海洋石油111FPSO船體結(jié)構(gòu)維修改造設(shè)計(jì)

徐業(yè)峻，嚴(yán) 明，金向東，陳忠亭

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)公司 天津300457)

0 引 言

海洋石油111FPSO船體由708所于2001年設(shè)計(jì)完成，由外高橋船廠建造，2003年在番禺油田投產(chǎn)。為確認(rèn)船體結(jié)構(gòu)狀態(tài)，曾在 2012年進(jìn)行船體狀態(tài)評(píng)估(CAP)，所得測(cè)厚報(bào)告表明，該船結(jié)構(gòu)當(dāng)時(shí)狀態(tài)良好；但 BV分析報(bào)告表明貨油艙局部熱點(diǎn)疲勞，壽命有限。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格書 FPSO須 10年進(jìn)塢；此外，近期船級(jí)社巡檢發(fā)現(xiàn)壓載艙、船外板等局部嚴(yán)重腐蝕，油漆脫落或起泡，已不能有效發(fā)揮保護(hù)作用。鑒于前次狀態(tài)評(píng)估后，海洋石油111又繼續(xù)在海上服役 3年，超出油漆涂裝保護(hù)時(shí)間，鋼板可能加速腐蝕，船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可能存在不足或失穩(wěn)等隱患，需要進(jìn)行大面積維修或更換。海洋石油111原設(shè)計(jì)壽命為20年，現(xiàn)預(yù)計(jì)2018年塢修之后可再使用10年，故需要對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核，對(duì)局部進(jìn)行設(shè)計(jì)加強(qiáng)，以保障油田正常安全生產(chǎn)。

1 海洋石油111FPSO基本情況

海洋石油111 FPSO為載重量15萬(wàn)噸級(jí)的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(FPSO)，現(xiàn)作業(yè)于南海番禺 4-2/5-1油田。海洋石油111 FPSO能承受百年一遇的海上風(fēng)暴，臺(tái)風(fēng)不解脫(圖1、圖2)。

圖1 海洋石油111 FPSOFig.1 HYSY 111 FPSO

船體為單甲板、單底雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)，無(wú)推進(jìn)動(dòng)力，采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊定位，串靠尾輸。上甲板由尾至首依次布置：外輸區(qū)、生活區(qū)和直升機(jī)甲板、堆場(chǎng)、主電站、熱站、油氣處理模塊、單點(diǎn)系統(tǒng)、火炬塔。艙內(nèi)由尾至首依次布置：尾尖艙、機(jī)艙、泵艙、生產(chǎn)工藝艙、貨油艙和邊壓載艙、單點(diǎn)艙、首尖艙。

海洋石油111 FPSO主要技術(shù)參數(shù)如下：

圖2 海洋石油111FPSO總布置圖Fig.2 General layout of HYSY 111 FPSO

2 船體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

船級(jí)社巡檢發(fā)現(xiàn)被檢艙室的主體結(jié)構(gòu)完整，形態(tài)正常，但壓載艙、船外板等局部嚴(yán)重腐蝕(圖3)，左舷銹包約40%，右舷約35%，另有局部銹蝕約15%。銹包內(nèi)已腐蝕嚴(yán)重(主要是坑蝕)，會(huì)造成腐蝕面積越來(lái)越大，鋼板越來(lái)越薄，甚至穿孔。油漆脫落或起泡，不能有效起到防腐作用，BV和CCS船檢發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)油漆整體狀態(tài)差，艙頂部有油漆起泡現(xiàn)象，尤其在第二和第三平臺(tái)之間，油漆局部破損嚴(yán)重，甚至脫落，不能有效起到防腐作用。雖然按照船級(jí)社要求，進(jìn)行油漆修補(bǔ)，但受制于作業(yè)條件，只能局部修補(bǔ)，且質(zhì)量不能保障，不能有效解決問題。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選取了右舷第三壓載艙進(jìn)艙調(diào)研。底部至 5710mm平臺(tái)、5710mm平臺(tái)至 10810mm平臺(tái)整體腐蝕情況較之上兩層(即10810mm平臺(tái)至17810mm 平臺(tái)、17810mm 平臺(tái)至主甲板)好一些，內(nèi)殼縱艙壁較船體外板腐蝕情況略好一些。配合前期開展的艙內(nèi)測(cè)厚工作表明，艙內(nèi)10810mm平臺(tái)至17810mm 平臺(tái)區(qū)域，已進(jìn)行了除銹和補(bǔ)漆，現(xiàn)場(chǎng)目視情況較其他層略好。因壓載艙作業(yè)需要，反復(fù)壓載和排載，上部?jī)蓚€(gè)區(qū)域長(zhǎng)期處于水氣界面，同時(shí)緊鄰貨油艙海水被加熱，共同導(dǎo)致上部?jī)蓚€(gè)區(qū)域的環(huán)境條件較下部更為惡劣，所表現(xiàn)出的腐蝕情況也比下部更為嚴(yán)重。

另外，大分段合攏處，縱骨穿過(guò)橫向強(qiáng)框或艙壁處以及縱骨肘板趾端，結(jié)構(gòu)腐蝕情況均較為嚴(yán)重(圖4)。上述區(qū)域，屬于應(yīng)力集中的疲勞敏感區(qū)域，交變應(yīng)力反復(fù)作用易對(duì)油漆保護(hù)從里向外造成破壞。因此，在進(jìn)塢后需對(duì)類似區(qū)域進(jìn)行打磨除銹、除漆和探傷，確定是否結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞裂紋，再根據(jù)具體情況確定結(jié)構(gòu)修復(fù)或更換方案。

圖3 壓載艙內(nèi)平臺(tái)腐蝕穿孔Fig.3 Corrosion perforation of platforms in ballast tanks

圖4 船體合攏縫腐蝕Fig.4 Corrosion of closing seams of hull

3 船體結(jié)構(gòu)維修改造

3.1 結(jié)構(gòu)腐蝕超標(biāo)

依據(jù)BV船級(jí)社《Rules for the Classification of Offshore Units》、中國(guó)船級(jí)社《海上浮式裝置入級(jí)規(guī)范》對(duì)腐蝕極限的要求和設(shè)計(jì)，結(jié)合原始板厚和現(xiàn)有的勘驗(yàn)測(cè)厚數(shù)據(jù)，對(duì)腐蝕超標(biāo)的結(jié)構(gòu)或板進(jìn)行更換或維修。當(dāng)兩個(gè)船級(jí)社規(guī)范要求有差異時(shí)，按高級(jí)別規(guī)定執(zhí)行。

針對(duì)結(jié)構(gòu)腐蝕，根據(jù)船級(jí)社特檢要求，對(duì) 6個(gè)壓載艙和 1個(gè)首尖艙結(jié)構(gòu)測(cè)厚，測(cè)量點(diǎn)數(shù)為 3096個(gè)，基于實(shí)際測(cè)厚數(shù)據(jù)，依照 BV相關(guān)規(guī)范，判定不合格點(diǎn)數(shù)為 1257個(gè)，不合格率達(dá) 40.6%，結(jié)構(gòu)局部減薄最大達(dá)90%，見表1。

表1 測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析表Tab.1 Statistical table for measurement

3.2 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

根據(jù)油田排產(chǎn)計(jì)劃，海洋石油111需要繼續(xù)服役10年，根據(jù) 10年可靠性分析報(bào)告所述的相應(yīng)情況，對(duì)主船體主要貨油艙和壓載艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行替換或相應(yīng)加強(qiáng)。因?yàn)榻陙?lái)規(guī)范體系日漸完善，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高?，F(xiàn)有規(guī)范對(duì)總體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求增加了直接預(yù)報(bào)的分析要求，對(duì)結(jié)構(gòu)橫向強(qiáng)度和局部強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求大為提高，以及對(duì)結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)疲勞分析的要求的變化，導(dǎo)致對(duì)于開孔周圍、趾端等高應(yīng)力及疲勞敏感位置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求更高，因此可能產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)改造內(nèi)容(表2)。

表2 結(jié)構(gòu)分析及校核目標(biāo)對(duì)照表Tab.2 Structure analysis and target comparison

自2001年以來(lái)，BV海洋工程規(guī)范相關(guān)FPSO的部分不斷更新。針對(duì)船體結(jié)構(gòu)方面，BV規(guī)范中的極限強(qiáng)度、疲勞、曲屈、水動(dòng)力載荷方面有所改變(表3)，相應(yīng)提高了要求以及可靠性。

基于BV的2016年FPSO新規(guī)范，BV對(duì)船體包括單點(diǎn)艙進(jìn)行強(qiáng)度和疲勞分析，見圖5，由于新規(guī)范提高安全系數(shù)，評(píng)估結(jié)果和計(jì)算分析結(jié)果表明，船體油艙、單點(diǎn)艙均有結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求的情況，如在 Fr.129～Fr.137之間的縱艙壁板、水平桁的肘板端及水平桁的開孔邊緣、墻壁支墩、單點(diǎn)艙的主甲板開口邊緣等區(qū)域。大部分的甲板縱骨、底部縱骨、外板縱骨、縱骨與橫艙壁相交處的疲勞不滿足規(guī)范要求，見表4。

表3 BV海洋規(guī)范變化表Tab.3 Table of changes in BV code

表4 船體縱骨疲勞統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistics on fatigue of longitudinal hull

圖5 船體建模Fig.5 Hull modeling

4 船體結(jié)構(gòu)材料

綜合測(cè)厚及現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)、建模、屈服、屈曲、疲勞、總縱強(qiáng)度、極限強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果，依據(jù)船級(jí)社規(guī)范，確定了FPSO結(jié)構(gòu)塢修物量，并統(tǒng)計(jì)了結(jié)構(gòu)更換量為2118t(含 4%預(yù)留量)，其中依據(jù)勘驗(yàn)及測(cè)厚數(shù)據(jù)直接確定更換量為1296t，依據(jù)建模計(jì)算結(jié)果確定更換量為822t。船體結(jié)構(gòu)材料主要是經(jīng)過(guò)BV認(rèn)證的A、D和E級(jí)鋼：32AH、32DH和32EH高強(qiáng)度鋼。

5 結(jié) 論

結(jié)構(gòu)維修是塢修工作的重中之重，本文就海洋石油 111FPSO結(jié)構(gòu)塢修進(jìn)行詳細(xì)分析和估算，以船級(jí)社規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，結(jié)合船體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，從結(jié)構(gòu)腐蝕超標(biāo)和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)兩個(gè)方面來(lái)估算結(jié)構(gòu)塢修量，為工程計(jì)劃及造價(jià)提供基礎(chǔ)，同時(shí)也為后續(xù)的FPSO維修工程提供借鑒和幫助。