高 劍，劉 偉

(大連中遠海運重工有限公司，遼寧 大連 116113)

0 引 言

浮式生產儲油卸油裝置 (Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO)是集生產、儲存和運輸等功能于一體的海上浮式產油基地，截至目前，超過50%的可用FPSO是由常規(guī)運輸船改造而成的。常規(guī)運輸船的生活區(qū)一般定員在30人左右，改裝為FPSO之后一般承載130人以上。因此，制訂一個良好的生活區(qū)定員擴容方案對于FPSO改裝項目而言具有非常積極的意義。隨著國際勞工組織(International Labour Organization,ILO)對船員居住艙室的要求越來越高，傳統(tǒng)的局部改造方案的弊端越來越明顯，長期以適用性為核心的設計理念逐漸向舒適性方向發(fā)展。在此情況下，整體新制方案被提出并加以運用。本文結合FPSO改裝項目實例，通過對相關數據進行分析，證明新制方案在FPSO改裝項目中具有良好的適用性，同時針對設計過程中存在的問題提出優(yōu)化方案。

1 擴容方案對比分析

1.1 主要差異

本文以一艘服役巴于西海域的可容納160人的改裝FPSO“Carioca MV30”為例進行分析，總結2種擴容方案的主要差異，具體見表1。

表1 局部改造方案與整體新制方案的主要差異

1.2 優(yōu)勢和劣勢分析

1.2.1 優(yōu)勢分析

1) 整體新制方案各系統(tǒng)設計流程簡化，無需考慮原船生活區(qū)各種不確定的最終完工狀態(tài)，設計質量可控。

2) 整體新制方案的生活區(qū)不受實船進廠時間的限制，可提前在場地預制，同時能避免在船上交叉作業(yè)，減少新舊系統(tǒng)接口連接，降低建造管理難度，保證建造周期。

3) 整體新制方案的生活區(qū)設計的靈活性提高，由于不受原船的限制，新標準和新技術的客觀植入性更強。安全、舒適、環(huán)保的發(fā)展趨勢被更好地融入，與當下FPSO的發(fā)展趨勢相適應。

1.2.2 劣勢分析

從表1中可看出，整體新制方案不能利用部分原有結構，但通過對實際項目進行完工測算得知，當前節(jié)省下來的鋼材采購成本已不足以抵消局部改造方案的額外人工成本和管理費用，因為隨著人性化設計要求的提高，采購設備和特殊系統(tǒng)所需的費用已遠超過節(jié)省的鋼材原料成本。

2 整體新制方案設計優(yōu)化點

2.1 艙室的確定與布置優(yōu)化

該項目入美國船級社(American Bureau of Shipping，ABS)，生活區(qū)可容納160人，除了需滿足《海事勞工公約》(Maritime Labour Convention，MLC)、《海上人命安全公約》(SOLAS公約)和ABS規(guī)范的要求以外，還需滿足巴西當局監(jiān)管規(guī)則(Norme Regulamentadore,NR)對艙室的特殊要求。表2為主要技術參數確定。

表2 主要技術參數確定

從表2中可看出，NR在滿足ILO 92/133的基礎上，結合巴西本國的特點提出了額外要求。因此，在關鍵技術參數確定之后，可按NR和ABS規(guī)范[1]逐條核對檢查艙室的空間要求。

根據各艙室的特點，將其布置在合適的甲板層和平面位置；根據各艙室的功能性，將功能相近的艙室集中布置；考慮噪聲和振動的干擾，調整艙室所在甲板層；考慮艙室面積，調整艙室位置；考慮防火分隔要求，調整艙室的相對位置，優(yōu)化絕緣使用?；静贾迷瓌t[2]如下：

1) 鬧-靜分離，安靜的區(qū)域與吵鬧的區(qū)域分開布置；

2) 凈-臟分離，干凈的區(qū)域與較臟的區(qū)域分開布置;

3) 功能集中，同類型功能區(qū)分區(qū)集中布置;

4) “四線”暢通，逃生路線、食品與垃圾運輸路線、物料運輸路線和工作更衣路線無遮擋，少交叉。

參考上述布置原則，該項目采用7層甲板布置，分別為Lower Deck、Upper Deck和A/B/C/D/E Deck。Lower Deck主要是換衣間和公共浴室，方便人員在工作完畢之后進入生活區(qū)；Upper Deck主要設置2類房間，一類是廚房和餐廳，另一類是電氣控制室；A Deck設置3類房間，一類是魚肉冷庫和干貨儲藏室，一類是醫(yī)療服務室(另外，由于A Deck布置有緊急集合區(qū),因此中控室設置在該層);B Deck為會議和辦公區(qū);C/D Deck為人員居住區(qū);E Deck為高級船員居住區(qū)、健身娛樂區(qū)域和直升機乘降等候區(qū)。

2.2 結構可靠性設計

為減少生活區(qū)與主船體的干涉，提高合攏效率，在生活區(qū)最下層甲板以下位置增加一個由T型材組成的600 mm高的永久過渡層，分布在生活區(qū)四周和主要艙壁下面。該過渡層的主要功能有：用作生活區(qū)的底座支撐；作為管系、電纜、通風和梯道的接口預留區(qū)域；用作吊運、拖運和滑移等過程的永久性工裝。該優(yōu)化設計能保證最下面一層生活區(qū)的內裝板、地板、家具和設備提前完整安裝，避免生活區(qū)與機艙接口的補漆工作。

生活區(qū)作為上層建筑，不直接參與船體梁的總縱強度校核，其結構強度較弱。為提高結構的可靠性，F(xiàn)PSO生活區(qū)的設計流程如下：

1) 規(guī)范計算。按ABS船規(guī)[3]對構件進行初步試算，確定板厚和型材規(guī)格。

2) 站位分析。在設計環(huán)境和操作環(huán)境下，分別對風壓和波浪引起的加速度進行合成，同時進行屈服強度分析計算。對于高應力區(qū)域的板，再次進行屈曲校核。該項目生活區(qū)最大應力位于底座的4個角隅處，應力值約為84 MPa，結構強度滿足要求。整體計算模型和應力最大位置分別見圖1和圖2。

圖1 整體計算模型

圖2 應力最大位置

3) 吊裝分析。該生活區(qū)外形尺寸為42.0 m×21.5 m×21.8 m，吊裝重量為2 470 t。地面分段中心距離船首51 m，船上安裝高度為105 m。起重船的主鉤額定起重量為2 600 t,抬升安裝高度極限為135 m，可滿足使用要求。在所有吊點鋼絲繩索具末端約束x、y和z等3 個方向的位移，采用桿單元模擬鋼絲繩索具的目的是計算鋼絲繩的拉力，同時計算浮吊各鉤頭實際分擔的載荷，防止單個鉤頭過載。根據GL Noble Denton 的吊裝流程操作指南相關要求，采用工作應力法[4]設計，極限狀態(tài)衡準系數取0.75，吊耳結構載荷系數為1.67，吊點支撐結構載荷系數為1.48，其他結構載荷系數取1.29，計算結果表明整個生活區(qū)滿足強度要求。實船吊裝場景見圖3。

圖3 實船吊裝場景

2.3 噪聲控制

噪聲是評判生活環(huán)境舒適度的重要指標，從IMO-A468標準到NORSOK S-002標準，噪聲級控制越來越嚴格。降低噪聲最有效的方法是從源頭抑制。生活區(qū)噪聲的來源主要有空調通風系統(tǒng)(管路和風口)的噪聲和機艙設備振動的噪聲傳遞2類，其中空調通風系統(tǒng)為生活區(qū)的主要噪聲源，該項目規(guī)格書要求噪聲標準滿足IMO-A468決議(見表3)的要求。

表3 IMO-A468決議

由表3可知，控制室允許的噪聲值相對寬松，因此一般將噪聲值較大的空調機設在此處，加裝具有吸引棉/孔的風機盒，通過吸聲法從源頭降低噪聲。此外，為減少結構噪聲的傳遞，增設生活區(qū)過渡層，增大生活區(qū)與噪聲源之間的距離。一般情況下，生活區(qū)的地面可通過鋪設浮動地板，吸收通過鋼甲板傳遞的噪聲和振動。更有效的措施是為設備安裝減振裝置，通過在設備與風管之間增加軟連接,阻斷噪聲傳播的連續(xù)性，從而達到降噪的目的。風機盤管特殊定制[5]，在制作風機盤管時對風機進行降噪處理，提供低噪聲風機盤管。針對醫(yī)務室等要求較高的處所，在選擇風機盤管時可降檔考慮，有效降低噪聲。

2.4 逃生布置相關要求

1) 逃生通道：按照SOLAS公約的要求，生活區(qū)每層甲板至少設計2條互相遠離的由梯道或通往開敞甲板的門或兩者組合構成的脫險通道。本文所述目標船生活區(qū)前壁貼近油氣處理模塊，通過在艏部橫艙壁前設置消防控制室，將危險區(qū)域與安全區(qū)域分隔，保證通道的安全性。生活區(qū)內每層甲板布置一條橫向貫穿到兩舷側的走廊并延伸到室外的逃生梯道，同時向艉部集合登乘區(qū)索引(見圖4)。甲板與甲板之間(內/外)用樓梯實現(xiàn)上下立體連接，通道寬度為1 200 mm，在豎直方向上保證最小高度2 200 mm無遮擋。

圖4 生活區(qū)內逃生通道布置

2) 第一集合區(qū)：餐廳(位于頂甲板上)在緊急時刻作為第一集合區(qū)，每人占有0.8～1.0 m2的凈地板面積，滿足逃生集結區(qū)面積的要求。

3) 臨時避難所：控制室(位于A甲板上)在緊急時刻作為臨時避難所，每人占有0.56 m2的凈地板面積，臨時避難所規(guī)范要求必須采取一定的措施保證與外界隔離，設有采用防火風閘隔離的獨立通風系統(tǒng)；能維持60 min的耐火完整性，盡量靠近救生艇布置。

4) 第二集合區(qū)：該區(qū)位于A甲板上的救生艇登船區(qū)，每人至少占有0.35 m2的凈地板面積。該區(qū)不被其他設施或設備占用，配有應急通信、報警和應警照明設備[6]。必須配備滿足全員需求的救生艇和救生筏。為滿足要求，該項目兩側延伸平臺總面積達到350 m2，在甲板上標識出集合點，每舷分別設置2個定額80人的救生艇和7個定額25人的救生筏，配置2個救生筏吊。兩側各1艘救助艇。

5) 直升機平臺：設置2條逃生通道，一條與主甲板連接，另一條通過連接步橋與生活區(qū)E甲板連接(用作醫(yī)療緊急撤離通道，寬度為2.1 m，可供擔架順利通行)。圖5為直升機平臺通道布置示意。

圖5 直升機平臺通道布置示意

3 結 論

通過預先對周期和成本進行評估，船廠放棄了對原船老舊結構的修改方案，采用整體新制設計理念，將生活區(qū)模塊化設計與建造技術運用到FPSO改裝項目中，成功完成了對生活區(qū)的設計和建造。通過成本核算和實際運營，證明了生活區(qū)整體新制方案完全適應FPSO改裝項目。

通過對生活區(qū)的布置、結構可靠性設計、噪聲控制和逃生區(qū)域布置進行優(yōu)化設計，提高了生活區(qū)的舒適度和安全性。本文的設計思路可為其他類型船舶和FPSO的生活區(qū)設計提供參考。