圓筒型FPSO總體設(shè)計及關(guān)鍵模塊設(shè)備選型構(gòu)思

梁宇軒 李國杰 劉鵬 陳耀輝 劉傳峰

摘 ?要：圓筒FPSO在國內(nèi)石油生產(chǎn)中得到極高重視度，是多點系泊圓筒浮式生產(chǎn)儲卸油裝置，在很多環(huán)保要求較高的環(huán)境中被予以厚望。圓筒FPSO將油氣的生產(chǎn)、存儲以及外輸融為一體。對此本文將對圓筒FPSO平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計特征和設(shè)備選型進(jìn)行討論，用系統(tǒng)、科學(xué)的研究配合實踐經(jīng)驗，研究推廣FPSO平臺結(jié)構(gòu)的方案，解決設(shè)備選型需求。

關(guān)鍵詞：圓筒;FPSO;總體設(shè)計;結(jié)構(gòu);關(guān)鍵模塊

海洋資源的開發(fā)以及利用重點為石油天然氣開發(fā)。近些年，在國內(nèi)對于近海不斷深度勘探的過程中，海洋油氣的開發(fā)趨勢為深海發(fā)展。不過自從國際金融危機(jī)的到來，如今的海工設(shè)備制造格局發(fā)生了很大的變化，尤其是國內(nèi)靠著國家政策的大力支持，海洋工程成為投資界的重點對象，大量涉海企業(yè)紛紛投資，打破了新加坡與韓國壟斷市場的場面。在這樣的背景下，國內(nèi)出現(xiàn)了大量圓筒FPSO項目，在環(huán)境要求比較苛刻的環(huán)境中同樣能夠發(fā)揮很好的使用效果。該技術(shù)實現(xiàn)了生產(chǎn)、儲存和外輸?shù)缺姸喙δ転橐惑w，優(yōu)勢巨大。

1平臺總設(shè)計

有別于傳統(tǒng)船型的FPSO，圓筒FPSO的多點系泊圓筒海上油氣生產(chǎn)儲卸平臺非常高，通?？蛇_(dá)20層樓，約60米的高度。圓筒FPSO，由圓形的主船體與生產(chǎn)甲板兩個部分構(gòu)成[1]。其中，生產(chǎn)甲板海闊甲板吊、壓縮處理模塊、油氣分離模塊、動力模塊、辦公區(qū)模塊、公共設(shè)施模塊、直升機(jī)平臺、生活區(qū)等。平臺的生活區(qū)能夠存放70個床位，平臺的液氣處理能力每天可以達(dá)到5萬桶，每天最多能夠處理4萬4千桶原油。平臺的最大氣體能力為40mmscfd氣體，最大存儲量為40萬桶原油[2]。足以滿足英國的IVB嚴(yán)格要求和挪威的DNV GL規(guī)范。以挪威的NORSOK標(biāo)準(zhǔn)，圓筒FPSO平臺可以在海洋作業(yè)20年。系統(tǒng)擁有極強(qiáng)的可靠性、安全性，并且自動化控制能力很強(qiáng)，擁有多達(dá)1萬7千個報警點，能夠同時滿足ATEX防爆、PED壓力設(shè)備準(zhǔn)則、OSCR安全規(guī)范等規(guī)定。

平臺采用圓筒結(jié)構(gòu)設(shè)計的船體，甲板下方為空艙、壓載艙、污水艙、貨艙等艙室。平臺的液艙結(jié)構(gòu)和水下船體充分考慮了腐蝕問題，預(yù)留了0.5毫米大小的余量應(yīng)對腐蝕。平臺的飛濺區(qū)預(yù)留了1.5毫米大小的余量應(yīng)對腐蝕。平臺的船體底部，采用了加大環(huán)形的裙板結(jié)構(gòu)，為的是依靠水動力阻尼，調(diào)整平臺運動性。平臺的裙板使用斜面框架結(jié)構(gòu)過渡到主船體，有效強(qiáng)化了裙板結(jié)構(gòu)抗疲勞力。評估疲勞能力的時候，充分考慮平臺所在環(huán)境條件。系統(tǒng)所在區(qū)域，并沒有準(zhǔn)備裙板結(jié)構(gòu)，為的是更好的操作和安裝系泊系統(tǒng)。從研究結(jié)果可以看到的是，圓筒船體結(jié)構(gòu)，相較于船型結(jié)構(gòu)有著更優(yōu)秀的運動能力和穩(wěn)定性。

平臺的主甲板外圍，使用的是舷墻結(jié)構(gòu)，舷墻結(jié)構(gòu)向上延伸與外飄，自然通風(fēng)開敞框架結(jié)構(gòu)，用于解決甲板上浪以及砰擊載荷。舷墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，保障了甲板的面積，同時也能提高整體穩(wěn)定性，即便遇到惡劣天氣條件，甲板上浪問題也能得到有效應(yīng)對和處理。該設(shè)計方法，既能讓空氣順利流通，同時也能降低數(shù)量和速度。因為能夠自由流通空氣，所以可燃?xì)怏w并不會聚集爆炸，安全性得到了保障。為解決上浪進(jìn)入到甲板的積水，舷墻的內(nèi)側(cè)，設(shè)置擋浪結(jié)構(gòu)，布置幾道排水槽。

主甲板的正上方采用的是工藝甲板，甲板艏、艉布置功能、生活以及生產(chǎn)等模塊。模塊之間的隔離使用防爆防火的結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)模塊由燃燒臂、注水模塊、壓縮模塊、分離模塊、清管模塊組成，都是開敞框架。分離模塊與壓縮模塊中間設(shè)置防火墻。發(fā)電機(jī)、功能區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)為防爆結(jié)構(gòu)向艏，其余采用封閉板結(jié)構(gòu)。直升機(jī)甲板在生活區(qū)的頂部，設(shè)計時候，充分考慮CAP437的規(guī)定。工藝甲板與主甲板中間設(shè)置了框架結(jié)構(gòu)和立柱結(jié)構(gòu)支持工藝甲板以及各種模塊。沿著平臺縱向布置大梁結(jié)構(gòu)，預(yù)留一定空間用于布置各種管子和電纜托架。

圓筒結(jié)構(gòu)中垂或中拱彎曲力矩不大，有著比較低的疲勞應(yīng)力狀態(tài)，能夠提高抗磨損性，確保了平臺壽命，保障了可靠性。按照規(guī)范分析計算疲勞度、局部強(qiáng)度、總體強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)安全性與可靠性。平臺能夠在海面維持20年時間生產(chǎn)。

圓筒船體結(jié)構(gòu)有著大水線面的特征，所以有著較大的二階波浪載荷。為解決系泊系統(tǒng)動力響應(yīng)問題，系泊鏈?zhǔn)褂?59毫米直徑的無檔錨鏈和260毫米直徑的聚酯纜。聚酯纜有著很高的強(qiáng)度、很強(qiáng)的重量和很好的拉伸性。聚酯纜在水面能夠自行浮動，在張緊系泊系統(tǒng)中的使用，能夠降低系泊鏈垂向載荷，系泊系統(tǒng)水平面恢復(fù)剛度得到顯著增強(qiáng)，改善了系統(tǒng)定位水平，還能減少系泊鏈最大張力的響應(yīng)和牽引鏈鏈徑。通過試驗得知的是，聚酯系泊纜與錨鏈、鋼纜相比，耐海水腐蝕性非常突出，不需要增大直徑或是犧牲陽極保護(hù)也能獲得足夠的腐蝕余量，有著優(yōu)秀的疲勞性。在破斷強(qiáng)度相等情況下，聚酯系泊纜有著出色的質(zhì)量和強(qiáng)度，且成本僅僅只有鋼纜一半左右。長期使用后聚酯纜蠕變問題，可以使用系泊絞車調(diào)整進(jìn)行處理。

2圓筒FPSO設(shè)備選型經(jīng)驗

2.1原油處理

該模塊包括貨油泵、貨油冷卻器、電脫水處理器、級間加熱器、測試分離器、二級分離器、一級分離器和進(jìn)料加熱器。

級間加熱器與金了解熱氣，使用的是管殼換熱器，能夠規(guī)避板式換熱器泄露。設(shè)計換熱器的過程中，換熱管破裂是重點考慮事情。

二級分離器與一級分離器的三相分離器應(yīng)用高效臥式分離器。所有分離器都配備了高效分離內(nèi)件，并在分離器的進(jìn)口，安裝了旋液分離器，用于控制流體的動量，可以初步分離井口的流體。分離器內(nèi)部安裝開孔隔板，可以讓油水保持柱狀流狀態(tài)，更好的分離氣液。在模塊中，油水分離器是最重要的工藝設(shè)備。為了實現(xiàn)油水界面的有效控制，使用核子界面儀。這種液位計能夠準(zhǔn)確的獲知各種介質(zhì)的準(zhǔn)確液位情況，直觀表現(xiàn)介質(zhì)狀況。并且還能構(gòu)成閉環(huán)回路，實現(xiàn)對油水界面的精準(zhǔn)控制，解決了化學(xué)藥劑添加不精準(zhǔn)問題，避免了水處理系統(tǒng)受到外界污染，具有節(jié)能減排的優(yōu)勢。除了上面的優(yōu)勢之外，分離器還能在線的去除砂介質(zhì)，防止了管道磨損和堵塞。

2.2天然氣處理

在FPSO中，最核心的設(shè)備是天然氣壓縮機(jī)，其有著較大的氣量處理能力要求，所以只能選擇離心壓縮機(jī)。大型離心壓縮機(jī)有著比較成熟的技術(shù)，設(shè)計中，考慮的是如何保障壓縮機(jī)能夠從容應(yīng)對各種工況，保持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。設(shè)計和選型高壓壓縮機(jī)的時候，需要動態(tài)模擬壓縮機(jī)工況，壓縮機(jī)系統(tǒng)的確定，需要緊急停車熱旁通回路與防喘振控制回路的雙重保護(hù)，可以防止生產(chǎn)過程中發(fā)生異常問題影響壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)。

在穩(wěn)定了原有以后，此時釋放低壓溶解器，使用低壓壓縮機(jī)對其進(jìn)行增加，送到高壓壓縮機(jī)進(jìn)行回收處理。因為壓縮比要求高且氣量有著比較大的波動，所以考慮的對象為濕式螺桿壓縮機(jī)，使用外部回流閥和內(nèi)部滑閥對壓縮機(jī)的壓力進(jìn)行控制。為提高壓縮機(jī)可靠性和操作彈性，可以讓多臺低壓壓縮機(jī)相互切換運作模式。

2.3火炬

該系統(tǒng)包括火炬、低壓火炬緩沖罐、高壓火炬緩沖罐等。因為不能排放尾氣，所以選擇火炬的時候，使用閉路系統(tǒng)。在遇到緊急情況的時候，如果氣體的回收系統(tǒng)無法解決問題，才準(zhǔn)許點火。點火系統(tǒng)使用的是機(jī)械子彈點火方式。將點火子彈發(fā)射出去，用于火炬的點燃。點火系統(tǒng)使用多回路控制，及時點火。創(chuàng)新性設(shè)計為，排放至高壓和低壓火炬管網(wǎng)的氣體，最后被送回回收系統(tǒng)，能夠綠色生產(chǎn)，減少浪費和污染。

3結(jié)語

圓筒FPSO打破了傳統(tǒng)設(shè)計理念限制，有著出色的抗風(fēng)浪能力，并且還能將生產(chǎn)、存儲和卸載融為一體，是性能非常出色的生產(chǎn)儲卸油平臺。本文研究和分析了各種模塊設(shè)備選項思路和要求，希望能夠為我國的海洋油氣開發(fā)提供更多支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 王曉華.簡述圓筒型FPSO錨機(jī)止鏈器的安裝工藝[J].石油和化工設(shè)備，2020，23（10）：74-76.

[2] 袁磊.圓筒型FPSO基準(zhǔn)定位分段吊裝運輸設(shè)計[J].海洋工程裝備與技術(shù)，2020，7（02）：120-125.

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