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

隨著人類對油氣資源的不斷開發(fā)，F(xiàn)PSO（浮式生產(chǎn)儲卸油裝置）憑借自身的獨特優(yōu)勢逐漸成為海上油氣田開發(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)的設備因浸泡在水中而導致的故障失效，因此針對艙底水系統(tǒng)的研究對FPSO的安全運營具有十分重要的意義。

1 艙底水的來源與危害

FPSO長期系泊于海上，進行油氣處理、原油儲存及外輸?shù)茸鳂I(yè)，其艙底水主要來源于船體內(nèi)設備與管路的正常放泄和漏泄積水、水密和風雨密裝置的失效漏水、管路或臨海水密艙壁失效浸水、破艙進水等[1]。艙底積水如不能及時有效地排出，會對FPSO產(chǎn)生諸多不利影響：1）艙底污水對船體有腐蝕作用；2）機艙、泵艙等機器處所積水過多，會影響人員操作，還可能導致機電設備受潮或浸水損壞；3）嚴重的艙底積水甚至會影響FPSO的浮力和穩(wěn)性。因此，在FPSO設計中，要求艙底水系統(tǒng)不僅對水密艙室內(nèi)生成的艙底水能有效地排除（機器處所的含油艙底水需經(jīng)分離油分后排放），而且對水密艙室在有限進水情況下也能進行有效地排水[2]。

2 HYSY119 FPSO船型概述

HYSY119是一艘15萬噸級FPSO，其主要用于南海流花16-2深水油田群的開發(fā)，同時入級中國船級社（CCS）和法國船級社（BV）。本船的主要尺度為：總長255.8 m；垂線間長246.25 m；型寬48.9 m；型深26.6 m；設計吃水17.5 m。如圖1所示，HYSY119 FPSO船體主要艙室包括：4個淡水艙、2個艉壓載艙，機艙，隔離空艙，10個貨油艙，10個專用壓載艙，燃油艙，2個污油水艙，2個工藝水艙，3個單點外圍空艙，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，上述艙室中的機艙、隔離空艙、單點外圍空艙和錨鏈艙均應設置艙底水系統(tǒng)，用于抽除艙內(nèi)可能存在的積水。

3 艙底水系統(tǒng)設計

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)，主要用于在破艙進水等應急情況下的排水，在艙底水支管和總管的管徑計算、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足CCS和BV入級規(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機艙內(nèi)設備和管路的滲漏水、泄放水、凝水以及清洗濾器、設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 機艙主艙底水系統(tǒng)設計

如圖2所示，HYSY119 FPSO機艙艙底水系統(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、液位開關(guān)以及相關(guān)閥件等。

圖2 機艙艙底水系統(tǒng)

依據(jù)規(guī)范要求，本船設置兩臺艙底水泵，布置于機艙底部，且均為帶自吸裝置的立式離心泵。在上述的兩臺泵中，其中一臺為總用泵，兼?zhèn)渑摰?、排載和提供雜用海水的功能，該泵接應急電。

在機艙內(nèi)的最底層，沿船舷兩側(cè)設置六個污水井，每個污水井中設有一個艙底水支吸口。同時，在機艙左前方和右后方的兩個污水井內(nèi)，又各設一個連通艙底泵的直通吸口。此外，機艙內(nèi)還設有一個應急艙底水吸口，該吸口接至排載泵，此泵為機艙中排量最大的泵（其排量與艙底泵和總用泵相同）。由于機艙屬于機器處所，故按規(guī)范要求，除去應急吸口外，在每根艙底水支吸管及直通艙底泵吸管上均設置有泥箱。

兩臺艙底水泵（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。在破艙進水等緊急情況下，可通過艙底水泵將機艙內(nèi)的積水排至船舷外。

3.2 機艙日用艙底水系統(tǒng)設計

機艙日用艙底水系統(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)還包括一臺日用艙底泵、濾器以及相關(guān)的管路、閥件等。

參見圖2所示的系統(tǒng)原理，當污水井內(nèi)的水位達到設定的高液位值時，會自動觸發(fā)報警，操作人員接到報警信號后啟動日用艙底泵，將污水井內(nèi)的積水排入艙底水艙。一旦艙底水艙內(nèi)收集的污水達到一定容積，即可通過主艙底水系統(tǒng)的艙底泵將其駁運至污油水艙（SLOP TANK）。由于機艙為非危險區(qū)域，而污油水艙屬于危險區(qū)域，因此在二者間傳輸艙底水的管路上設置了截止止回閥和可拆短管，用于保證非危險區(qū)與危險區(qū)的有效隔離。

本船的污油水艙不僅接收來自機艙的艙底水，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，其指標達到規(guī)定要求后才可排海。

3.3 其它處所的艙底水系統(tǒng)設計

根據(jù)規(guī)范要求，危險區(qū)域艙底水系統(tǒng)的設置應完全獨立于非危險區(qū)域的艙底水系統(tǒng)[1]。對于HYSY119 FPSO，隔離空艙和單點外圍的三個空艙與貨油艙相鄰，屬于危險區(qū)域，故其艙底水系統(tǒng)應與非危險區(qū)域的機艙艙底水系統(tǒng)相互獨立?；谝陨显瓌t，隔離空艙和單點外圍空艙考慮采用艙底水噴射器進行排水。隔離空艙內(nèi)單獨設置一臺艙底水噴射器；單點外圍的三個空艙共用一臺艙底水噴射器。

對位于船艏的錨鏈艙，也專門為其配置了一臺噴射器，用于此處艙底積水的排除。

4 艙底水系統(tǒng)計算

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社規(guī)范要求確定，CCS和BV的計算公式略有不同，但最終計算結(jié)果差異不大，本文僅以BV相關(guān)要求為例進行計算。

4.1 艙底水管徑計算

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應不小于式（1）的計算值，且d1應不小于50 。

式中：L1為各艙室長度，具體見表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)徑應滿足：

式中：d2為艙底水總管內(nèi)徑，mm。

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

表1 艙底水系統(tǒng)管徑計算列表

4.2 艙底泵排量計算

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，每臺艙底泵應保證艙底水總管內(nèi)流速不低于2m/s，如式（3），且泵的能力不小于式（4）的計算值。

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

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

表2 艙底泵能力計算列表

機艙日用艙底泵用于將機艙日常產(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，減少對海洋環(huán)境的污染。本系統(tǒng)已在HYSY119 FPSO上投入使用，運行情況良好，可為今后FPSO艙底水系統(tǒng)設計提供參考。