李 凱

(山海關(guān)船舶重工有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066206)

海洋平臺(tái)

關(guān)于阿芙拉型油輪改裝FSO的研究

李 凱

(山海關(guān)船舶重工有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066206)

為了提高對(duì)海上石油資源的開采能力，浮式儲(chǔ)油船(FSO)的應(yīng)用一直受到大家的關(guān)注。文章針對(duì)阿芙拉型的油輪改裝為FSO的基本特點(diǎn)、改裝過程、市場(chǎng)需求以及日后的發(fā)展趨勢(shì)作了簡(jiǎn)要的論述。

浮式儲(chǔ)油船；阿芙拉型油輪改裝；關(guān)鍵技術(shù)

在能源消耗與日俱增的今天，陸地能夠開采的能源不斷減少，世界各國越來越多地關(guān)注海上油氣的開發(fā)與生產(chǎn)大批量的海上采油平臺(tái)，隨之配套的海洋工程設(shè)備也有著很大的需求量。“白令?！焙汀昂诤！笔俏覐S承接新加波OMNI公司的系列改裝船，要求將阿芙拉型油輪改裝成FSO海洋工程模塊，服役周期為10年。其中主要工程為新加飛機(jī)平臺(tái)、貨油系統(tǒng)改造、主機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)改造以及生活區(qū)升級(jí)改造。

1 研究的目的和意義

FSO與常規(guī)油輪不同，F(xiàn)SO到了油田完成固定后，通過艏部的系泊裝置泊于生產(chǎn)區(qū)域，不再移動(dòng)。我廠改裝的2艘FSO不同于30萬噸級(jí)的FSO,艏部系泊裝置不是轉(zhuǎn)塔式或者懸臂式的，而是在船頭安裝2條系泊纜繩，將系泊纜繩連接在系泊裝置的浮筒體上，如圖1所示。系泊裝置的錨泊系統(tǒng)是由另外的錨鏈組成，能夠保證其所在位置不變。

圖1 系泊連接方式示意圖

FSO可繞系泊點(diǎn)進(jìn)行一定角度內(nèi)的調(diào)整，同時(shí)依靠自身的動(dòng)力系統(tǒng)來調(diào)節(jié)自身與浮圈之間的距離，從而使其在風(fēng)標(biāo)效應(yīng)的作用下處于最小受力狀態(tài)，輸油管線也不會(huì)被扯斷。與其它型式的石油生產(chǎn)平臺(tái)相比，F(xiàn)SO具有儲(chǔ)油量大、移動(dòng)靈活、適應(yīng)水深范圍廣、安裝費(fèi)用低、便于維修與保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它是集儲(chǔ)油、外輸、生活、動(dòng)力于一體的多功能采油設(shè)施，又是石油化工、海洋工程和船舶工程的集成產(chǎn)品。目前FSO的改裝從幾千萬至幾億人民幣不等，它能否被有效合理的利用，將關(guān)系到海上油氣田開發(fā)的成敗。因此，F(xiàn)SO是技術(shù)密集、資金密集、勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品。雖然近半年的原油價(jià)格持續(xù)走低，但是從其近年來的發(fā)展趨勢(shì)來看，短期內(nèi)改變?nèi)虻哪茉唇Y(jié)構(gòu)是不現(xiàn)實(shí)的，而且為了減少投入資金，油輪改裝海洋工程設(shè)備幾乎成了絕大部分船東的首選，所以對(duì)FSO的改裝關(guān)鍵技術(shù)的研究顯得更為重要。

2 改裝前后相關(guān)參數(shù)與主要改裝內(nèi)容

總長(zhǎng)的變化是因?yàn)榧友b了艉部的飛機(jī)平臺(tái)，而螺旋槳的切割是為了降低主機(jī)的推進(jìn)效率以滿足FSO在采油的生產(chǎn)過程中進(jìn)行自身與浮圈之間距離的調(diào)節(jié)。主要的改裝內(nèi)容有新加直升機(jī)平臺(tái)，兩側(cè)新加生活區(qū)模塊，生活區(qū)改造，新加輸油、卸油平臺(tái)及管路，新加計(jì)量站及儲(chǔ)物平臺(tái)，新加1臺(tái)海工吊等；甲板貨油、消防、空氣等管路改造，貨油艙立壁及甲板上加溫管換新，機(jī)泵艙管路修改等；電纜新布3萬余米，及相應(yīng)輔助設(shè)備安裝等，其中飛機(jī)平臺(tái)的安裝是該船鋼結(jié)構(gòu)最大的改裝部分。改裝前后相關(guān)參數(shù)與主要改裝內(nèi)容見表1。

表1 改裝前后參數(shù)對(duì)比 m

3 阿芙拉型油輪改裝FSO過程

3.1 飛機(jī)平臺(tái)的預(yù)制與安裝

飛機(jī)平臺(tái)是此類FSO改裝項(xiàng)目必不可少的部分，受限于已有船舶本身的構(gòu)造，我們選擇了艉甲板作為安裝飛機(jī)平臺(tái)的區(qū)域。飛機(jī)平臺(tái)總質(zhì)量為143 t，主要分為平臺(tái)甲板結(jié)構(gòu)和甲板下支撐結(jié)構(gòu)兩部分?？紤]公司起重能力限制及飛機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)預(yù)制、合龍的要求，將整個(gè)飛機(jī)平臺(tái)分為4個(gè)分段進(jìn)行預(yù)制，分別為“艉部分段”(8.8 m×23 m×3 m)，分段質(zhì)量為35 t；“舯部分段”(7.2 m×26 m×3 m)，分段質(zhì)量為33 t；“艏部分段”(8.8 m×23 m×3 m)，分段質(zhì)量為35 t；“支撐結(jié)構(gòu)分段”(18.8 m×15.6 m×8.6 m)，分段質(zhì)量為40 t。4個(gè)分段選在50 t場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)制、小組、中組。飛機(jī)平臺(tái)安全網(wǎng)結(jié)構(gòu)、逃生通道、固定點(diǎn)等舾裝工程待船上分段合龍后上船安裝。

3.1.1 飛機(jī)平臺(tái)預(yù)制

4個(gè)立體分段預(yù)制選用反造法，施工步驟如下。

1)按拼板圖對(duì)飛機(jī)平臺(tái)板進(jìn)行拼接，并考慮焊接收縮量，鋼板下料過程中適當(dāng)加放余量；將拼接好的平臺(tái)板翻身封胎，組裝平臺(tái)下角鋼/工字鋼等結(jié)構(gòu)，再對(duì)平臺(tái)板進(jìn)行背燒，消除焊接角變形。

2)對(duì)平臺(tái)下管子進(jìn)行無余量切割，首先對(duì)切割好的管子參照施工圖進(jìn)行小組，再進(jìn)行中組。所有的小組均按照此步驟進(jìn)行預(yù)制。在預(yù)制的過程當(dāng)中，精度控制必不可少。針對(duì)飛機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，飛機(jī)平臺(tái)下結(jié)構(gòu)為管子支撐結(jié)構(gòu)，對(duì)管子切割長(zhǎng)度及焊接接頭的切割精度要求很高，對(duì)管子下料不宜采用留荒處理，故對(duì)結(jié)構(gòu)管采用無余量下料，如何確保下實(shí)料精度成為建造精度控制的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)部門通過計(jì)算機(jī)對(duì)各種管子構(gòu)件實(shí)長(zhǎng)和相貫線進(jìn)行精準(zhǔn)放樣，出具準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，有力地為裝配精度的控制供了技術(shù)支撐。

選擇合理的施工程序?qū)p少結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)應(yīng)力非常重要。按照飛機(jī)平臺(tái)甲板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用如下建造順序，①甲板結(jié)構(gòu)建造順序，平臺(tái)甲板拼板→結(jié)構(gòu)劃線→裝焊骨材/型材→分段“背燒”校平→分段交驗(yàn)；②管子支撐結(jié)構(gòu)建造順序，管子下料切割(實(shí)料)→管子小組(平面分段)→管子中組(立體分段)。在管子中組過程中，為防止結(jié)構(gòu)變形，安裝臨時(shí)加強(qiáng)筋，保持分段剛性。

3.1.2 飛機(jī)平臺(tái)吊裝工藝

飛機(jī)平臺(tái)的吊裝最難的部分為分段預(yù)制后的翻身工藝。由于飛機(jī)平臺(tái)采用的的是反造，所以在飛機(jī)平臺(tái)進(jìn)行吊裝前，要將相應(yīng)的分段進(jìn)行翻身。如前所述，飛機(jī)平臺(tái)分為4個(gè)分段進(jìn)行預(yù)制，最大分段質(zhì)量40 t。分段吊裝合龍選擇在5#塢塢內(nèi)進(jìn)行，5#塢長(zhǎng)320 m、塢寬56 m、塢深13.3 m。分段的翻身和吊裝在5#塢內(nèi)進(jìn)行，利用S4565K12型門機(jī)和50 t汽車吊配合進(jìn)行翻身，翻身后使用S4565K12型門機(jī)單獨(dú)對(duì)分段進(jìn)行吊裝定位。根據(jù)S4565K12型門機(jī)性能曲線，在門機(jī)幅度為52 m范圍，吊車的起重能力均為45 t，起重能力滿足要求。綜合考慮汽車吊最大起升高度、結(jié)構(gòu)與汽車吊距離，選擇使用18.8 m主臂、作業(yè)半徑7～7.5 m，此時(shí)起重能力為21.5～23 t，吊鉤距離地面的最大距離為18 m。飛機(jī)平臺(tái)上吊點(diǎn)距離基線的高度為32.3 m,考慮大塢深度13.3 m、塢墩2 m、吊車高度45 m，同時(shí)保留3 m的工作裕度，則吊索具垂直方向的最大總高度為21 m。平臺(tái)支撐的吊點(diǎn)距離基線的高度為29.3 m, 考慮大塢深度13.3 m、塢墩2 m、吊車高度45 m，同時(shí)保留3 m的工作裕度，則吊索具垂直方向的的最大總高度為24 m。為保證吊裝能夠滿足精度的要求，必須用導(dǎo)鏈配合，主鉤單根繩子和導(dǎo)鏈的承重能力不小于20 t。 4565K12門機(jī)準(zhǔn)備4根配備導(dǎo)鏈的繩子，其中2根作主鉤掛吊耳，配備30 t導(dǎo)鏈，使用25 t卸扣，繩索加導(dǎo)鏈長(zhǎng)度大于17 m，小于21 m，繩子承重能力均不小于25 t，此時(shí)連接吊耳的導(dǎo)鏈長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，閑置的2根繩子導(dǎo)鏈長(zhǎng)度應(yīng)盡可能長(zhǎng)，繩子和導(dǎo)鏈的承重能力均不小于20 t。50 t汽車吊掛艉部吊耳作副鉤，繩子長(zhǎng)度不小于7 m，但應(yīng)小于23 m，推薦使用10 m繩，連接吊耳使用25 t卸扣。將分段吊起2 m左右，逐漸降低汽車吊懸掛處的高度，使之與地面接觸，即可解除汽車吊與分段的連接，4565K12門機(jī)逐漸提升分段的高度，使之以平臺(tái)艉部的5個(gè)工裝為軸旋轉(zhuǎn)，直至穩(wěn)定狀態(tài)。翻身至穩(wěn)定狀態(tài)，汽車吊在平臺(tái)面方向吊掛艉部吊耳，調(diào)整直升機(jī)平臺(tái)呈水平狀態(tài)，可以讓支架著地保持分段平穩(wěn)，將門機(jī)閑置的2根繩子掛艉部方向另外的吊耳上，調(diào)節(jié)導(dǎo)鏈長(zhǎng)度，逐漸使分段質(zhì)量由門機(jī)承受。完畢后將分段起升200 mm，檢查平穩(wěn)度是否滿足吊裝上船要求，不滿足再用導(dǎo)鏈調(diào)節(jié)水平，滿足后吊裝上船，上船后再用導(dǎo)鏈將精度控制到滿足搭載定位狀態(tài)。

現(xiàn)以艏部分段為例進(jìn)行分段吊裝的說明。4565K12型門機(jī)掛4根繩子，為保證精度，繩子末端需加掛起重導(dǎo)鏈，總長(zhǎng)度應(yīng)不小于12 m，起重能力不小于20 t，掛鉤每側(cè)各選1根繩子掛艉部合龍口的2只E型25 t吊耳，使用25 t卸扣，此時(shí)連接吊耳的導(dǎo)鏈長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，閑置的2根繩子導(dǎo)鏈長(zhǎng)度應(yīng)盡可能長(zhǎng)。2臺(tái)50 t汽車吊通過連吊的方式掛平臺(tái)結(jié)構(gòu)面艉部方向吊耳作為副鉤，使用的繩子長(zhǎng)度為16 m，使用25 t卸扣連接吊耳。將分段起升至離地面1 m左右，門機(jī)回收繩子將分段艉部高度提升，等防護(hù)網(wǎng)支架快要著地時(shí)回收50 t汽車吊的繩子，門機(jī)和50 t汽車吊交替進(jìn)行上述步驟，直至翻身至穩(wěn)定狀態(tài)。翻身至穩(wěn)定狀態(tài)后，汽車吊的繩子解除與副鉤吊耳的連接，改到直升機(jī)平臺(tái)非結(jié)構(gòu)面艉部方向掛吊耳，逐漸提升高度，使分段翻身至水平狀態(tài)。在水平狀態(tài)時(shí)可將分段與地面接觸，將4565K12門機(jī)的閑置的2根繩子掛到艉部另外的吊耳上，用導(dǎo)鏈調(diào)節(jié)各繩子長(zhǎng)度，直到吊鉤位于吊點(diǎn)中心為止。

然后將分段起升200 mm，檢查平穩(wěn)度是否滿足吊裝上船要求，不滿足再用導(dǎo)鏈調(diào)節(jié)，滿足后吊裝上船，上船后再用導(dǎo)鏈將精度控制到滿足搭載定位狀態(tài)。焊接完成70%即可進(jìn)行摘鉤并進(jìn)行后繼吊裝，摘鉤后繼續(xù)完成焊接。其余3個(gè)分段吊裝程序相似。

飛機(jī)平臺(tái)的預(yù)制與安裝技術(shù)不僅可以應(yīng)用到船舶改裝工程中，也可以應(yīng)用在新造的過程中。尤其是廠內(nèi)的起重能力不足時(shí)，可以借鑒文中所提到的分部預(yù)制吊裝的施工工藝。

3.2 生活區(qū)的升級(jí)改造

為了滿足FSO在油田的生產(chǎn)需求，作業(yè)人員的數(shù)量比普通油輪的船員數(shù)量增加很多。首先增加生活區(qū)模塊，在原來的救生艇甲板上左右分別增加1個(gè)兩層的生活區(qū)模塊，每個(gè)模塊可供16人居住，總增加32人的居住空間。原有的生活區(qū)，擴(kuò)大了廚房和餐廳的面積，可以保證80人同時(shí)用餐。生活區(qū)內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)也進(jìn)行了相應(yīng)的升級(jí)。

其中機(jī)艙的新設(shè)備安裝與換新給我們提出了極大地挑戰(zhàn)，首先是選擇合適的位置，既能夠滿足設(shè)備的擺放，又能保證管系與電纜的鋪設(shè)，同時(shí)考慮到未來保養(yǎng)維修的便捷。其中最難的屬于造水機(jī)的位置，造水機(jī)的體積比較大，長(zhǎng)×寬×高為2.8 m×1.8 m×2.5 m，同時(shí)進(jìn)水口與出水口的管系連接相對(duì)較為復(fù)雜，為了減少管系轉(zhuǎn)彎的次數(shù)，我們?cè)凇鞍琢詈！鄙线x擇了靠近機(jī)艙前壁位置，而在“黑?！鄙蟿t選擇了機(jī)艙左后角的位置，并且對(duì)周圍的平臺(tái)進(jìn)行了加寬處理，以滿足通行和維修的要求。在管系連接上充分利用空間，最大限度的減少90°彎的出現(xiàn)，從而減少了水流對(duì)管系的沖擊，增加管子的使用壽命，同時(shí)對(duì)管子內(nèi)部做了PE油漆處理，類似于鍍塑。設(shè)備的倒運(yùn)也是難點(diǎn)之一，機(jī)艙的天窗口位于機(jī)艙的后部，將造水機(jī)倒運(yùn)至機(jī)艙內(nèi)部，我們選擇在機(jī)艙頂部焊接吊點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備的倒運(yùn)，同時(shí)充分利用機(jī)艙行車所能覆蓋的范圍。新的造水機(jī)每天可以生產(chǎn)50 t的淡水，通過對(duì)艉尖艙的改造，我們將其改造成能夠儲(chǔ)存1 000余噸淡水的淡水艙，滿足了生產(chǎn)用水和生活用水。對(duì)于生活用水方面增加的設(shè)備是最多的，通過淡水駁運(yùn)泵對(duì)淡水艙內(nèi)淡水駁運(yùn)，我們將淡水輸送至淡水壓力柜，經(jīng)過紫外線消毒裝置運(yùn)至生活區(qū)，這是冷水管線，熱水則是由從消毒器過來的水經(jīng)過淡水加熱柜加熱后再輸送到生活區(qū)，整個(gè)過程涉及5臺(tái)設(shè)備，設(shè)備之間管系連接500多米，如圖2所示。機(jī)艙黑灰水系統(tǒng)管系改造3 000余米。對(duì)于機(jī)艙、生活區(qū)的改裝需要清楚地了解每件設(shè)備的用途和原理，整個(gè)機(jī)艙要作為一個(gè)整體來看，避免施工中重復(fù)作業(yè)。

圖2 淡水系統(tǒng)示意圖

3.3 貨油系統(tǒng)改造

在貨油系統(tǒng)改造中，最重要的是增加艏部的注油站、船中的計(jì)量站，船尾部的泄油站和1個(gè)原油處理單元。其中原油處理單元是不同于其它FSO的，這個(gè)處理單元我們稱之為閃蒸單元，通過蒸餾的方式對(duì)原油進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，處理過的貨油(原油)可以作為燃油供鍋爐、主機(jī)、輔機(jī)使用。這套設(shè)備由3部分組成，閃蒸隔離柜、燃油處理單元和柴油沖洗單元。在泵艙加裝1臺(tái)燃油輸送泵，將儲(chǔ)存于貨油艙的貨油輸送至閃蒸設(shè)備，經(jīng)過蒸餾處理，對(duì)原油提純，然后輸送至燃油隔離柜中，隔離柜中鋪設(shè)了加溫設(shè)備，我們選擇在甲板上蒸汽管主管路上引出1路支管作為隔離柜加溫管的蒸汽源。經(jīng)過對(duì)處理過的燃油加溫到60 ℃，再由閃蒸單元上的燃油輸送泵將燃油駁運(yùn)至船舶左舷的2#燃油艙，這樣當(dāng)輔機(jī)、鍋爐需要燃油時(shí)，就可以直接從該燃油艙內(nèi)取油了?？紤]到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)管路的

清洗，我們?cè)诩装迳闲略黾恿?個(gè)柴油柜，用來作為清洗管路柴油的儲(chǔ)存柜，利用重力的作用將柴油運(yùn)至整個(gè)管路，達(dá)到清洗的目的。對(duì)于某些機(jī)艙設(shè)備鍋爐來說，清洗所用的柴油仍然是可以作為燃料使用的，整個(gè)過程沒有造成任何的浪費(fèi)。加裝這個(gè)閃蒸系統(tǒng)之后，整個(gè)FSO能夠自給自足，最大限度地降低了營(yíng)運(yùn)成本。增加閃蒸單元雖然目前僅為試驗(yàn)階段，仍然存在一些不足之處，但是隨著設(shè)計(jì)的不斷完善，這必將成為FSO改裝不可或缺的一部分。

4 阿芙拉型油輪改裝FSO的市場(chǎng)前景

FPSO上具有生產(chǎn)模塊，可以進(jìn)行油、水、氣的分離，主要是對(duì)采出來的原油進(jìn)行去水、去氣、去砂、去硫化氫等，并建有火炬塔，燃燒生產(chǎn)廢氣。但是，生產(chǎn)模塊及其相關(guān)設(shè)施的造價(jià)非常高，所以FPSO的造價(jià)約為同噸位FSO的2.3倍。因此，對(duì)那些原油質(zhì)量較差的地區(qū)或者附近岸上沒有生產(chǎn)設(shè)施的油田，生產(chǎn)模塊不可或缺。若是經(jīng)過分析，某油田的油品質(zhì)量較好或者附近岸上具有油水處理設(shè)施，使用FPSO就不再具有經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)檫@種情況下，生產(chǎn)模塊沒有任何作用。因此，在油品較好區(qū)域，F(xiàn)SO是最佳選擇。隨著全球經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步復(fù)蘇，石油需求量會(huì)穩(wěn)步增加，勘探技術(shù)和鉆井技術(shù)不斷發(fā)展，也將會(huì)帶來越來越多的可開采油田。20萬噸級(jí)以下的FSO是大部分船東和石油開發(fā)者的首選，也是目前市場(chǎng)占有率最大的一種，所以阿芙拉型的油輪改裝FSO的前景十分廣闊。

5 結(jié)束語

我廠目前已經(jīng)成功改裝并交付了3艘FSO，其中30萬噸級(jí)的1艘，阿芙拉型2艘。目前阿芙拉型的2艘FSO都已經(jīng)在泰國油田投入生產(chǎn)，客戶反映良好。2艘FSO進(jìn)行比較后，第二艘FSO的改裝部分周期縮短了近1個(gè)月時(shí)間，而且第二艘是邊設(shè)計(jì)邊施工，在此類型船舶改裝工程中我廠已經(jīng)有了成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，隨時(shí)可以開始后續(xù)FSO的海工項(xiàng)目的改裝。

To develop the ability of exploitation of the oil resource in the sea,the application of FSO (Floating Storage and Offloading) is getting more and more attention.FSO is a multifunction vessel designed for storage and offloading of oil.It's one of the most important equipments in the offshore oil with good future.Most the ship owners choose to do the conversion to get a FSO instead of building a new one ,for avoiding huge sum of money and long construction time.In this paper,the basic characteristic and process are introduced for converting FSO from Aframax type oil tanker together with the market demands and its development.

FSO;conversion of Aframax type oil tanker;key technique

李凱(1986-)，男，河北秦皇島人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶修理、改裝項(xiàng)目生產(chǎn)管理工作。

U674

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.04.014

2016-03-28