懸鏈?zhǔn)絾吸c(diǎn)系泊及其在原油接卸中的應(yīng)用

許昊東

（中海油國(guó)際貿(mào)易有限責(zé)任公司，北京 100010)

引言

單點(diǎn)系泊在全球范圍內(nèi)已經(jīng)建成600余座，分布于美洲、非洲、亞洲（東南亞、中東海灣地區(qū)）、歐洲地中海和澳大利亞沿岸，其中懸鏈?zhǔn)剑–ALM）單點(diǎn)系泊有500多座。[1]世界范圍內(nèi)，路易斯安娜離岸碼頭是最為知名的CALM單點(diǎn)系泊，建造于1972年，至今已經(jīng)接卸原油超過120億桶。中國(guó)大陸僅有2座CALM單點(diǎn)系泊在用，分別是中石化茂名單點(diǎn)系泊和中海油潿洲單點(diǎn)系泊。CALM單點(diǎn)系泊將油輪系泊在預(yù)定海域，通過漂浮在海面上的浮筒和鋪設(shè)在海底的管道，將原油從油輪接卸至岸罐，實(shí)現(xiàn)海上卸油岸罐存儲(chǔ)，在煉化企業(yè)原油物流渠道中扮演重要角色。

1 系統(tǒng)組成

CALM單點(diǎn)系泊主要由系泊纜、浮筒、漂浮軟管、水下軟管、水下管匯基盤、錨鏈和海底管道組成，如圖1所示。原油的流道依次為油輪卸船泵、漂浮軟管、輸油臂平臺(tái)上部管道、旋轉(zhuǎn)頭、浮筒中心井管道、水下軟管、水下管匯基盤、海底管道、岸罐。油輪系泊載荷傳遞順序依次為系泊纜、系泊籠耳、轉(zhuǎn)臺(tái)、主軸承、浮筒主體結(jié)構(gòu)、止鏈器、錨鏈、錨樁。

圖1 CALM單點(diǎn)系泊組成示意圖

1.1 浮筒

浮筒主要由浮筒體、三臂轉(zhuǎn)盤總成、主軸承、旋轉(zhuǎn)頭組成，如圖2所示。

圖2 浮筒結(jié)構(gòu)示意圖

浮筒體是圓形的焊接鋼結(jié)構(gòu)，圓心處是中心井，徑向布置6道橫向水密艙室，艙室中注滿發(fā)泡材料。中心井上部安裝主軸承和三臂轉(zhuǎn)盤總成。主軸承內(nèi)圈與中心井固定，外圈與三臂轉(zhuǎn)盤總成固定。三臂轉(zhuǎn)盤總成中心嵌入旋轉(zhuǎn)頭。中心井內(nèi)焊接有兩根尺寸一致的管道，管道底部連接水下軟管，頂部連接旋轉(zhuǎn)頭。在浮筒裙板一周均布6個(gè)止鏈器，用于連接浮筒和錨鏈。

三臂轉(zhuǎn)盤總成由圓形轉(zhuǎn)臺(tái)、系泊臂平臺(tái)、輸油臂平臺(tái)和平衡臂平臺(tái)組成。圓形轉(zhuǎn)臺(tái)與主軸承外圈固定。系泊臂平臺(tái)裝有系泊籠耳，用于拴系泊纜，是重要的受力部件。輸油臂平臺(tái)在系泊臂平臺(tái)順時(shí)針側(cè)60°處，平臺(tái)上裝有2根管道和連接漂浮軟管的索纜導(dǎo)向裝置，管道一端連接旋轉(zhuǎn)頭接口，一端連接漂浮軟管，輸油臂平臺(tái)是重要的流道部件。平衡臂平臺(tái)位于輸油臂平臺(tái)的反方向。

主軸承是大型的回轉(zhuǎn)軸承，常用的回轉(zhuǎn)支承軸主要有四點(diǎn)接觸式球軸承、交叉圓柱滾子軸承、雙排角接觸式球軸承和三列滾柱式軸承，[2]以三列滾柱式軸承為主。主軸承用于支撐三臂轉(zhuǎn)盤總成，保證三臂轉(zhuǎn)盤總成可以360°旋轉(zhuǎn)，是單點(diǎn)系泊實(shí)現(xiàn)風(fēng)標(biāo)效應(yīng)的功能部件。主軸承將系泊臂平臺(tái)傳遞來的系泊載荷傳遞給浮筒，使旋轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)軸承不承受系泊載荷，大幅延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)頭壽命，主軸承是關(guān)鍵的受力部件。

旋轉(zhuǎn)頭又稱流體分配裝置，內(nèi)置旋轉(zhuǎn)軸承，旋轉(zhuǎn)接頭上部的可旋轉(zhuǎn)通道連接輸油臂平臺(tái)的管道，與三臂轉(zhuǎn)盤總成一起360°旋轉(zhuǎn)，下部固定通道連接中心井內(nèi)管道。在旋轉(zhuǎn)頭上部管道旋轉(zhuǎn)過程中，原油可帶壓通過旋轉(zhuǎn)頭，然后進(jìn)入中心井內(nèi)管道。旋轉(zhuǎn)頭是單點(diǎn)系泊實(shí)現(xiàn)風(fēng)標(biāo)效應(yīng)的功能部件，也是重要的流道部件。旋轉(zhuǎn)頭平均通稱流量6000 m3/h，可增高到16000 m3/h。

1.2 錨鏈

錨鏈由熱軋圓鋼打造。常用的錨鏈等級(jí)為R3、R4 及R4S。錨鏈頂端與止鏈器連接，錨點(diǎn)底端與樁基相連，錨樁插入海底巖土層中。錨鏈和錨樁的作用是將浮筒固定海面某位置上，允許浮筒在一定的幅度內(nèi)擺動(dòng)。錨鏈數(shù)量通常為6根。6根錨鏈間隔60°均勻布置在浮筒一周，保證浮筒最大位移較小，錨鏈?zhǔn)芰Φ木鶆蛐暂^好，是最常見的錨鏈布置方式。波浪沖擊使浮筒連續(xù)運(yùn)動(dòng)，易導(dǎo)致錨鏈損壞，對(duì)錨鏈?zhǔn)┘?0～140 kN預(yù)張力可以改善這種情況。錨鏈最大張力一般為1400～3400 kN。

1.3 系泊纜

系泊纜繩通常為尼龍纜或鋼絲纜，它的作用是系泊油輪。系泊纜一般由卸扣、纜繩、摩擦鏈、摩擦鏈支撐浮筒、拾取纜、拾取浮筒等組成，與系泊臂平臺(tái)系泊籠耳連接。沒有油輪靠泊時(shí)，系泊纜自由漂浮在海面。當(dāng)油輪靠泊作業(yè)時(shí)，需將系泊纜的摩擦鏈從海面撈起，與油輪的止鏈器連接。美國(guó)船級(jí)社（ABS）規(guī)范規(guī)定，系泊纜最多只能2根，數(shù)量由系泊載荷決定，對(duì)于15萬(wàn)噸級(jí)以上的油輪，必須由2根系泊纜連接。

1.4 漂浮軟管和水下軟管

漂浮軟管通常是2根，連接輸油臂平臺(tái)輸油管道和儲(chǔ)油輪，是特制的壓力橡膠管。漂浮軟管由橡膠內(nèi)襯、加強(qiáng)層、纏繞鋼絲加強(qiáng)層、漂浮層和合成橡膠外層組成，最外層包有浮力材料，自然漂浮在海面。水下軟管是鋼筋網(wǎng)和橡膠組合而成的雙層防污染軟管，常用構(gòu)型有燈籠型、緩S型和陡S型。燈籠型對(duì)油輪運(yùn)動(dòng)、錨鏈布置影響很小，但適應(yīng)浮筒運(yùn)動(dòng)的能力較弱，適用于14～30 m 水深的一般海況。

1.5 水下管匯基盤

水下管匯基盤連接水下軟管和海底管道，按照固定在海底的方式分為重力式和樁式。水下管匯基盤與海底管道之間使用S型跨線連接。水下管匯基盤與浮筒之間由柔性的水下軟管連接。原油經(jīng)過水下軟管進(jìn)入水下管匯并合二為一進(jìn)入海底管道。常見的水下管匯基盤一般采用雙層結(jié)構(gòu)形式，上層底座與管匯管道、閥門為一體，下層底座通過四個(gè)樁固定在海床上，閥門為液動(dòng)球閥和手動(dòng)球閥。

2 建造、運(yùn)營(yíng)若干經(jīng)驗(yàn)

2.1 建造經(jīng)驗(yàn)

國(guó)內(nèi)建造CALM型單點(diǎn)系泊一般采用“個(gè)別核心部件國(guó)外定做+采購(gòu)國(guó)產(chǎn)化設(shè)備+國(guó)內(nèi)組裝”的方式。鑒于單點(diǎn)系泊國(guó)產(chǎn)化設(shè)備商業(yè)化程度不高，以及個(gè)別核心部件需要進(jìn)口，開展合理的長(zhǎng)線設(shè)備采辦是保證單點(diǎn)系泊項(xiàng)目及時(shí)投產(chǎn)的重要一步。采辦周期在半年以上的設(shè)備主要是主軸承、旋轉(zhuǎn)頭、相關(guān)遙測(cè)系統(tǒng)、漂浮軟管及水下軟管、海底法蘭等，長(zhǎng)線設(shè)備采辦周期預(yù)計(jì)1年。

浮筒建造是決定整個(gè)CALM型單點(diǎn)系泊建造成本和效率的關(guān)鍵。[3]浮筒建造的關(guān)鍵工序主要是筒體預(yù)制、圓形轉(zhuǎn)臺(tái)預(yù)制、軸承支撐面加工、主軸承安裝和旋轉(zhuǎn)頭安裝。浮筒體的底板、內(nèi)外壁板和隔艙板較薄，加強(qiáng)肋和加強(qiáng)筋較多，在組對(duì)焊接過程中容易造成焊接變形，若形成剛性約束則很難通過熱調(diào)制方法進(jìn)行矯正。圓形轉(zhuǎn)臺(tái)的軸承支撐鍛造環(huán)和底板需要高度平整，但鍛造環(huán)和底板上焊接相連的隔艙板數(shù)量多，容易產(chǎn)生焊接波浪變形，影響主軸承安裝質(zhì)量。軸承支撐用以支撐主軸承，軸承支撐面的加工精度將直接影響浮筒體和三臂轉(zhuǎn)盤總成的連接質(zhì)量。主軸承的安裝精度決定三臂轉(zhuǎn)盤總成能否在浮筒體上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)接頭的安裝精度決定三臂轉(zhuǎn)盤總成旋轉(zhuǎn)過程中帶壓原油是否泄漏。

2.2 運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)

CALM型單點(diǎn)系泊設(shè)計(jì)壽命一般20～25年，需要定期的就地或進(jìn)塢檢修，包括周檢、月檢、半年檢、年檢、定檢和大修，大修周期為5年。船級(jí)社每年也要配合業(yè)主的檢修計(jì)劃?rùn)z查單點(diǎn)系泊1次。日常檢修的重點(diǎn)是浮筒體結(jié)構(gòu)和焊縫的完整性、主軸承的磨損程度、旋轉(zhuǎn)頭軸承的密封性和磨損程度、錨鏈的懸掛角度及磨損程度。運(yùn)營(yíng)單位需根據(jù)就地檢修情況更換系泊纜和軟管。生產(chǎn)實(shí)踐表明，系泊纜通常在20～30航次之后更換，漂浮軟管通常使用2～3年后更換，水下軟管通常使用1～3年后更換。大修主要對(duì)大型部件（如主軸承和旋轉(zhuǎn)頭軸承）進(jìn)行更換，對(duì)浮筒體進(jìn)行噴砂等維護(hù)。

3 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

山東民達(dá)物流有限公司計(jì)劃在渤海建設(shè)25萬(wàn)噸級(jí)原油進(jìn)口泊位項(xiàng)目。該單點(diǎn)系泊位于東營(yíng)港東北方向，離岸68.7 km。建設(shè)內(nèi)容包括2個(gè)25萬(wàn)噸級(jí)CALM單點(diǎn)系泊泊位，1座增壓平臺(tái)及長(zhǎng)度72.9 km的海底管線。項(xiàng)目設(shè)計(jì)原油接卸能力35000000 t/年，投資估算28.43億元。項(xiàng)目目前處于核準(zhǔn)批復(fù)階段，建成后將輻射東營(yíng)、濱州、淄博區(qū)域的煉廠。以東營(yíng)單點(diǎn)系泊為例分析CALM單點(diǎn)系泊的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

大幅降低東營(yíng)港腹地?zé)拸S的原油物流成本。截至2020年底，東營(yíng)市煉油企業(yè)共21家，常減壓加工能力合計(jì)72200000 t/年，進(jìn)口原油配額合計(jì)51050000 t/年。東營(yíng)港受水深條件限制，無法靠泊VLCC，目前噸位最大的固定式碼頭2個(gè)5萬(wàn)噸級(jí)原油泊位。東營(yíng)港腹地?zé)拸S進(jìn)口原油的物流渠道主要有3種：利華益利津煉化有限公司、山東墾利石化集團(tuán)有限公司等煉廠選擇在董家口碼頭卸油，然后董濰管線管輸原油至煉廠；山東華星石油化工集團(tuán)有限公司、正和集團(tuán)股份有限公司等煉廠選擇在煙臺(tái)西港碼頭卸油，然后煙淄管線管輸原油至煉廠；東營(yíng)市亞通石化有限公司、山東天弘化學(xué)有限公司等煉廠選擇在董家口港過駁，二程船轉(zhuǎn)運(yùn)至東營(yíng)港。前2種渠道原油綜合物流成本100元/噸左右。第3種渠道原油綜合物流成本120元/噸左右。單點(diǎn)系泊投用后，VLCC能夠在東營(yíng)港卸油，原油綜合物流成本降低至65～80元/噸，大幅提升單點(diǎn)系泊輻射煉廠的競(jìng)爭(zhēng)力。

東營(yíng)單點(diǎn)系泊投資估算為28.43億元。投資偏高的原因是單點(diǎn)系泊離岸距離過遠(yuǎn)，需要建設(shè)4腿增壓平臺(tái)及72.9 km大直徑海底管線。不考慮海底管線和增壓平臺(tái)，單點(diǎn)系泊的投資估算不足5億元，低于東營(yíng)港固定式碼頭平均投資水平。單點(diǎn)系泊依托中國(guó)海油岸電，投資和操作費(fèi)預(yù)計(jì)可節(jié)省6億元。單點(diǎn)系泊依托中國(guó)海油環(huán)保設(shè)施，預(yù)計(jì)可節(jié)省操作費(fèi)2億元。中國(guó)海油在岸電和環(huán)保方面的支持，能夠大幅提高東營(yíng)單點(diǎn)系泊的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

東營(yíng)港海域氣候、海況惡劣，港口固定式原油碼頭每年的非作業(yè)時(shí)間高達(dá)100天。東營(yíng)單點(diǎn)系泊每年的非作業(yè)時(shí)間不足30天，單點(diǎn)系泊作業(yè)時(shí)間遠(yuǎn)高于港口固定式碼頭，單點(diǎn)系泊是更為暢通的物流渠道，對(duì)煉廠保供具有重要意義。

4 結(jié)語(yǔ)

CALM單點(diǎn)系泊與港口固定式碼頭相比，可以降低煉廠物流成本、提高泊位可作業(yè)天數(shù)、降低工程投資。在我國(guó)原油進(jìn)口量持續(xù)攀升，獨(dú)立煉廠、大型煉化一體化項(xiàng)目表現(xiàn)活躍的背景下，單點(diǎn)系泊具有廣闊的應(yīng)用空間。

中國(guó)海油在CALM型單點(diǎn)系泊的建造和運(yùn)維方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，具備自主設(shè)計(jì)、建造CALM單點(diǎn)系泊的能力，并在岸電供應(yīng)和環(huán)保設(shè)施支持等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。