一種新型原油輸送裝置的應用模式

王 丹， 吳承恩， 蔡 靈， 金允龍

(1. 上海船舶運輸科學研究所 航運技術與安全國家重點實驗室， 上海 200135;2. 南通中遠船務工程有限公司， 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作為浮式生產儲油卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)的重要組成部分，造價遠高于同等噸位的常規油船，其載重量多在8萬～15萬t，而常規油船的載重量可達30萬～40萬t。對于西非目前采用的CALM卸油模式，當水深達到一定程度之后，CALM的建造和安裝成本急劇上升。因此，如何在大規模、遠距離的深海油氣資源開發和運輸中充分發揮常規油船數量多、造價低、載重量大和運輸成本低的優勢，使現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輸作業，成為國際原油輸送裝備技術的客觀需求和潛在發展方向。深水動力定位原油輸送裝置CTV (Cargo Transfer Vessel)是順應這一發展的產物。

1 CTV應用模式的特點

CTV的應用模式是將FPSO上的原油通過CTV過駁，通過CTV與常規油船柔性連接的輸油系統實現卸油。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。該裝置能適應現有深海油田FPSO和常規油船的工作水深和作業環境，與傳統的“FPSO+DPST”模式相比，具有原油輸送裝載量大、成本低、作業風險小、節能環保和適應性強等特點。與CALM作業模式相比，該裝置的最大優勢是1艘CTV能為多個FPSO服務，且成本較低。

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

2 CTV應用模式與其他典型應用模式的比較

1) 在DPST模式中：當原油需長距離運輸時，例如從巴西到中國，會選擇一個中轉點(油庫或錨地)倒油，將原油從DPST轉到常規油船上，由常規油船運輸到目的地；當原油只是短距離運輸時，例如從巴西到美國，沒有轉駁倒油的過程，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，不能隨機移動；常規油船通過單點系泊與CALM連接，通過油管卸油，不管是長距離運輸還是短距離運輸，卸油模式不變(見圖3)。

3) CTV不具備儲油功能，但能航行，能調配到鄰近的FPSO所在位置或其他海域作業，具有強大的動力定位能力，與FPSO之間無纜繩連接，與常規油船之間采用單點系泊，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)等常規油船之間實施原油轉駁外輸的中間載體平臺，CTV不僅需具有抵御惡劣風浪干擾的能力，更需具有VLCC等常規油船牽引控位下的動態定位能力。為保證CTV能有效作業，當一組定位系統邏輯損壞時，船舶仍可實現動力定位，CTV至少需滿足DP2的要求。CTV艏部設置有2個全回轉伸縮推進器，與艉部的2個推進器配合使用。

當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，在不使用拖船達到這一目的時，油船與CTV之間需系泊，利用油船的單點系泊裝置來實現，CTV上配置相應的系固點。根據OCIMF的建議，15萬t以上的油船需配備2套單點系泊裝置，其中1套備用；CTV為適應這些系泊要求，也需配備2套系固點，其中1套配用，其安全工作負荷應與相應的油船相當。

CTV的最終目的是實現深海原油過駁，搭載有原油裝載系統和原油外輸系統。

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

2) 原油外輸系統通過CTV將FPSO的原油輸送到油船上，在設計上借鑒FPSO的原油外輸系統——艉輸。原油輸送軟管的提升和下放設備有相應的絞車和克令吊，布置在適當的位置處。

CTV的電站功率比較大，采用的是直流電站；直流配電系統的主機是變速機，根據不同的負載運行在不同的轉速下，可降低燃油消耗率；采用發電機與推進器經過整流器直接相連的方式，能大大降低配電系統的尺寸和重量。為保證失電情況下的緊急供電，CTV配備有大功率的蓄電池，在出現突加負載或全船發電機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急操作要求，從而保證整個電網運行的可靠性和安全性。

此外，在作業時還應考慮海況突變的情況。在較惡劣的海況下，當原油船的相對位置難以控制時，艉輸系統的快速應急關斷(Emergency Shut Down, ESD)閥、應急釋放閥和系泊絞車的應急釋放裝置會形成連鎖保護，對裝置和外輸系統形成安全保護。對CTV的艉輸系統和系泊系統進行集成設計，建立設備信號采集監測系統和控制系統，實現艉輸系統與系泊系統的數據相互交換和控制，通過應急關斷閥實現艉輸系統的應急關斷，通過應急釋放閥實現艉輸軟管與艉輸絞車的切斷，通過大纜絞車釋放機構實現系泊系統的應急釋放，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現。

CTV功能配置主要參數見表1。

4 CTV作業基本操作流程

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

1) 常規油船與CTV的系泊。常規油船的艏部靠近CTV的艉部，用撇纜器將撇纜拋至常規油船上，由常規油船牽引絞車將撇纜上的先導索和前端摩擦鏈拉上常規油船，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將常規油船拖至作業地點。

本文以多中心協同治理理論視角為基礎，提出關于“雙11”電子商務治理的合作框架，并運用該框架解釋各主體間合作過程，推動電子商務供給側結構性改革，從而實現融合發展、互利共贏的合作關系。

表1 CTV功能配置主要參數

2) CTV與FPSO外輸軟管連接。啟動FPSO軟管收放滾筒，由FPSO艉部服務吊機協助，將外輸軟管放到輔助拖船上，拖船將軟管拖到CTV中部，CTV吊機將軟管吊至CTV側裝載系統區，與接油管連接好。

3) CTV與常規油船外輸軟管連接。啟動CTV軟管收放滾筒，由艉部服務吊機協助，將外輸軟管放到輔助拖船上，拖船將軟管拖到常規油船中部，油船吊機將軟管吊至油船集管區，與接油管連接好。

4) 輔助系統啟動。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、計量標定裝置、液壓單元和供電系統等。

5) 外輸啟動。從FPSO開始，通過CTV向常規油船打水沖洗油管，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，FPSO開始向常規油船緩慢輸油，以將油管中的水排至常規油船的污液艙；油管中的水排完之后，打開常規油船儲油艙接口，FPSO啟動外輸泵，逐步增大流量至額定值，開始外輸原油。

6) 外輸結束。當外輸油量達到既定值時，外輸結束，關閉外輸泵，常規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，外泄閥關閉，CTV軟管與常規油船斷開，并將油管中殘余的水排至CTV的污液艙，由拖船協助軟管回收到CTV的卷筒上。常規油船系泊解脫，CTV回收系泊纜索，斷開側裝載接頭，由拖船協助軟管回收到FPSO的軟管收放滾筒上。

采用CTV模式作業前的準備工作包括：海上氣象和海況條件的確定；應急預案的確定；外輸系統和設備的檢查；溢油回收裝置的準備和輔助船的就位；油船的應急解脫程序和緊急停運計劃的制訂等。

5 CTV作業條件和范圍

在CTV牽引常規油船卸油這種應用模式下，常規油船采用單點系泊，在給定的環境下會有一個平衡位置，在平衡位置附近擺動。以CTV的系泊點為轉點，調整CTV的艏向，使其與常規油船平衡位置的艏向相同。常規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境載荷。

CTV與FPSO之間帶有2根大纜，當浮體在波浪中運動時，2根大纜受力并不均勻，在常規油船的偏蕩下，總是一根大纜松弛，另一根大纜張緊，大纜的破斷負荷為600 t。參考法國船級社(Bureau Veritas, BV)系泊規范，若纜繩作業時的安全系數取1.7，則張緊的大纜在作業時的安全工作負荷取350 t左右，與OCIMF中對VLCC單點系泊裝置的安全工作負荷要求一致，即作業過程中應保證大纜的張力≤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，當CTV牽引VLCC作業時，通過數值仿真和模型試驗驗證，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到339 t，此時整個作業系統是安全的。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，以減小VLCC的受力和偏蕩范圍。整個系統能作業的環境條件為7級風、2 kn流、4 m有義波高。在該海況下， CTV與FPSO之間的安全作業距離為100 m，CTV與VLCC之間的安全作業距離為150 m。CTV具有機動性和跟隨功能，在一個安全的扇形作業帶范圍內，通過調整艏向角和位置，能有效控制3個浮體之間的安全作業距離，實現深海原油過駁。CTV扇形安全作業帶范圍示意見圖4。

中遠海運重工在巴西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”的首制船已準備交船(見圖5)。

圖4 CTV扇形安全作業帶范圍示意

圖5 CTV實船

6 結 語

在CTV卸油模式下，常規油船無需任何改造便可投入使用；相比常規油船，DPST的造價和維護成本較高。在長距離運輸時，采用DPST模式成本較高；而采用CTV模式既可節約中轉存儲費(或錨地過駁費)，又能節約時間成本。在短距離運輸時，采用CTV模式的成本與采用DPST模式的成本基本相當。在CALM模式下，中轉駁裝置的深水安裝成本較高，且存在技術壟斷，CTV的出現填補了長距離原油低成本運輸的空白。CTV具有以下優勢：

1) 通過動力定位實現與FPSO的動態跟隨，不存在系泊或其他方式的連接，其強大的裝機功率可牽引VLCC進行原油轉駁；

2) 具有靈活的機動性，可實現惡劣海況下的原油轉駁，可依據石油公司的計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的作業范圍和作業條件，降低原油的裝載成本。