成浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置后，船舶主尺度未發(fā)生變化，但其性能卻發(fā)生了本質(zhì)變化。改造后，該輪的原油儲(chǔ)存能力將達(dá)71.4萬(wàn)桶，其配備先進(jìn)的生產(chǎn)處理設(shè)施，原油處理能力為4.5萬(wàn)桶/天，該設(shè)施采用多點(diǎn)系泊定位形式，改造后設(shè)計(jì)使用壽命變?yōu)?5年，可連續(xù)固定作業(yè)10年不進(jìn)塢，改造完成后的“FPSO CYRUS”如圖1所示。

改造工程

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置（簡(jiǎn)稱FPSO）從尾至首主要設(shè)施布置如下：直升飛機(jī)平臺(tái)、原油尾部外輸裝置、生活樓、甲板吊機(jī)、上部油氣水處理設(shè)施、多點(diǎn)系泊裝置、火炬塔。

FPSO外形類似油船，但其復(fù)雜程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油船，涉及的復(fù)雜系統(tǒng)包括了多點(diǎn)系泊系統(tǒng)、油、氣、水處理系統(tǒng)和直升機(jī)起降系統(tǒng)，惰性氣體發(fā)生系統(tǒng)、消防救生系統(tǒng)、電氣儀表系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等等。

油輪改造為浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置，可以分為三個(gè)主要階段，一是船體結(jié)構(gòu)檢測(cè)，二是舊設(shè)備拆除與翻新，三是系統(tǒng)改造與模塊安裝。本次改造主要內(nèi)容有：主甲板改造換新、生活區(qū)擴(kuò)建換新、油氣水處理系統(tǒng)模塊及上模支墩新造安裝、直升機(jī)起降系統(tǒng)新造、原油外輸平臺(tái)新造、發(fā)電系統(tǒng)改裝新增、多點(diǎn)系泊結(jié)構(gòu)改裝新造、艏艉部改裝新造、消防救生系統(tǒng)改裝新增等。下面將依托FPSO改造實(shí)例著重對(duì)船體及結(jié)構(gòu)改造重點(diǎn)工程項(xiàng)目進(jìn)行介紹。

圖1 “FPSO CYRUS”改造完工圖

1、結(jié)構(gòu)檢測(cè)與總縱強(qiáng)度評(píng)估

該輪進(jìn)廠后首先對(duì)船體結(jié)構(gòu)包括鋼板、型材進(jìn)行檢測(cè)測(cè)厚，以確定維修換板整體工程量。該輪進(jìn)廠時(shí)，其船齡已超過(guò)11年，基于重大改建完成后船舶將在目標(biāo)海域不進(jìn)塢工作10年的目標(biāo)，依照評(píng)審要求船舶按照第三次特別檢驗(yàn)的范圍進(jìn)行近觀檢查和測(cè)厚。測(cè)厚過(guò)程依據(jù)檢驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，測(cè)厚結(jié)束后根據(jù)結(jié)構(gòu)的腐蝕極限情況，結(jié)合測(cè)厚報(bào)告，確定換板部位與換板尺寸。同時(shí)依據(jù)CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》對(duì)于130m以上且船齡10年以上的油船需要在特檢時(shí)對(duì)船體梁總縱強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估的要求，由我社認(rèn)可的供方公司進(jìn)行總縱強(qiáng)度評(píng)估計(jì)算并提交最終的計(jì)算報(bào)告。

2、原船設(shè)備的拆除與翻新

該輪進(jìn)入船廠后，需拆除FPSO不再需要使用的油船原有設(shè)備，拆除的設(shè)備包括了左舷主錨及錨機(jī)、甲板舊吊機(jī)、焚燒爐、排油監(jiān)控設(shè)備等。然后根據(jù)改造方案，對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行翻新和更換，其中更換了應(yīng)急發(fā)電機(jī)和應(yīng)急配電板、生活污水處理裝置、應(yīng)急消防泵等大型設(shè)備。對(duì)船上原有的各類泵進(jìn)行解體檢查、修理加工及試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)所有儀表、閥門(mén)和管路等進(jìn)行翻新與修理。其中儀表和安全閥在檢修后還需要由計(jì)量所出具檢定證書(shū)。在翻新過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)全程監(jiān)控舊設(shè)備的拆檢及車(chē)間維修加工并見(jiàn)證檢驗(yàn)舊設(shè)備的回船安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試。

3、主甲板改造加強(qiáng)

主甲板結(jié)構(gòu)形式基本保持與原船一致，但由于主甲板上需增加大量上部模塊，如油水分離模塊、油氣分離模塊、電力模塊等共10個(gè)模塊，需要對(duì)支墩的甲板安裝位置進(jìn)行局部加強(qiáng)，因此在甲板支墩的反面甲板縱骨處加裝了支撐肘板及補(bǔ)板。

4、尾樓甲板改造加強(qiáng)

尾樓甲板由于新增直升機(jī)起降平臺(tái)，因而將直升機(jī)平臺(tái)支撐位置處的甲板板割換為加厚板、同時(shí)在支撐位置處的反面構(gòu)件上加裝支撐肘板。

5、上層建筑延伸擴(kuò)建與內(nèi)舾裝改裝

該輪舊生活樓位于船尾，改造后位置不變，主要在原生活樓兩翼延伸擴(kuò)建了新生活樓結(jié)構(gòu)，改造擴(kuò)建后生活區(qū)可以容納的居住人數(shù)從33人增加至76人，上層建筑延伸擴(kuò)建圖見(jiàn)圖2。整個(gè)生活區(qū)改造工程主要涉及鋼壁、梯道、門(mén)、窗的改動(dòng)，內(nèi)裝板和甲板敷料的安裝及防火設(shè)施的改裝等。

6、模塊支墩安裝

每一上部模塊與主船體之間的連接結(jié)構(gòu)為模塊支墩，常用模塊支墩形式有三種，分別是：普通剛架形式、簡(jiǎn)支梁形式和兩端滑動(dòng)形式。“FPSO CYRUS”的設(shè)計(jì)工作海域?qū)儆诤r溫和海域，因此其選擇了普通剛架形式，即將模塊構(gòu)架平臺(tái)支腿直接焊接在模塊支墩上，這種剛架形式雖然在模塊支撐根部有明顯的高應(yīng)力區(qū)，但是卻利于現(xiàn)場(chǎng)建造，可大大減少工程量。模塊支墩作為上部模塊和船體結(jié)構(gòu)的連接界面，是承受大載荷的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，需對(duì)模塊支墩的建造精度和安裝誤差加以嚴(yán)格控制。模塊支墩大多布置在船體的強(qiáng)橫框架和縱向構(gòu)件的交叉位置處，在模塊支墩主甲板區(qū)域裝配時(shí)，應(yīng)盡量消除模塊支墩結(jié)構(gòu)與支墩下甲板反面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間的板厚對(duì)齊誤差。

圖2 上層建筑延伸擴(kuò)建

7、上部模塊安裝集成

與油輪相比，F(xiàn)PSO新增了多個(gè)上部模塊，包括了原油處理模塊、油氣水分離模塊、生產(chǎn)水處理模塊、伴生氣處理模塊、化學(xué)藥劑注入模塊、配電模塊、直升機(jī)燃油儲(chǔ)存模塊等。為縮短工程工期，模塊的預(yù)制采用了多場(chǎng)地建造模式，由不同分包商/不同場(chǎng)地同時(shí)進(jìn)行建造，待完工結(jié)束后，將上部模塊整體吊裝至船體上。在模塊吊裝前，應(yīng)審查模塊測(cè)量安裝方案，盡可能地縮小安裝偏差。其中在工藝模塊吊裝時(shí)，避免模塊支撐結(jié)構(gòu)與模塊支墩安裝界面間隙過(guò)大導(dǎo)致某個(gè)支撐結(jié)構(gòu)支腿“懸空”的現(xiàn)象。獨(dú)立模塊吊裝至上模平臺(tái)后基本采用搭接，而不采用焊接，以消除模塊之間變形的影響。

8、直升機(jī)平臺(tái)預(yù)制安裝

直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)位于尾甲板處，主要用于直升機(jī)運(yùn)輸物品及人員時(shí)起降。直升機(jī)甲板平臺(tái)由分包商獨(dú)立預(yù)制成形后再以散件方式運(yùn)輸?shù)酱瑥S，最后將直升機(jī)平臺(tái)的舾裝件及其附件一次性安裝到位。

9、貨油管系與原油外輸系統(tǒng)改造

FPSO改造工程，保留了貨油艙內(nèi)貨油管系及泵艙內(nèi)的貨油泵和貨油管系，在拆除原船主甲板上的外輸管系的基礎(chǔ)上，重新布置新增的主甲板原油外輸管架及管系，新布置的原油外輸管系直接連接至艉部處的原油外輸系統(tǒng)。

10、火炬塔建造

火炬塔預(yù)先在場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)制，預(yù)制完成后安裝于艏部左舷主甲板。在預(yù)制時(shí)，將其平放在胎架上，通過(guò)激光經(jīng)緯儀測(cè)量定位，保證胎架的水平度，即保證火炬塔的垂向精度?；鹁嫠慕Y(jié)構(gòu)由鋼質(zhì)圓管焊接而成，由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式，管節(jié)點(diǎn)存在許多T、K、Y節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在對(duì)鋼管裝配時(shí)應(yīng)控制好裝配間隙、同時(shí)重點(diǎn)注意焊接質(zhì)量的控制，在焊接完成后可對(duì)T、K、Y節(jié)點(diǎn)進(jìn)行打磨過(guò)渡，消除焊接殘余應(yīng)力。

11、更換甲板吊機(jī)和吊機(jī)休息臂

本次改造拆除了該輪原有的左右舷吊機(jī)，在船廠預(yù)制完成兩個(gè)新吊機(jī)基座、吊機(jī)柱體及吊機(jī)休息臂并通過(guò)吊裝分別安裝在主甲板左右舷。

12、多點(diǎn)系泊系統(tǒng)

多點(diǎn)系泊是浮式裝置常用的一種系泊方式，適用于較好的海況環(huán)境?！癋PSO CYRUS”的作業(yè)海域?qū)儆诤r溫和海域，四季風(fēng)浪流參數(shù)改變頻率低，因而選用了多點(diǎn)系泊的系泊方式。該輪改造后在主甲板艏艉兩端左右舷一共布置了4套多點(diǎn)系泊系統(tǒng)，每套系統(tǒng)由3條錨鏈組成，每條錨鏈通過(guò)導(dǎo)鏈管、導(dǎo)鏈器、止鏈器等裝置將船體與地樁連接，將FPSO系泊在固定位置，井口平臺(tái)采集的原油將通過(guò)懸掛在浮式裝置艏部舷側(cè)的立管經(jīng)由管匯進(jìn)入FPSO的油氣水處理流程。

13、貨油艙大艙結(jié)構(gòu)改造

本次改造還將原船的No.1左貨油艙重新改造并分隔為生產(chǎn)水艙、隔離空艙、副油艙、泵艙四個(gè)獨(dú)立艙室。

圖3 尾部直升機(jī)平臺(tái)

14、塢內(nèi)維修

船舶進(jìn)塢后，首先使用高壓水槍清除船體水線以下海生物，然后根據(jù)塢修計(jì)劃完成以下工作：清理海底門(mén)、拆檢維修通海閥、海底閥箱測(cè)厚與水壓試驗(yàn)、舷外排水口測(cè)厚與修理、海底塞密性試驗(yàn)、中間軸承測(cè)量、尾軸下沉量測(cè)量、護(hù)軸套測(cè)量、舵系測(cè)量、更換安裝新的船體陰極保護(hù)系統(tǒng)、依據(jù)退審圖紙?jiān)黾涌眲澦聶z驗(yàn)標(biāo)志。在完成塢內(nèi)修理和試驗(yàn)項(xiàng)目后，根據(jù)改造技術(shù)規(guī)格書(shū)，打砂去除原船油漆涂層，并重新施涂底漆和防污底漆。

15、系統(tǒng)安裝集成調(diào)試

在設(shè)備與模塊系統(tǒng)安裝集成上船后，船體、輪機(jī)、電氣各專業(yè)依照審批通過(guò)的調(diào)試大綱和調(diào)試程序?qū)Ω飨到y(tǒng)進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)收，對(duì)檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題以問(wèn)題清單（Punch List）的形式進(jìn)行記錄并及時(shí)反饋。

改造技術(shù)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

在FPSO改造過(guò)程中遇到了不少技術(shù)問(wèn)題和困難，下面就改造過(guò)程中遇到的一些技術(shù)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行概述。

1、貨油艙雙層底內(nèi)底板溝槽腐蝕

通過(guò)改造前進(jìn)行的測(cè)厚檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了在貨油艙雙層底內(nèi)底板存在多處連續(xù)溝槽腐蝕區(qū)域。針對(duì)雙層底內(nèi)底板腐蝕問(wèn)題，經(jīng)與船東及海工技術(shù)中心的反復(fù)討論研究，在基于該FPSO改造過(guò)程中已采取一流防腐技術(shù)，年間蝕耗率可按照輕微腐蝕處理的前提下，參考CCS規(guī)范中有關(guān)內(nèi)底板最小厚度計(jì)算公式，將雙層底板的換新厚度由原先的15.5mm降為13mm，經(jīng)過(guò)有限元強(qiáng)度計(jì)算分析，確認(rèn)該厚度能夠滿足有限元模型對(duì)該區(qū)域的強(qiáng)度要求。同時(shí)要求在雙層底內(nèi)底縱骨之間加裝縱向加密縱骨及三角肘板，以減小縱向構(gòu)件的橫向跨度，確保滿足該區(qū)域側(cè)向穩(wěn)定的要求。

在加裝縱向加密縱骨并添加肘板前，需要先更換所有腐蝕板厚低于13mm的內(nèi)底板。換板時(shí)，注意對(duì)照原船設(shè)計(jì)圖紙，保持所換新板的厚度和材料級(jí)別與原船一致。同時(shí)由于溝槽腐蝕基本發(fā)生在縱骨根部位置，換板時(shí)應(yīng)特別注意保持縱向構(gòu)件的連續(xù)性。

根據(jù)要求，船東方設(shè)計(jì)公司除提交了有限元計(jì)算分析報(bào)告外，還提交了圖紙和鋼板換新衡準(zhǔn)表，其中鋼板換新衡準(zhǔn)表詳細(xì)描述了所有壓載水艙雙層底各列板經(jīng)過(guò)加強(qiáng)改造后的換新衡準(zhǔn)厚度計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。

2、傾斜試驗(yàn)的免除

由于改造計(jì)劃的變更，該輪將在未完成所有改造工作的情況下中途遷往其他船廠完成剩余6個(gè)上部模塊的建造安裝工作。在此情況下，項(xiàng)目組向船東方提出應(yīng)進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，確定實(shí)船重量、重心，計(jì)算單航次航行工況下的完整穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性，提交海工技術(shù)中心進(jìn)行審批。船東認(rèn)為，如進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，將嚴(yán)重影響改造工期，申請(qǐng)通過(guò)提交空船重量及重心位置的估算報(bào)告、單航次航行工況的穩(wěn)性計(jì)算報(bào)告、強(qiáng)度計(jì)算報(bào)告供CCS審核批準(zhǔn)以免除傾斜試驗(yàn)。海工技術(shù)中心在審核并批準(zhǔn)了單航次航行工況下的重量和重心理論計(jì)算報(bào)告、單航次的穩(wěn)性報(bào)告、強(qiáng)度計(jì)算報(bào)告，同意理論計(jì)算替代本階段的傾斜試驗(yàn)。對(duì)今后類似情況的建議：如在改造中途需要對(duì)船舶進(jìn)行遷移，并申請(qǐng)免除傾斜試驗(yàn)，原則上可以用理論計(jì)算代替傾斜試驗(yàn)，以理論計(jì)算得出的重量、重心數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)性計(jì)算，但前提條件是，所有重量重心的移除和增加都必須有詳細(xì)的書(shū)面記錄并得到驗(yàn)船師的書(shū)面確認(rèn)。

3、應(yīng)急拖帶裝置拆除

根據(jù)SOLAS要求，載重噸20000以上的液貨船必須配備首尾應(yīng)急拖帶裝置。該輪改造為FPSO，首尾應(yīng)急拖帶裝置在船舶出塢被船東拆除，但該輪將空載單航次從深圳自航道迪拜，因此建議船東單航次申請(qǐng)船旗國(guó)免除，同時(shí)CCS提供相關(guān)的免除意見(jiàn)，最終獲取船旗國(guó)的免除批準(zhǔn)。

4、單錨一水航行

改造設(shè)計(jì)方案中，F(xiàn)PSO將通過(guò)多點(diǎn)系泊的方式固定于作業(yè)海域，因而改造開(kāi)工后，拆除了原油船左舷首部的錨泊系統(tǒng)，留下右舷首部的一套錨泊系統(tǒng)作臨時(shí)系泊之用。由于該輪的改造工程分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段在深圳完成主船體改造及部分上部模塊新裝，第二階段在迪拜完成剩余上部模塊的安裝和系統(tǒng)調(diào)試。在深圳完成第一階段改造工程后，該輪將從深圳自航到迪拜，因此需要申請(qǐng)免除左錨的單航次一水航行。經(jīng)與海工技術(shù)中心的反復(fù)討論研究后，要求船東方提供以下資料并滿足CCS的審核評(píng)估要求。1）基于改造與部分模塊安裝完工后狀態(tài)的船舶舾裝數(shù)計(jì)算書(shū)須滿足CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》的相關(guān)要求；2）改造后的錨泊設(shè)備布置圖、錨泊設(shè)備參數(shù)、從深圳航行至迪拜的航行路線和航行工況、航行途中緊急拋錨應(yīng)急預(yù)案等需要通過(guò)海工技術(shù)中心的評(píng)估；3）提供原有錨泊設(shè)備的產(chǎn)品證書(shū)交由現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目組審核備查。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組的審核評(píng)估后，最終同意了船東方的免除要求，并在船級(jí)報(bào)告中給出備忘，限制該輪僅限于從深圳至迪拜進(jìn)行單航一水航行。

5、舷燈和主桅燈可視范圍受阻

“FPSO CYRUS”在改造后，其左右舷燈可視范圍受甲板新增的吊機(jī)阻擋1～2度，主桅燈可視范圍被船首火炬塔部分阻擋，不滿足《國(guó)際海上避碰規(guī)則》中對(duì)桅燈和舷燈顯示角度的要求。經(jīng)與船東方及海工技術(shù)中心討論研究后，建議船東方增加以下改進(jìn)措施：1）在駕駛甲板兩翼增加額外的了望；2）船首位置增加額外的了望；3）在交通繁忙海域高級(jí)船員應(yīng)在駕駛室值班；4）在船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）上張貼警示信息。在滿足上述改進(jìn)措施的情況下，最終得到了船旗國(guó)的免除批準(zhǔn)。

6、通向船首的安全通道

FPSO改造后，尾樓通往船首的步橋已拆除，不能滿足SOLAS公約對(duì)自航油輪的要求。開(kāi)航前，船東向船旗國(guó)提出免除申請(qǐng)，船旗國(guó)提出滿足以下措施，同意免除：1）在駕駛室增加額外的了望；2）任何船員通往首部需穿戴救生衣、佩戴安全帶、結(jié)伴而行；3）在交通繁忙海域高級(jí)船員應(yīng)在駕駛室值班；4）船舶在首部及駕駛室翼橋兩側(cè)裝有監(jiān)控設(shè)備，可以監(jiān)視周?chē)煌ㄇ闆r。

7、駕駛室可視視線被遮擋

配電模塊安裝上主甲板后，駕駛室可視視線被部分遮擋，不滿足SOLAS公約對(duì)駕駛室可視視線范圍的要求。經(jīng)過(guò)與船東方和CCS海工技術(shù)中心的討論研究后，建議船東方增加以下改進(jìn)措施：1）在船艏樓甲板設(shè)置臨時(shí)遮蔽的觀察處所； 2）船首位置及駕駛甲板兩翼增加額外的了望；3）船舶配置CCTV監(jiān)測(cè)周?chē)Ｓ蚪煌ㄇ闆r；4）進(jìn)出港口時(shí)通知港口當(dāng)局，并增加額外的安全措施。在滿足上述改進(jìn)措施的情況下，最終得到了船旗國(guó)的免除批準(zhǔn)。

“FPSO CYRUS”的重大改造項(xiàng)目技術(shù)要求高、施工難度大、工程時(shí)間緊，在改造過(guò)程中，同船東、船廠開(kāi)展了多次技術(shù)交流與服務(wù)活動(dòng)，保證了改造項(xiàng)目的順利開(kāi)展?！癋PSO CYRUS”作為CCS承擔(dān)的首個(gè)油輪改FPSO入級(jí)項(xiàng)目，在現(xiàn)場(chǎng)、審圖各專業(yè)的共同努力與通力協(xié)作下，圓滿地完成了“FPSO CYRUS”的檢驗(yàn)任務(wù)，也為后續(xù)的FPSO改裝工程在技術(shù)上積累了經(jīng)驗(yàn)。