王 丹， 吳承恩， 蔡 靈， 金允龍

(1. 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所 航運(yùn)技術(shù)與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200135;2. 南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司， 江蘇 南通 226001)

0 引 言

目前國際上有2種主流的卸油方式，分別為帶動力定位能力的穿梭油船(Dynamic Positioning Shuttle Tanker, DPST)卸油模式和CALM(Catenary Anchor Leg Mooring)卸油模式。DPST作為浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)的重要組成部分，造價遠(yuǎn)高于同等噸位的常規(guī)油船，其載重量多在8萬～15萬t，而常規(guī)油船的載重量可達(dá)30萬～40萬t。對于西非目前采用的CALM卸油模式，當(dāng)水深達(dá)到一定程度之后，CALM的建造和安裝成本急劇上升。因此，如何在大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的深海油氣資源開發(fā)和運(yùn)輸中充分發(fā)揮常規(guī)油船數(shù)量多、造價低、載重量大和運(yùn)輸成本低的優(yōu)勢，使現(xiàn)有的油船能在不加以改造的情況下從事深海油田的原油運(yùn)輸作業(yè)，成為國際原油輸送裝備技術(shù)的客觀需求和潛在發(fā)展方向。深水動力定位原油輸送裝置CTV (Cargo Transfer Vessel)是順應(yīng)這一發(fā)展的產(chǎn)物。

1 CTV應(yīng)用模式的特點(diǎn)

CTV的應(yīng)用模式是將FPSO上的原油通過CTV過駁，通過CTV與常規(guī)油船柔性連接的輸油系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)卸油。CTV原油外輸模式示意見圖1。

圖1 CTV原油外輸模式示意

CTV可依靠自身的動力部署到任何油田，能安全、高效地將FPSO上的原油輸送到任何尺度、任何類型的油船上，有效替代DPST。該裝置能適應(yīng)現(xiàn)有深海油田FPSO和常規(guī)油船的工作水深和作業(yè)環(huán)境，與傳統(tǒng)的“FPSO+DPST”模式相比，具有原油輸送裝載量大、成本低、作業(yè)風(fēng)險小、節(jié)能環(huán)保和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。與CALM作業(yè)模式相比，該裝置的最大優(yōu)勢是1艘CTV能為多個FPSO服務(wù)，且成本較低。

CTV具有強(qiáng)大的動力定位能力，不僅能保證自身在原油輸送作業(yè)工況下的定位能力，而且可兼顧原油船的定位，嚴(yán)格控制原油船與FPSO之間的安全距離，防止發(fā)生碰撞。

2 CTV應(yīng)用模式與其他典型應(yīng)用模式的比較

1) 在DPST模式中：當(dāng)原油需長距離運(yùn)輸時，例如從巴西到中國，會選擇一個中轉(zhuǎn)點(diǎn)(油庫或錨地)倒油，將原油從DPST轉(zhuǎn)到常規(guī)油船上，由常規(guī)油船運(yùn)輸?shù)侥康牡?；?dāng)原油只是短距離運(yùn)輸時，例如從巴西到美國，沒有轉(zhuǎn)駁倒油的過程，由DPST直接將原油輸送至目的地(見圖2)。

2) 在CALM模式中：CALM只是一個轉(zhuǎn)駁裝置，不具備儲油功能，通過錨泊固定在某個位置，不能隨機(jī)移動；常規(guī)油船通過單點(diǎn)系泊與CALM連接，通過油管卸油，不管是長距離運(yùn)輸還是短距離運(yùn)輸，卸油模式不變(見圖3)。

3) CTV不具備儲油功能，但能航行，能調(diào)配到鄰近的FPSO所在位置或其他海域作業(yè)，具有強(qiáng)大的動力定位能力，與FPSO之間無纜繩連接，與常規(guī)油船之間采用單點(diǎn)系泊，通過油管卸油。

圖2 DPST卸油模式示意

圖3 CALM卸油模式示意

3 CTV的功能配置

作為離岸深水FPSO與超大型油船(Very Large Curde Carrier, VLCC)等常規(guī)油船之間實(shí)施原油轉(zhuǎn)駁外輸?shù)闹虚g載體平臺，CTV不僅需具有抵御惡劣風(fēng)浪干擾的能力，更需具有VLCC等常規(guī)油船牽引控位下的動態(tài)定位能力。為保證CTV能有效作業(yè)，當(dāng)一組定位系統(tǒng)邏輯損壞時，船舶仍可實(shí)現(xiàn)動力定位，CTV至少需滿足DP2的要求。CTV艏部設(shè)置有2個全回轉(zhuǎn)伸縮推進(jìn)器，與艉部的2個推進(jìn)器配合使用。

當(dāng)VLCC系固在CTV上，通過CTV給油船供油時，油船與CTV之間需保持一定的距離，在不使用拖船達(dá)到這一目的時，油船與CTV之間需系泊，利用油船的單點(diǎn)系泊裝置來實(shí)現(xiàn)，CTV上配置相應(yīng)的系固點(diǎn)。根據(jù)OCIMF的建議，15萬t以上的油船需配備2套單點(diǎn)系泊裝置，其中1套備用；CTV為適應(yīng)這些系泊要求，也需配備2套系固點(diǎn)，其中1套配用，其安全工作負(fù)荷應(yīng)與相應(yīng)的油船相當(dāng)。

CTV的最終目的是實(shí)現(xiàn)深海原油過駁，搭載有原油裝載系統(tǒng)和原油外輸系統(tǒng)。

1) 原油裝載系統(tǒng)是將FPSO的原油引進(jìn)的入口，DPST一般考慮采用艏裝載系統(tǒng)，即原油裝載系統(tǒng)入口在艏部，但CTV的作業(yè)理念是只作轉(zhuǎn)駁系統(tǒng)，不具備儲油功能，故主尺度會小于DPST，小尺度的CTV在波浪下的運(yùn)動幅度較大。由于橫向底部加有減搖的底邊裙，橫搖運(yùn)動大幅度減小，縱搖運(yùn)動幅度比較大，故考慮采用側(cè)裝載系統(tǒng)，以減小裝載接頭的受力，提高操作的靈便性。

2) 原油外輸系統(tǒng)通過CTV將FPSO的原油輸送到油船上，在設(shè)計(jì)上借鑒FPSO的原油外輸系統(tǒng)——艉輸。原油輸送軟管的提升和下放設(shè)備有相應(yīng)的絞車和克令吊，布置在適當(dāng)?shù)奈恢锰帯?/p>

CTV的電站功率比較大，采用的是直流電站；直流配電系統(tǒng)的主機(jī)是變速機(jī)，根據(jù)不同的負(fù)載運(yùn)行在不同的轉(zhuǎn)速下，可降低燃油消耗率；采用發(fā)電機(jī)與推進(jìn)器經(jīng)過整流器直接相連的方式，能大大降低配電系統(tǒng)的尺寸和重量。為保證失電情況下的緊急供電，CTV配備有大功率的蓄電池，在出現(xiàn)突加負(fù)載或全船發(fā)電機(jī)組都不能工作的情況時，蓄電池組會及時短時供電，以滿足工況的需求和緊急情況下的應(yīng)急操作要求，從而保證整個電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

此外，在作業(yè)時還應(yīng)考慮海況突變的情況。在較惡劣的海況下，當(dāng)原油船的相對位置難以控制時，艉輸系統(tǒng)的快速應(yīng)急關(guān)斷(Emergency Shut Down, ESD)閥、應(yīng)急釋放閥和系泊絞車的應(yīng)急釋放裝置會形成連鎖保護(hù)，對裝置和外輸系統(tǒng)形成安全保護(hù)。對CTV的艉輸系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，建立設(shè)備信號采集監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)艉輸系統(tǒng)與系泊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相互交換和控制，通過應(yīng)急關(guān)斷閥實(shí)現(xiàn)艉輸系統(tǒng)的應(yīng)急關(guān)斷，通過應(yīng)急釋放閥實(shí)現(xiàn)艉輸軟管與艉輸絞車的切斷，通過大纜絞車釋放機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系泊系統(tǒng)的應(yīng)急釋放，從而保證整個裝置與原油船之間的連接和解脫功能可靠實(shí)現(xiàn)。

CTV功能配置主要參數(shù)見表1。

4 CTV作業(yè)基本操作流程

參考艉輸模式的作業(yè)流程，F(xiàn)PSO、CTV和常規(guī)油船之間輸油軟管的對接均需拖船或帶纜艇輔助完成。CTV原油外輸作業(yè)的基本操作過程如下。

1) 常規(guī)油船與CTV的系泊。常規(guī)油船的艏部靠近CTV的艉部，用撇纜器將撇纜拋至常規(guī)油船上，由常規(guī)油船牽引絞車將撇纜上的先導(dǎo)索和前端摩擦鏈拉上常規(guī)油船，然后由掣鏈器將摩擦鏈固定好。系纜索另一端與CTV大纜絞車相連，兩船系泊完成。CTV將常規(guī)油船拖至作業(yè)地點(diǎn)。

本文以多中心協(xié)同治理理論視角為基礎(chǔ)，提出關(guān)于“雙11”電子商務(wù)治理的合作框架，并運(yùn)用該框架解釋各主體間合作過程，推動電子商務(wù)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，從而實(shí)現(xiàn)融合發(fā)展、互利共贏的合作關(guān)系。

表1 CTV功能配置主要參數(shù)

2) CTV與FPSO外輸軟管連接。啟動FPSO軟管收放滾筒，由FPSO艉部服務(wù)吊機(jī)協(xié)助，將外輸軟管放到輔助拖船上，拖船將軟管拖到CTV中部，CTV吊機(jī)將軟管吊至CTV側(cè)裝載系統(tǒng)區(qū)，與接油管連接好。

3) CTV與常規(guī)油船外輸軟管連接。啟動CTV軟管收放滾筒，由艉部服務(wù)吊機(jī)協(xié)助，將外輸軟管放到輔助拖船上，拖船將軟管拖到常規(guī)油船中部，油船吊機(jī)將軟管吊至油船集管區(qū)，與接油管連接好。

4) 輔助系統(tǒng)啟動。FPSO啟動掃艙泵，將儲油艙底部的高含水原油打至污油艙。啟動外輸裝置、計(jì)量標(biāo)定裝置、液壓單元和供電系統(tǒng)等。

5) 外輸啟動。從FPSO開始，通過CTV向常規(guī)油船打水沖洗油管，并在一定的壓力下保持30 min，檢查是否有泄漏；檢查無誤之后，F(xiàn)PSO開始向常規(guī)油船緩慢輸油，以將油管中的水排至常規(guī)油船的污液艙；油管中的水排完之后，打開常規(guī)油船儲油艙接口，F(xiàn)PSO啟動外輸泵，逐步增大流量至額定值，開始外輸原油。

6) 外輸結(jié)束。當(dāng)外輸油量達(dá)到既定值時，外輸結(jié)束，關(guān)閉外輸泵，常規(guī)油船將之前接收的水通過CTV打回到FPSO以沖洗油管，增壓泵旁通閥打開，外泄閥關(guān)閉，CTV軟管與常規(guī)油船斷開，并將油管中殘余的水排至CTV的污液艙，由拖船協(xié)助軟管回收到CTV的卷筒上。常規(guī)油船系泊解脫，CTV回收系泊纜索，斷開側(cè)裝載接頭，由拖船協(xié)助軟管回收到FPSO的軟管收放滾筒上。

采用CTV模式作業(yè)前的準(zhǔn)備工作包括：海上氣象和海況條件的確定；應(yīng)急預(yù)案的確定；外輸系統(tǒng)和設(shè)備的檢查；溢油回收裝置的準(zhǔn)備和輔助船的就位；油船的應(yīng)急解脫程序和緊急停運(yùn)計(jì)劃的制訂等。

5 CTV作業(yè)條件和范圍

在CTV牽引常規(guī)油船卸油這種應(yīng)用模式下，常規(guī)油船采用單點(diǎn)系泊，在給定的環(huán)境下會有一個平衡位置，在平衡位置附近擺動。以CTV的系泊點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)，調(diào)整CTV的艏向，使其與常規(guī)油船平衡位置的艏向相同。常規(guī)油船在平衡位置附近的偏蕩有一個范圍，該范圍在既定船型下取決于環(huán)境載荷。

CTV與FPSO之間帶有2根大纜，當(dāng)浮體在波浪中運(yùn)動時，2根大纜受力并不均勻，在常規(guī)油船的偏蕩下，總是一根大纜松弛，另一根大纜張緊，大纜的破斷負(fù)荷為600 t。參考法國船級社(Bureau Veritas, BV)系泊規(guī)范，若纜繩作業(yè)時的安全系數(shù)取1.7，則張緊的大纜在作業(yè)時的安全工作負(fù)荷取350 t左右，與OCIMF中對VLCC單點(diǎn)系泊裝置的安全工作負(fù)荷要求一致，即作業(yè)過程中應(yīng)保證大纜的張力≤350 t。CTV的最大牽引力以在6級海況下牽引30萬噸級油船為目標(biāo)，當(dāng)CTV牽引VLCC作業(yè)時，通過數(shù)值仿真和模型試驗(yàn)驗(yàn)證，在2.5 m有義波高下，CTV與VLCC之間的系泊大纜的最大張力可達(dá)到339 t，此時整個作業(yè)系統(tǒng)是安全的。在有義波高為3～4 m時，大纜的最大張力>350 t，需拖船輔助作業(yè)，以減小VLCC的受力和偏蕩范圍。整個系統(tǒng)能作業(yè)的環(huán)境條件為7級風(fēng)、2 kn流、4 m有義波高。在該海況下， CTV與FPSO之間的安全作業(yè)距離為100 m，CTV與VLCC之間的安全作業(yè)距離為150 m。CTV具有機(jī)動性和跟隨功能，在一個安全的扇形作業(yè)帶范圍內(nèi)，通過調(diào)整艏向角和位置，能有效控制3個浮體之間的安全作業(yè)距離，實(shí)現(xiàn)深海原油過駁。CTV扇形安全作業(yè)帶范圍示意見圖4。

中遠(yuǎn)海運(yùn)重工在巴西FPSO原油外輸市場的需求下，與挪威SealoadHolding AS公司簽約建造了2艘CTV，目前命名為“sealoader 1”的首制船已準(zhǔn)備交船(見圖5)。

圖4 CTV扇形安全作業(yè)帶范圍示意

圖5 CTV實(shí)船

6 結(jié) 語

在CTV卸油模式下，常規(guī)油船無需任何改造便可投入使用；相比常規(guī)油船，DPST的造價和維護(hù)成本較高。在長距離運(yùn)輸時，采用DPST模式成本較高；而采用CTV模式既可節(jié)約中轉(zhuǎn)存儲費(fèi)(或錨地過駁費(fèi))，又能節(jié)約時間成本。在短距離運(yùn)輸時，采用CTV模式的成本與采用DPST模式的成本基本相當(dāng)。在CALM模式下，中轉(zhuǎn)駁裝置的深水安裝成本較高，且存在技術(shù)壟斷，CTV的出現(xiàn)填補(bǔ)了長距離原油低成本運(yùn)輸?shù)目瞻?。CTV具有以下優(yōu)勢：

1) 通過動力定位實(shí)現(xiàn)與FPSO的動態(tài)跟隨，不存在系泊或其他方式的連接，其強(qiáng)大的裝機(jī)功率可牽引VLCC進(jìn)行原油轉(zhuǎn)駁；

2) 具有靈活的機(jī)動性，可實(shí)現(xiàn)惡劣海況下的原油轉(zhuǎn)駁，可依據(jù)石油公司的計(jì)劃靈活地自航至目的地；

3) 能解決部分邊際油田和短距離必須使用DPST的問題，提高VLCC的作業(yè)范圍和作業(yè)條件，降低原油的裝載成本。