油輪 “鉆石”的FPSO改裝設(shè)計

肖志勇

(大連中遠船務(wù)工程有限公司，遼寧 大連 116113)

FPSO(Floating Production Storage and Offloading)是海上浮式生產(chǎn)儲卸油裝置，它是海洋石油開采的重要裝備。20世紀90年代以前，大部分FPSO由舊油輪改裝而成。21世紀初以來，興起了新建大型FPSO的世界潮流，但舊油輪改裝仍是FPSO的重要來源之一。對于開采期短的油田 (壽命在20年之內(nèi))，選擇合適的、便宜的舊油輪改裝成FPSO仍是一種經(jīng)濟可取的方案。本文以油輪“鉆石”為例，介紹FPSO的改裝設(shè)計。

1 目標油輪的選取

選擇合適的舊油輪是FPSO改裝設(shè)計的基礎(chǔ)。首先要根據(jù)油田的日產(chǎn)量、油田的海況和運輸油輪的載重量來確定舊油輪噸位大小，如采用內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點系泊系統(tǒng)，在考慮舊油輪噸位時，應(yīng)適當加大舊油輪噸位，以備扣除艙容去安裝內(nèi)轉(zhuǎn)塔的系泊裝置。再根據(jù)各方面的資料查取幾艘比較合適的油輪，然后組織考察、查看詳細資料、進行價格對比分析之后，根據(jù)船齡、船況、設(shè)備狀況和價格等各方面因素綜合考慮，選擇一艘舊油輪作為改裝的目標油輪。目標油輪是FPSO改裝方案的重要基礎(chǔ)，舊油輪改裝方案論證時，方案的可行與否主要視其與新建FPSO的經(jīng)濟性對比。

改裝FPSO的用戶是巴西石油公司，工作海域為巴西GUARA油田，使用壽命20年 (其間無需進塢檢修)。最終選擇“鉆石”輪 (RADIANT JEWEL)作為目標油輪。 “鉆石”輪的主要參數(shù)為:船長332 m，船寬58m，船高31 m，吃水22 m，載重量30萬t，1992年建造，ABS船級。

目標油輪確定為“鉆石”輪后，必須要獲得“鉆石”輪盡可能詳細的設(shè)計資料。獲得的“鉆石”輪設(shè)計資料主要有:初始的設(shè)計完工圖紙資料;運營過程中的記錄及塢修、改造等圖紙資料;總布置圖;基本結(jié)構(gòu)圖;裝載手冊;艙容表;主要機電設(shè)備參數(shù)等等。

對“鉆石”輪改裝設(shè)計之前，首先聘請有資質(zhì)的專業(yè)檢測公司對油輪的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管系、電纜等進行全面的檢測，并提供詳細的檢測記錄和檢測報告 (包括結(jié)構(gòu)的測厚報告、結(jié)構(gòu)探傷記錄、管系的腐蝕情況、電纜絕緣測試報告等)。這些檢測報告是改裝設(shè)計的重要依據(jù)，直接影響改裝工程的工作范圍。

2 上層模塊的設(shè)計

在舊油輪改裝方案中，F(xiàn)PSO的船舶部分改裝設(shè)計，需要根據(jù)上部油氣處理模塊的要求而定。與新建FPSO一樣，改裝FPSO也需要設(shè)計上層模塊，設(shè)計油、氣、水處理工藝系統(tǒng)。上層模塊是一座海上的化工廠，將采自海底的原油，進行初級的油、氣、水分離處理，并將分離后的石油儲存在貨油艙里。“鉆石”輪共設(shè)計有19個功能模塊，7個舯部管廊模塊 (模塊間的連接管系)。

3 總體設(shè)計

1)重新設(shè)計繪制FPSO的總布置圖，校核原有的靜水力曲線、穩(wěn)性橫截曲線和艙容曲線等，計算FPSO的完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性。

2)計算FPSO的質(zhì)量質(zhì)心，根據(jù)新增的質(zhì)量，確定FPSO的儲油量與載重量。按FPSO功能要求，調(diào)整部分儲油艙和壓載艙，延長船體壽命。

3)編制傾斜試驗大綱和裝載手冊。

4 結(jié)構(gòu)的改裝設(shè)計

1)根據(jù)原有的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙和結(jié)構(gòu)檢測提供的鋼板測厚報告以及結(jié)構(gòu)探傷報告，建立船體結(jié)構(gòu)模型，校核船體總強度、船體疲勞壽命和局部強度，確定船體換板、補強、修復(fù)的范圍和方案。“鉆石”輪維修部分的換板量為2000t左右，其中:橫艙壁、縱壁約為600t，主甲板約為600t左右，外底板約為800t。

2)根據(jù)FPSO甲板上層模塊的要求，設(shè)計新增加的船體結(jié)構(gòu)，如新增的艙壁、艙段、系泊圍井，系泊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等。 “鉆石”輪全船新增約8000t左右鋼結(jié)構(gòu)。主要包括以下結(jié)構(gòu):直升機平臺、火炬塔、模塊底座、止鏈器平臺、導(dǎo)鏈輪底座、海水提升泵底座、艏艉卸貨平臺、吸入口上下支撐座、甲板吊車底座、壓載艙和干隔艙新加艙壁、生活區(qū)新加艙壁。

3)“鉆石”輪共有26個上層模塊，需在主甲板設(shè)計上層模塊的支撐結(jié)構(gòu)，主甲板下有相應(yīng)的下加強結(jié)構(gòu)。在Fr107肋位，左舷距船舯12.5m處的主甲板上，設(shè)計50m高的火炬塔，無法利用的天然氣在該塔燃燒。在Fr0肋位，左舷距船舯15m處的主甲板上，設(shè)計12.5m高的直升機平臺結(jié)構(gòu)，供直升機起降。

4)局部加強結(jié)構(gòu)的設(shè)計，如甲板吊機、模塊甲板支腿、火炬塔、外輸裝置等處甲板結(jié)構(gòu)的局部加強，新增大型及旋轉(zhuǎn)設(shè)備的基座設(shè)計等。

5 輪機和管系的改裝設(shè)計

1)確定舊油輪原有系統(tǒng)的設(shè)備中哪些要拆除、更換、修理，并確定實施方案，提出采辦清單和提供修改設(shè)計圖?！般@石”輪改裝后需自航到巴西GUARA油田，應(yīng)保留槳、舵、主機以及相應(yīng)的管系。“鉆石”輪修理后繼續(xù)使用的設(shè)備還包括:甲板錨機、舷梯、洗艙機、泵艙貨油泵、泵艙掃艙泵等等。 “鉆石”輪拆除的設(shè)備主要有:甲板吊車、生活區(qū)HVAC設(shè)備、生活區(qū)冷庫設(shè)備、機艙空壓機、機艙造水機、機艙空氣瓶、泵艙壓載泵等等。根據(jù)管系的腐蝕檢測報告，確定管系更換、拆除方案，提供廢舊管線拆除圖紙。“鉆石”輪共計翻新舊管400根左右，拆除舊管1800根左右。

2)甲板及大艙區(qū)域主要的輪機和管系設(shè)計。甲板新增的設(shè)備主要包括:艏艉輸送貨油設(shè)備、系泊絞機、吊車、海水提升泵、甲板鍋爐、貨油流量計等等。按照規(guī)范的要求，重新設(shè)計FPSO的消防系統(tǒng)， “鉆石”輪甲板環(huán)形消防總管的管徑為DN450，設(shè)置2臺消防泵，一用一備，分別位于機艙和艏部消防泵間，設(shè)計壓力:0.85MPa(8.5 bar)，流量:1850m3/h。

貨油注入、駁運及外輸系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)管系的腐蝕檢測報告，貨油艙和泵艙內(nèi)的貨油管予以保留，甲板管系拆除，甲板上重新布置貨油管系。在左舷距船舯10m的Fr62～Fr65肋位處，布置新的貨油流量計。新的DN750貨油輸送管，連接艏艉的貨油輸送設(shè)備和泵艙的貨油泵。惰氣系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)管系的腐蝕檢測報告，甲板上的惰氣管全部保留，新增去惰氣透氣塔的惰氣管，因為上層模塊屬于危險區(qū)域，所以惰氣透氣管的高度 (32 m)必須高于上層模塊的最頂端，惰氣透氣塔設(shè)計在右舷距船舯15m的Fr111肋位處。洗艙系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)管系的腐蝕檢測報告，甲板上的洗艙管全部保留，與模塊底座相碰的洗艙支管進行局部修改。

3)機艙區(qū)域主要的輪機和管系設(shè)計。槳、舵、主機以及相應(yīng)的管系全部保留，到達作業(yè)海域后，槳、舵、主機全部停用。生活污水處理系統(tǒng)、燃油凈化系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、生活區(qū)冷熱供水系統(tǒng)、燃油注入駁運系統(tǒng)全部拆除舊管和舊設(shè)備，根據(jù)改裝后FPSO的要求，布置新管和新設(shè)備。其余管子系統(tǒng)根據(jù)FPSO的要求，進行相應(yīng)的修改。

4)生活區(qū)管系設(shè)計。改裝后的FPSO生活區(qū)定員由30人改為130人，生活區(qū)的冷熱水管、黑水管、灰水管、空調(diào)冷凝管、冷庫冷凝管全部拆除，布置新管。

6 外舾裝的改裝設(shè)計

1)“鉆石”輪在作業(yè)海域連續(xù)工作20年 (其間無需進塢檢修)，油漆、犧牲陽極及外加電流保護裝置需要重新設(shè)計，使FPSO達到相應(yīng)的腐蝕年限要求。排舷外管和海底箱部位，要在外板上焊接相應(yīng)的圍板結(jié)構(gòu)，以便在應(yīng)急的時候，可以用密封蓋或密封塞，將排舷外管或海底箱塞住，避免船內(nèi)進水。

2)“鉆石”輪原甲板吊車拆除，新增2臺15 t的吊車，位于右舷舷側(cè)的Fr83和Fr102肋位。吊車附近的舷側(cè)外板上設(shè)置避碰墊，方便船舶停靠。按照改裝后FPSO的定員，重新設(shè)計救生系統(tǒng)。

3)立管系統(tǒng)的設(shè)計。立管是FPSO與海底的輸油管連接的裝置。“鉆石”輪的立管系統(tǒng)設(shè)計在左舷舷側(cè)Fr70～Fr97肋位處，可同時與48根海底管路相連接。

4)系泊系統(tǒng)的設(shè)計。“鉆石”輪到達作業(yè)海域后，采用4點系泊定位的方式，每1點有6根錨鏈沉入海底，4個系泊點分別位于艏部左舷的Fr107～Fr110肋位，艏部右舷的Fr107～Fr110肋位，艉部左舷的 Fr61～Fr64肋位，艉部右舷的Fr61～Fr64肋位。

7 生活區(qū)的改裝設(shè)計

1)“鉆石”輪改裝前的定員是30人，改裝后的定員是130人。生活區(qū)要擴容改造，主甲板、A甲板、B甲板需要向艉部延伸，新增的房間用來容納新增的定員。按照FPSO的要求，重新設(shè)計艙壁、地板和天花板的保溫與絕緣。

2)按照130人定員的要求，重新設(shè)計廚房和餐廳，廚房和餐廳布置在主甲板上，生活區(qū)的下層結(jié)構(gòu)向艉部延伸后，廚房和餐廳面積相應(yīng)加大，換新設(shè)備，使其符合新定員人數(shù)的要求。

3)按照130人定員的要求，重新設(shè)計冷庫冷藏系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)。

8 電氣的改裝設(shè)計

1)確定原有電氣設(shè)備、電纜的可用性，提出電氣系統(tǒng)的改造工作范圍，提供需更換的電氣設(shè)備、電纜的采辦規(guī)格書及設(shè)計圖紙。“鉆石”輪全船約敷設(shè)30萬m電纜。

2)根據(jù)FPSO用電的需要，進行全船主電站的選型及安裝設(shè)計，重新設(shè)計FPSO的配電系統(tǒng)，重新設(shè)計應(yīng)急電站及應(yīng)急配電系統(tǒng)。6S模塊是“鉆石”輪的主電站，E－h(huán)ouse模塊是其配電系統(tǒng)。

3)按照FPSO的要求，重新設(shè)計內(nèi)部通信系統(tǒng)、PA/GA系統(tǒng)、衛(wèi)星電視天線接收系統(tǒng)。

4)按照FPSO的要求，重新設(shè)計中控系統(tǒng)，煙火、氣體探測系統(tǒng)，風(fēng)速風(fēng)向儀及無線傳真系統(tǒng)等等。

9 總結(jié)

油輪的FPSO改裝設(shè)計，涉及到各個專業(yè)的很多內(nèi)容。本文僅以“鉆石”輪為例，簡要介紹了FPSO改裝設(shè)計的主要內(nèi)容。