改裝FPSO生活區(qū)設(shè)計優(yōu)化

高 劍，劉 偉

(大連中遠(yuǎn)海運重工有限公司，遼寧 大連 116113)

0 引 言

浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置 (Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO)是集生產(chǎn)、儲存和運輸?shù)裙δ苡谝惑w的海上浮式產(chǎn)油基地，截至目前，超過50%的可用FPSO是由常規(guī)運輸船改造而成的。常規(guī)運輸船的生活區(qū)一般定員在30人左右，改裝為FPSO之后一般承載130人以上。因此，制訂一個良好的生活區(qū)定員擴(kuò)容方案對于FPSO改裝項目而言具有非常積極的意義。隨著國際勞工組織(International Labour Organization,ILO)對船員居住艙室的要求越來越高，傳統(tǒng)的局部改造方案的弊端越來越明顯，長期以適用性為核心的設(shè)計理念逐漸向舒適性方向發(fā)展。在此情況下，整體新制方案被提出并加以運用。本文結(jié)合FPSO改裝項目實例，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，證明新制方案在FPSO改裝項目中具有良好的適用性，同時針對設(shè)計過程中存在的問題提出優(yōu)化方案。

1 擴(kuò)容方案對比分析

1.1 主要差異

本文以一艘服役巴于西海域的可容納160人的改裝FPSO“Carioca MV30”為例進(jìn)行分析，總結(jié)2種擴(kuò)容方案的主要差異，具體見表1。

表1 局部改造方案與整體新制方案的主要差異

1.2 優(yōu)勢和劣勢分析

1.2.1 優(yōu)勢分析

1) 整體新制方案各系統(tǒng)設(shè)計流程簡化，無需考慮原船生活區(qū)各種不確定的最終完工狀態(tài)，設(shè)計質(zhì)量可控。

2) 整體新制方案的生活區(qū)不受實船進(jìn)廠時間的限制，可提前在場地預(yù)制，同時能避免在船上交叉作業(yè)，減少新舊系統(tǒng)接口連接，降低建造管理難度，保證建造周期。

3) 整體新制方案的生活區(qū)設(shè)計的靈活性提高，由于不受原船的限制，新標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù)的客觀植入性更強(qiáng)。安全、舒適、環(huán)保的發(fā)展趨勢被更好地融入，與當(dāng)下FPSO的發(fā)展趨勢相適應(yīng)。

1.2.2 劣勢分析

從表1中可看出，整體新制方案不能利用部分原有結(jié)構(gòu)，但通過對實際項目進(jìn)行完工測算得知，當(dāng)前節(jié)省下來的鋼材采購成本已不足以抵消局部改造方案的額外人工成本和管理費用，因為隨著人性化設(shè)計要求的提高，采購設(shè)備和特殊系統(tǒng)所需的費用已遠(yuǎn)超過節(jié)省的鋼材原料成本。

2 整體新制方案設(shè)計優(yōu)化點

2.1 艙室的確定與布置優(yōu)化

該項目入美國船級社(American Bureau of Shipping，ABS)，生活區(qū)可容納160人，除了需滿足《海事勞工公約》(Maritime Labour Convention，MLC)、《海上人命安全公約》(SOLAS公約)和ABS規(guī)范的要求以外，還需滿足巴西當(dāng)局監(jiān)管規(guī)則(Norme Regulamentadore,NR)對艙室的特殊要求。表2為主要技術(shù)參數(shù)確定。

表2 主要技術(shù)參數(shù)確定

從表2中可看出，NR在滿足ILO 92/133的基礎(chǔ)上，結(jié)合巴西本國的特點提出了額外要求。因此，在關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)確定之后，可按NR和ABS規(guī)范[1]逐條核對檢查艙室的空間要求。

根據(jù)各艙室的特點，將其布置在合適的甲板層和平面位置；根據(jù)各艙室的功能性，將功能相近的艙室集中布置；考慮噪聲和振動的干擾，調(diào)整艙室所在甲板層；考慮艙室面積，調(diào)整艙室位置；考慮防火分隔要求，調(diào)整艙室的相對位置，優(yōu)化絕緣使用?；静贾迷瓌t[2]如下：

1) 鬧-靜分離，安靜的區(qū)域與吵鬧的區(qū)域分開布置；

2) 凈-臟分離，干凈的區(qū)域與較臟的區(qū)域分開布置;

3) 功能集中，同類型功能區(qū)分區(qū)集中布置;

4) “四線”暢通，逃生路線、食品與垃圾運輸路線、物料運輸路線和工作更衣路線無遮擋，少交叉。

參考上述布置原則，該項目采用7層甲板布置，分別為Lower Deck、Upper Deck和A/B/C/D/E Deck。Lower Deck主要是換衣間和公共浴室，方便人員在工作完畢之后進(jìn)入生活區(qū)；Upper Deck主要設(shè)置2類房間，一類是廚房和餐廳，另一類是電氣控制室；A Deck設(shè)置3類房間，一類是魚肉冷庫和干貨儲藏室，一類是醫(yī)療服務(wù)室(另外，由于A Deck布置有緊急集合區(qū),因此中控室設(shè)置在該層);B Deck為會議和辦公區(qū);C/D Deck為人員居住區(qū);E Deck為高級船員居住區(qū)、健身娛樂區(qū)域和直升機(jī)乘降等候區(qū)。

2.2 結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計

為減少生活區(qū)與主船體的干涉，提高合攏效率，在生活區(qū)最下層甲板以下位置增加一個由T型材組成的600 mm高的永久過渡層，分布在生活區(qū)四周和主要艙壁下面。該過渡層的主要功能有：用作生活區(qū)的底座支撐；作為管系、電纜、通風(fēng)和梯道的接口預(yù)留區(qū)域；用作吊運、拖運和滑移等過程的永久性工裝。該優(yōu)化設(shè)計能保證最下面一層生活區(qū)的內(nèi)裝板、地板、家具和設(shè)備提前完整安裝，避免生活區(qū)與機(jī)艙接口的補(bǔ)漆工作。

生活區(qū)作為上層建筑，不直接參與船體梁的總縱強(qiáng)度校核，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱。為提高結(jié)構(gòu)的可靠性，F(xiàn)PSO生活區(qū)的設(shè)計流程如下：

1) 規(guī)范計算。按ABS船規(guī)[3]對構(gòu)件進(jìn)行初步試算，確定板厚和型材規(guī)格。

2) 站位分析。在設(shè)計環(huán)境和操作環(huán)境下，分別對風(fēng)壓和波浪引起的加速度進(jìn)行合成，同時進(jìn)行屈服強(qiáng)度分析計算。對于高應(yīng)力區(qū)域的板，再次進(jìn)行屈曲校核。該項目生活區(qū)最大應(yīng)力位于底座的4個角隅處，應(yīng)力值約為84 MPa，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。整體計算模型和應(yīng)力最大位置分別見圖1和圖2。

圖1 整體計算模型

圖2 應(yīng)力最大位置

3) 吊裝分析。該生活區(qū)外形尺寸為42.0 m×21.5 m×21.8 m，吊裝重量為2 470 t。地面分段中心距離船首51 m，船上安裝高度為105 m。起重船的主鉤額定起重量為2 600 t,抬升安裝高度極限為135 m，可滿足使用要求。在所有吊點鋼絲繩索具末端約束x、y和z等3 個方向的位移，采用桿單元模擬鋼絲繩索具的目的是計算鋼絲繩的拉力，同時計算浮吊各鉤頭實際分擔(dān)的載荷，防止單個鉤頭過載。根據(jù)GL Noble Denton 的吊裝流程操作指南相關(guān)要求，采用工作應(yīng)力法[4]設(shè)計，極限狀態(tài)衡準(zhǔn)系數(shù)取0.75，吊耳結(jié)構(gòu)載荷系數(shù)為1.67，吊點支撐結(jié)構(gòu)載荷系數(shù)為1.48，其他結(jié)構(gòu)載荷系數(shù)取1.29，計算結(jié)果表明整個生活區(qū)滿足強(qiáng)度要求。實船吊裝場景見圖3。

圖3 實船吊裝場景

2.3 噪聲控制

噪聲是評判生活環(huán)境舒適度的重要指標(biāo)，從IMO-A468標(biāo)準(zhǔn)到NORSOK S-002標(biāo)準(zhǔn)，噪聲級控制越來越嚴(yán)格。降低噪聲最有效的方法是從源頭抑制。生活區(qū)噪聲的來源主要有空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)(管路和風(fēng)口)的噪聲和機(jī)艙設(shè)備振動的噪聲傳遞2類，其中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)為生活區(qū)的主要噪聲源，該項目規(guī)格書要求噪聲標(biāo)準(zhǔn)滿足IMO-A468決議(見表3)的要求。

表3 IMO-A468決議

由表3可知，控制室允許的噪聲值相對寬松，因此一般將噪聲值較大的空調(diào)機(jī)設(shè)在此處，加裝具有吸引棉/孔的風(fēng)機(jī)盒，通過吸聲法從源頭降低噪聲。此外，為減少結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞，增設(shè)生活區(qū)過渡層，增大生活區(qū)與噪聲源之間的距離。一般情況下，生活區(qū)的地面可通過鋪設(shè)浮動地板，吸收通過鋼甲板傳遞的噪聲和振動。更有效的措施是為設(shè)備安裝減振裝置，通過在設(shè)備與風(fēng)管之間增加軟連接,阻斷噪聲傳播的連續(xù)性，從而達(dá)到降噪的目的。風(fēng)機(jī)盤管特殊定制[5]，在制作風(fēng)機(jī)盤管時對風(fēng)機(jī)進(jìn)行降噪處理，提供低噪聲風(fēng)機(jī)盤管。針對醫(yī)務(wù)室等要求較高的處所，在選擇風(fēng)機(jī)盤管時可降檔考慮，有效降低噪聲。

2.4 逃生布置相關(guān)要求

1) 逃生通道：按照SOLAS公約的要求，生活區(qū)每層甲板至少設(shè)計2條互相遠(yuǎn)離的由梯道或通往開敞甲板的門或兩者組合構(gòu)成的脫險通道。本文所述目標(biāo)船生活區(qū)前壁貼近油氣處理模塊，通過在艏部橫艙壁前設(shè)置消防控制室，將危險區(qū)域與安全區(qū)域分隔，保證通道的安全性。生活區(qū)內(nèi)每層甲板布置一條橫向貫穿到兩舷側(cè)的走廊并延伸到室外的逃生梯道，同時向艉部集合登乘區(qū)索引(見圖4)。甲板與甲板之間(內(nèi)/外)用樓梯實現(xiàn)上下立體連接，通道寬度為1 200 mm，在豎直方向上保證最小高度2 200 mm無遮擋。

圖4 生活區(qū)內(nèi)逃生通道布置

2) 第一集合區(qū)：餐廳(位于頂甲板上)在緊急時刻作為第一集合區(qū)，每人占有0.8～1.0 m2的凈地板面積，滿足逃生集結(jié)區(qū)面積的要求。

3) 臨時避難所：控制室(位于A甲板上)在緊急時刻作為臨時避難所，每人占有0.56 m2的凈地板面積，臨時避難所規(guī)范要求必須采取一定的措施保證與外界隔離，設(shè)有采用防火風(fēng)閘隔離的獨立通風(fēng)系統(tǒng)；能維持60 min的耐火完整性，盡量靠近救生艇布置。

4) 第二集合區(qū)：該區(qū)位于A甲板上的救生艇登船區(qū)，每人至少占有0.35 m2的凈地板面積。該區(qū)不被其他設(shè)施或設(shè)備占用，配有應(yīng)急通信、報警和應(yīng)警照明設(shè)備[6]。必須配備滿足全員需求的救生艇和救生筏。為滿足要求，該項目兩側(cè)延伸平臺總面積達(dá)到350 m2，在甲板上標(biāo)識出集合點，每舷分別設(shè)置2個定額80人的救生艇和7個定額25人的救生筏，配置2個救生筏吊。兩側(cè)各1艘救助艇。

5) 直升機(jī)平臺：設(shè)置2條逃生通道，一條與主甲板連接，另一條通過連接步橋與生活區(qū)E甲板連接(用作醫(yī)療緊急撤離通道，寬度為2.1 m，可供擔(dān)架順利通行)。圖5為直升機(jī)平臺通道布置示意。

圖5 直升機(jī)平臺通道布置示意

3 結(jié) 論

通過預(yù)先對周期和成本進(jìn)行評估，船廠放棄了對原船老舊結(jié)構(gòu)的修改方案，采用整體新制設(shè)計理念，將生活區(qū)模塊化設(shè)計與建造技術(shù)運用到FPSO改裝項目中，成功完成了對生活區(qū)的設(shè)計和建造。通過成本核算和實際運營，證明了生活區(qū)整體新制方案完全適應(yīng)FPSO改裝項目。

通過對生活區(qū)的布置、結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計、噪聲控制和逃生區(qū)域布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高了生活區(qū)的舒適度和安全性。本文的設(shè)計思路可為其他類型船舶和FPSO的生活區(qū)設(shè)計提供參考。