FPSO改裝項(xiàng)目永久檢驗(yàn)通道的設(shè)置研究

周 偉，侍紅南

(1.大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧 大連 116113；2.中國(guó)松遼船廠，遼寧 大連 116001)

在浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船(Floating Production Storage and Offloading，簡(jiǎn)稱FPSO)國(guó)際改裝市場(chǎng)上，絕大多數(shù)的工程公司(運(yùn)營(yíng)商)都會(huì)選擇船齡在20年左右的，即將被航運(yùn)公司淘汰的油船作為母船。這樣的油船盡管船齡較大，但其結(jié)構(gòu)形式成熟，外板及甲板狀態(tài)良好，可以作為FPSO的船體而不做過(guò)多的修改。這些船舶通常是在2005年以前建造完工的，并不需要滿足永久檢驗(yàn)通道(Permanent Means of Access，簡(jiǎn)稱PMA)的設(shè)置要求，而且也沒(méi)有考慮過(guò)改裝預(yù)留。

目前，PMA的布置和設(shè)計(jì)是以國(guó)際海事組織海事安全委員會(huì)MSC.158(78)的條文為指導(dǎo)，僅針對(duì)油船和散貨船，對(duì)FPSO并沒(méi)有明確要求[1]。改裝后的FPSO將繼續(xù)在油田服役至少20年而不進(jìn)塢，船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、維護(hù)和保障就成為了船東和船級(jí)社同時(shí)關(guān)注的問(wèn)題之一。在油輪改裝FPSO的過(guò)程中，壓載艙和貨艙會(huì)根據(jù)功能性需求修改為生產(chǎn)水艙、不合格艙(OFF-SPEC)等艙室；而且原本的大艙室可能會(huì)被分割成新的小艙室。因此新的艙室是否需要設(shè)置PMA，以及如何設(shè)置PMA就成為了在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題。

1 FPSO設(shè)置PMA的必要性分析

FPSO在分類上屬于海洋工程，在國(guó)際上既不被定義為船，也不被定義為鉆井設(shè)施，因此，包括國(guó)際海上人命安全公約(SOLAS)、國(guó)際防止船舶造成污染公約(MARPOL)等國(guó)際公約以及海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則(MODU CODE)都不適用于FPSO，F(xiàn)PSO在設(shè)計(jì)和建造時(shí)只能參考或借鑒船舶法規(guī)和MODU的部分內(nèi)容。盡管業(yè)主都會(huì)在技術(shù)規(guī)格書(shū)中將上述規(guī)范明確列出，但是，在實(shí)際建造過(guò)程中，F(xiàn)PSO并不會(huì)與船舶一樣完全滿足這些規(guī)范規(guī)則，否則整艘FPSO的設(shè)計(jì)建造將會(huì)無(wú)比的艱難和復(fù)雜。但是，如何界定規(guī)范規(guī)則中的要求哪些必須滿足，哪些無(wú)需滿足，或者滿足不同規(guī)范規(guī)則中的低要求還是高要求，這些不僅困擾著改裝廠，也同時(shí)困擾著業(yè)主。因此，F(xiàn)PSO改裝在很大程度上需要依賴船級(jí)社作為第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)所提出的檢驗(yàn)要求，從而進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造。

其中SOLAS對(duì)于通道設(shè)置布置的要求是：在船舶整個(gè)壽命期，每一處所均應(yīng)設(shè)置通道，以供主管機(jī)關(guān)、船舶公司以及船上人員和其他人員必要時(shí)對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查、近觀檢查和厚度測(cè)量。MODU的要求則是：平臺(tái)內(nèi)的每一處所都應(yīng)設(shè)置至少一個(gè)PMA，以便在平臺(tái)整個(gè)壽命期間，主管機(jī)關(guān)、公司和平臺(tái)人員及其他有關(guān)人員能夠?qū)ζ脚_(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的總體檢查、近觀檢查和厚度測(cè)量[2]。

而在MSC.134(76)中則對(duì)PMA的實(shí)施條件和日期做出了具體要求：2005年1月1日之后建造的20 000總噸及以上散貨船、500總噸及以上油輪，統(tǒng)一設(shè)置固定式檢驗(yàn)通道。1994年10月1日—2005年1月1日之間建造的油輪，按照MSC.27(61)要求實(shí)施。SOLAS公約僅對(duì)新建造的船舶具有強(qiáng)制性，而在2005年1月1日之前建造的船舶則無(wú)需再進(jìn)行改裝從而滿足PMA要求[3]。

FPSO改裝船，在一定程度上可以算是一艘新船，因?yàn)闊o(wú)論它的功能還是它的部分結(jié)構(gòu)都已經(jīng)進(jìn)行了更改，甚至包括它的部分艙室，并且重新獲得了船級(jí)社的認(rèn)可；但是它自身又是一條舊的船舶，無(wú)需按照新的法規(guī)進(jìn)行修改設(shè)計(jì)。

FPSO改裝船通常修改的艙室包括左右舷壓載艙和中部貨艙；壓載艙會(huì)根據(jù)實(shí)際要求分割成新的小艙室，中部的貨艙也會(huì)根據(jù)需要分割成諸如生產(chǎn)水艙、OFF-SPEC艙等；這些修改后的艙室就是原船的新艙室。如果將SOLAS修正案MSC.134(76)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)則》)以及MSC.158(78)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)看作單獨(dú)對(duì)于艙室的強(qiáng)制要求，那么新的艙室可以視為油輪的貨艙和壓載艙，可以參照PMA設(shè)置要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置，來(lái)滿足未來(lái)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)的需求，這種需求是來(lái)自于運(yùn)營(yíng)商以及船級(jí)社。而原有的艙內(nèi)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了20年左右的實(shí)踐檢驗(yàn)，出現(xiàn)問(wèn)題的概率并不大，而且也擁有比較成熟的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)方式，因此運(yùn)營(yíng)商以及船級(jí)社也都默認(rèn)了原有的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)方式。但是，如果所有的新艙室都按照PMA要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置，不僅增加成本，而且布置更為復(fù)雜，本來(lái)艙內(nèi)所需要布置的設(shè)備、梯道等已經(jīng)占據(jù)了大部分空間，再增加結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)通道(盡管檢驗(yàn)通道可以和艙室出入通道復(fù)合設(shè)計(jì)，但是還有部分需要獨(dú)立設(shè)計(jì)布置)將會(huì)使得艙內(nèi)極難通行，設(shè)備維修等也不易進(jìn)行。因此，考慮到業(yè)主、運(yùn)營(yíng)商以及船級(jí)社對(duì)于結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)的需求，就需要四方協(xié)同設(shè)計(jì)，尋求滿意的解決方案。

2 PMA在貨艙的布置設(shè)計(jì)

如圖1所示，原船的NO.3左貨油艙新加一道艙壁，從而被平均分割成2個(gè)艙，一半還是NO.3左貨油艙，另一半則是生產(chǎn)水艙；原船的NO.2左貨油艙新加了一道艙壁，從而被平均分割成2個(gè)艙，一半是廢油艙(OFF-SPEC OIL TANK)，另一半是廢水艙(OFF-SPEC WATER TANK)。

新加的橫艙壁與原船橫艙壁結(jié)構(gòu)形式一致，通道布置也與原船的走向一致，新的艙室位于邊艙，兩道縱艙壁都是光滑表面，骨材均位于艙壁反向，見(jiàn)圖2。而原船在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)就有了一定的考慮，增加了連續(xù)的縱向通道用以檢查骨材與艙壁的腐蝕或應(yīng)力集中問(wèn)題。因此，就無(wú)需再考慮設(shè)置縱向的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)通道。《規(guī)范》中要求高為6 m及以上包含內(nèi)部構(gòu)件的貨油艙應(yīng)在扶強(qiáng)材表面距離甲板下面1.6～3.0 m的每一橫艙壁處設(shè)置PMA；新加的橫艙壁也只有最上層的高度超過(guò)了6 m，且骨材朝向艙內(nèi)，因此,只需要在最上層增加一條橫向的連續(xù)通道，既可滿足檢驗(yàn)通道要求，又能夠作為艙室的通行通道。這樣的通道設(shè)計(jì)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，只需要借助骨材端面設(shè)置斜撐和平臺(tái)橫撐即可。

圖1 改裝后艙容局部布置圖

圖2 新加橫艙壁

3 PMA在壓載艙的布置設(shè)計(jì)

研究船型在改裝時(shí)，不僅需要考慮壓載功能，還需要考慮左舷作為立管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)功能，因此，將原本的5個(gè)壓載艙重新劃分為9個(gè)壓載艙；艙內(nèi)各層高度也僅有最上面一層超過(guò)了6 m，而原船將距離甲板2.415 m處的延伸自艏至艉的縱桁材作為PMA。因此，無(wú)需再重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)通道。

而從船底至上部折角點(diǎn)的垂直距離為8.5 m，結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)通道《規(guī)范》中要求可以有2種設(shè)置方式：①在距離底邊艙艙頂以下1.6～3.0 m的范圍內(nèi)設(shè)置一條縱向連續(xù)的永久通道，設(shè)置在縱向永久通道上的強(qiáng)框架處的擴(kuò)展平臺(tái)可用作通往結(jié)構(gòu)臨界區(qū)域的通道。②在環(huán)肋凈開(kāi)口頂部以下至少1.2 m處設(shè)置縱向連續(xù)永久通道，可允許使用移動(dòng)通道設(shè)備來(lái)到達(dá)結(jié)構(gòu)臨界區(qū)域[4]。

FPSO改裝船在設(shè)計(jì)時(shí)，更多是依靠原有結(jié)構(gòu)來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求，并不能隨意的增加、修改原有結(jié)構(gòu)，而且所有的設(shè)計(jì)必須考慮最簡(jiǎn)便施工和最低廉成本；因此本船折角點(diǎn)以下的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)通道在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了3種不同的方案。首先就是在距離底邊艙艙頂以下1.6～3.0 m的范圍內(nèi)考慮設(shè)置一條縱向連續(xù)的永久通道；本船在設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足立管系統(tǒng)的強(qiáng)度要求而設(shè)置的側(cè)向加強(qiáng)，呈橫框架式布置在每個(gè)肋位上，并且新加的橫向框架以及原有框架上不允許新開(kāi)人孔以滿足強(qiáng)度要求，因此每4道橫框架就組成了一個(gè)獨(dú)立的封閉空間，如果按照《規(guī)范》建議的第1種建議進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于橫框架上不允許開(kāi)人孔，那么每個(gè)橫框架都需要設(shè)置2條直梯上下通行，顯然是不合理的。若按《規(guī)范》給出的第2種建議進(jìn)行設(shè)計(jì)，在環(huán)肋凈開(kāi)口處設(shè)計(jì)一條連續(xù)的通道，并且在通道兩端都增加直梯，也就是在每4道橫框架所組成的獨(dú)立空間內(nèi)連續(xù)，且設(shè)置2個(gè)直梯；全船需要設(shè)置13個(gè)獨(dú)立的通道平臺(tái)和26個(gè)直梯，設(shè)計(jì)復(fù)雜且將增大空船重量，船檢人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)時(shí)，攀爬費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且增大了設(shè)計(jì)和建造成本。2種設(shè)計(jì)方案盡管都可以滿足公約要求，但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高昂，并不是合理的設(shè)計(jì)方案，因此需要尋找可以降低成本且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便的方案。

由于在設(shè)計(jì)之初，全船即采用三維建模軟件AVEVA MARINE進(jìn)行了模型復(fù)原，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，可以很方便的在模型中查找出可以利用的船體結(jié)構(gòu)；在原船舷側(cè)距離底邊艙艙頂以下1.6～3.0 m的位置上，正好有一道T型縱桁貫穿整船，寬度為1.0 m，即便設(shè)置欄桿之后也可以滿足永久檢驗(yàn)通道的寬度要求。因此第3種設(shè)計(jì)方案就是在每2個(gè)橫向框架之間(距基線5 670 mm)的T型縱桁外圍增加欄桿，再?gòu)呐摰自黾右粋€(gè)直梯通到此T型縱桁上，而在有艙內(nèi)通道的位置上增加平臺(tái)通向此T型縱桁，這樣的設(shè)計(jì)無(wú)需設(shè)置單獨(dú)的通道平臺(tái)，減少了設(shè)計(jì)難度，并降低了生產(chǎn)建造成本，第3種設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖3。

圖3 第3種設(shè)計(jì)方案

盡管此方案已經(jīng)比較優(yōu)化了，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于三維建模軟件的先期建模性和設(shè)計(jì)導(dǎo)向性，又發(fā)現(xiàn)在底邊艙艙頂甲板上，每2個(gè)肋位之間靠近舷側(cè)的位置存在原船設(shè)計(jì)的減輕人孔，如果設(shè)計(jì)直梯從此人孔下到(距基線5 670 mm)T型縱桁上只需要1 830 mm，比第三種設(shè)計(jì)方案更加簡(jiǎn)便，設(shè)計(jì)建造成本也更低。

4 結(jié)束語(yǔ)

《規(guī)范》與《規(guī)則》對(duì)于FPSO改裝項(xiàng)目的PMA設(shè)置的要求并不明確，PMA的設(shè)計(jì)通常依賴于運(yùn)營(yíng)商以及船級(jí)社的審圖要求；從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，F(xiàn)PSO改裝項(xiàng)目中新的艙室，尤其是經(jīng)過(guò)重大改裝的艙室，其結(jié)構(gòu)形式有較大的改變，船體結(jié)構(gòu)受力也有較大的變化，通常是需要設(shè)計(jì)PMA，以便在FPSO不進(jìn)塢的全生命周期內(nèi)能夠進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)。

FPSO改裝項(xiàng)目設(shè)置PMA的方式與其他船舶相似，但其艙內(nèi)的設(shè)備較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)PMA時(shí)不應(yīng)拘泥于《規(guī)范》《規(guī)則》給出的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，而是以此為依據(jù)，具體問(wèn)題具體分析，找到最經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。

另外，以全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)進(jìn)行先導(dǎo)性建模，可以在設(shè)計(jì)初期就將PMA融入整體的設(shè)計(jì)之中，在先期模型階段就形成了詳細(xì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)設(shè)計(jì)無(wú)縫對(duì)接，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段即采用全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，能夠更直觀的選取最經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案，降低設(shè)計(jì)建造成本。