HYSY119 FPSO艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張永發(fā)，云月勝，王海宇，耿鳳康

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

引言

隨著人類(lèi)對(duì)油氣資源的不斷開(kāi)發(fā)，F(xiàn)PSO（浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置）憑借自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)逐漸成為海上油氣田開(kāi)發(fā)的主流模式。艙底水系統(tǒng)作為FPSO上重要的保船系統(tǒng)，可起到維持FPSO浮力和穩(wěn)性的作用，并能防止位于干水密艙內(nèi)的設(shè)備因浸泡在水中而導(dǎo)致的故障失效，因此針對(duì)艙底水系統(tǒng)的研究對(duì)FPSO的安全運(yùn)營(yíng)具有十分重要的意義。

1 艙底水的來(lái)源與危害

FPSO長(zhǎng)期系泊于海上，進(jìn)行油氣處理、原油儲(chǔ)存及外輸?shù)茸鳂I(yè)，其艙底水主要來(lái)源于船體內(nèi)設(shè)備與管路的正常放泄和漏泄積水、水密和風(fēng)雨密裝置的失效漏水、管路或臨海水密艙壁失效浸水、破艙進(jìn)水等[1]。艙底積水如不能及時(shí)有效地排出，會(huì)對(duì)FPSO產(chǎn)生諸多不利影響：1）艙底污水對(duì)船體有腐蝕作用；2）機(jī)艙、泵艙等機(jī)器處所積水過(guò)多，會(huì)影響人員操作，還可能導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備受潮或浸水損壞；3）嚴(yán)重的艙底積水甚至?xí)绊慒PSO的浮力和穩(wěn)性。因此，在FPSO設(shè)計(jì)中，要求艙底水系統(tǒng)不僅對(duì)水密艙室內(nèi)生成的艙底水能有效地排除（機(jī)器處所的含油艙底水需經(jīng)分離油分后排放），而且對(duì)水密艙室在有限進(jìn)水情況下也能進(jìn)行有效地排水[2]。

2 HYSY119 FPSO船型概述

HYSY119是一艘15萬(wàn)噸級(jí)FPSO，其主要用于南海流花16-2深水油田群的開(kāi)發(fā)，同時(shí)入級(jí)中國(guó)船級(jí)社（CCS）和法國(guó)船級(jí)社（BV）。本船的主要尺度為：總長(zhǎng)255.8 m；垂線間長(zhǎng)246.25 m；型寬48.9 m；型深26.6 m；設(shè)計(jì)吃水17.5 m。如圖1所示，HYSY119 FPSO船體主要艙室包括：4個(gè)淡水艙、2個(gè)艉壓載艙，機(jī)艙，隔離空艙，10個(gè)貨油艙，10個(gè)專(zhuān)用壓載艙，燃油艙，2個(gè)污油水艙，2個(gè)工藝水艙，3個(gè)單點(diǎn)外圍空艙，艏尖艙（壓載艙）及錨鏈艙等。

圖1 HYSY119 FPSO船體主要艙室分布

根據(jù)規(guī)范要求，上述艙室中的機(jī)艙、隔離空艙、單點(diǎn)外圍空艙和錨鏈艙均應(yīng)設(shè)置艙底水系統(tǒng)，用于抽除艙內(nèi)可能存在的積水。

3 艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

HYSY119 FPSO艙底水系統(tǒng)包括主艙底水系統(tǒng)和日用艙底水系統(tǒng)兩部分。主艙底水系統(tǒng)是保船的重要系統(tǒng)，主要用于在破艙進(jìn)水等應(yīng)急情況下的排水，在艙底水支管和總管的管徑計(jì)算、艙底泵數(shù)量和排量的確定以及艙底水管路布置等方面需要滿(mǎn)足CCS和BV入級(jí)規(guī)范[1，3，4]及SOLAS公約[5]的有關(guān)要求。日用艙底水系統(tǒng)主要用于將FPSO機(jī)艙內(nèi)設(shè)備和管路的滲漏水、泄放水、凝水以及清洗濾器、設(shè)備零件的沖洗水等收集至艙底水艙。上述的積水可能含有油份，不能直接排至船舷外，需根據(jù)MARPOL73/78公約[6]的有關(guān)規(guī)定將其處理合格后方能排海。

3.1 機(jī)艙主艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖2所示，HYSY119 FPSO機(jī)艙艙底水系統(tǒng)由主艙底水系統(tǒng)和日用艙底水系統(tǒng)兩部分組成。其中的主艙底水系統(tǒng)主要包括艙底水泵、濾器、艙底水總管和支管、泥箱、吸口、污水井、液位開(kāi)關(guān)以及相關(guān)閥件等。

圖2 機(jī)艙艙底水系統(tǒng)

依據(jù)規(guī)范要求，本船設(shè)置兩臺(tái)艙底水泵，布置于機(jī)艙底部，且均為帶自吸裝置的立式離心泵。在上述的兩臺(tái)泵中，其中一臺(tái)為總用泵，兼?zhèn)渑摰住⑴泡d和提供雜用海水的功能，該泵接應(yīng)急電。

在機(jī)艙內(nèi)的最底層，沿船舷兩側(cè)設(shè)置六個(gè)污水井，每個(gè)污水井中設(shè)有一個(gè)艙底水支吸口。同時(shí)，在機(jī)艙左前方和右后方的兩個(gè)污水井內(nèi)，又各設(shè)一個(gè)連通艙底泵的直通吸口。此外，機(jī)艙內(nèi)還設(shè)有一個(gè)應(yīng)急艙底水吸口，該吸口接至排載泵，此泵為機(jī)艙中排量最大的泵（其排量與艙底泵和總用泵相同）。由于機(jī)艙屬于機(jī)器處所，故按規(guī)范要求，除去應(yīng)急吸口外，在每根艙底水支吸管及直通艙底泵吸管上均設(shè)置有泥箱。

兩臺(tái)艙底水泵（艙底泵和總用泵）均與艙底水總管相連接，六根艙底水支吸管也接至該總管。在破艙進(jìn)水等緊急情況下，可通過(guò)艙底水泵將機(jī)艙內(nèi)的積水排至船舷外。

3.2 機(jī)艙日用艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)艙日用艙底水系統(tǒng)與主艙底水系統(tǒng)共用艙底水支吸管和部分艙底水總管。除此之外，日用艙底水系統(tǒng)還包括一臺(tái)日用艙底泵、濾器以及相關(guān)的管路、閥件等。

參見(jiàn)圖2所示的系統(tǒng)原理，當(dāng)污水井內(nèi)的水位達(dá)到設(shè)定的高液位值時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，操作人員接到報(bào)警信號(hào)后啟動(dòng)日用艙底泵，將污水井內(nèi)的積水排入艙底水艙。一旦艙底水艙內(nèi)收集的污水達(dá)到一定容積，即可通過(guò)主艙底水系統(tǒng)的艙底泵將其駁運(yùn)至污油水艙（SLOP TANK）。由于機(jī)艙為非危險(xiǎn)區(qū)域，而污油水艙屬于危險(xiǎn)區(qū)域，因此在二者間傳輸艙底水的管路上設(shè)置了截止止回閥和可拆短管，用于保證非危險(xiǎn)區(qū)與危險(xiǎn)區(qū)的有效隔離。

本船的污油水艙不僅接收來(lái)自機(jī)艙的艙底水，還可收集洗艙水以及由船體和上部工藝模塊排入的其它含油污水。SLOP TANK中的污油水最終將被輸送到上部工藝模塊處理，其指標(biāo)達(dá)到規(guī)定要求后才可排海。

3.3 其它處所的艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，危險(xiǎn)區(qū)域艙底水系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)完全獨(dú)立于非危險(xiǎn)區(qū)域的艙底水系統(tǒng)[1]。對(duì)于HYSY119 FPSO，隔離空艙和單點(diǎn)外圍的三個(gè)空艙與貨油艙相鄰，屬于危險(xiǎn)區(qū)域，故其艙底水系統(tǒng)應(yīng)與非危險(xiǎn)區(qū)域的機(jī)艙艙底水系統(tǒng)相互獨(dú)立?；谝陨显瓌t，隔離空艙和單點(diǎn)外圍空艙考慮采用艙底水噴射器進(jìn)行排水。隔離空艙內(nèi)單獨(dú)設(shè)置一臺(tái)艙底水噴射器；單點(diǎn)外圍的三個(gè)空艙共用一臺(tái)艙底水噴射器。

對(duì)位于船艏的錨鏈艙，也專(zhuān)門(mén)為其配置了一臺(tái)噴射器，用于此處艙底積水的排除。

4 艙底水系統(tǒng)計(jì)算

艙底水系統(tǒng)中，艙底支管/總管的管徑和艙底泵的排量均需按照船級(jí)社規(guī)范要求確定，CCS和BV的計(jì)算公式略有不同，但最終計(jì)算結(jié)果差異不大，本文僅以BV相關(guān)要求為例進(jìn)行計(jì)算。

4.1 艙底水管徑計(jì)算

根據(jù)BV規(guī)范NR445, Pt C, Ch 1, Sec 7, [6.6.1]、NR467, Pt C, Ch 1, Sec 10, [6.8.3]要求，艙底水支管內(nèi)徑d1應(yīng)不小于式（1）的計(jì)算值，且d1應(yīng)不小于50 。

式中：L1為各艙室長(zhǎng)度，具體見(jiàn)表1；B為FPSO型寬，取值48.9 ；D為FPSO型深，取值26.6m。

根據(jù)BV規(guī)范NR445, Pt C, Ch 1, Sec 7, [6.6.1]、NR467, Pt C, Ch 1, Sec 10, [6.8.1]和NR467, Pt D, Ch 7, Sec 4, [2.2.2], note 1要求，在任何情況下，艙底水總管的橫截面積不小于艙底水支管橫截面積的兩倍，因此，艙底水總管內(nèi)徑應(yīng)滿(mǎn)足：

式中：d2為艙底水總管內(nèi)徑，mm。

按上述式（1）和式（2）計(jì)算各艙艙底水總管及支管管徑，并進(jìn)行管徑選取，結(jié)果如表1所示。

表1 艙底水系統(tǒng)管徑計(jì)算列表

4.2 艙底泵排量計(jì)算

根據(jù)BV規(guī)范NR445, Pt C, Ch 1, Sec 7, [6.5.4]和NR467, Pt C, Ch 1, Sec 10, [6.7.4]要求，每臺(tái)艙底泵應(yīng)保證艙底水總管內(nèi)流速不低于2m/s，如式（3），且泵的能力不小于式（4）的計(jì)算值。

式中：Q為艙底泵的排量，m3/h； 為艙底水總管實(shí)取內(nèi)徑，參見(jiàn)表1。

根據(jù)式（3）和式（4）計(jì)算各艙艙底泵排量并進(jìn)行實(shí)際選取，結(jié)果如表2所示。

表2 艙底泵能力計(jì)算列表

機(jī)艙日用艙底泵用于將機(jī)艙日常產(chǎn)生的少量積液收集至艙底水艙，選用排量為5 的電動(dòng)螺桿泵。

5 結(jié)論

本文論述的HYSY119 FPSO艙底水系統(tǒng)符合BV及CCS規(guī)范要求，其不僅可以在破艙進(jìn)水等緊急情況下維持FPSO的浮力和穩(wěn)性，還能有效收集船體日常產(chǎn)生的污水，減少對(duì)海洋環(huán)境的污染。本系統(tǒng)已在HYSY119 FPSO上投入使用，運(yùn)行情況良好，可為今后FPSO艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。