海洋石油111FPSO船體結構維修改造設計

徐業峻，嚴 明，金向東，陳忠亭

(中海油能源發展股份有限公司采油服務公司 天津300457)

0 引 言

海洋石油111FPSO船體由708所于2001年設計完成，由外高橋船廠建造，2003年在番禺油田投產。為確認船體結構狀態，曾在 2012年進行船體狀態評估(CAP)，所得測厚報告表明，該船結構當時狀態良好；但 BV分析報告表明貨油艙局部熱點疲勞，壽命有限。根據設計規格書 FPSO須 10年進塢；此外，近期船級社巡檢發現壓載艙、船外板等局部嚴重腐蝕，油漆脫落或起泡，已不能有效發揮保護作用。鑒于前次狀態評估后，海洋石油111又繼續在海上服役 3年，超出油漆涂裝保護時間，鋼板可能加速腐蝕，船體結構強度可能存在不足或失穩等隱患，需要進行大面積維修或更換。海洋石油111原設計壽命為20年，現預計2018年塢修之后可再使用10年，故需要對船體結構進行復核，對局部進行設計加強，以保障油田正常安全生產。

1 海洋石油111FPSO基本情況

海洋石油111 FPSO為載重量15萬噸級的浮式生產儲卸油裝置(FPSO)，現作業于南海番禺 4-2/5-1油田。海洋石油111 FPSO能承受百年一遇的海上風暴，臺風不解脫(圖1、圖2)。

圖1 海洋石油111 FPSOFig.1 HYSY 111 FPSO

船體為單甲板、單底雙舷側結構，無推進動力，采用內轉塔式單點系泊定位，串靠尾輸。上甲板由尾至首依次布置：外輸區、生活區和直升機甲板、堆場、主電站、熱站、油氣處理模塊、單點系統、火炬塔。艙內由尾至首依次布置：尾尖艙、機艙、泵艙、生產工藝艙、貨油艙和邊壓載艙、單點艙、首尖艙。

海洋石油111 FPSO主要技術參數如下：

圖2 海洋石油111FPSO總布置圖Fig.2 General layout of HYSY 111 FPSO

2 船體結構現狀

船級社巡檢發現被檢艙室的主體結構完整，形態正常，但壓載艙、船外板等局部嚴重腐蝕(圖3)，左舷銹包約40%，右舷約35%，另有局部銹蝕約15%。銹包內已腐蝕嚴重(主要是坑蝕)，會造成腐蝕面積越來越大，鋼板越來越薄，甚至穿孔。油漆脫落或起泡，不能有效起到防腐作用，BV和CCS船檢發現現場油漆整體狀態差，艙頂部有油漆起泡現象，尤其在第二和第三平臺之間，油漆局部破損嚴重，甚至脫落，不能有效起到防腐作用。雖然按照船級社要求，進行油漆修補，但受制于作業條件，只能局部修補，且質量不能保障，不能有效解決問題。

據現場情況，選取了右舷第三壓載艙進艙調研。底部至 5710mm平臺、5710mm平臺至 10810mm平臺整體腐蝕情況較之上兩層(即10810mm平臺至17810mm 平臺、17810mm 平臺至主甲板)好一些，內殼縱艙壁較船體外板腐蝕情況略好一些。配合前期開展的艙內測厚工作表明，艙內10810mm平臺至17810mm 平臺區域，已進行了除銹和補漆，現場目視情況較其他層略好。因壓載艙作業需要，反復壓載和排載，上部兩個區域長期處于水氣界面，同時緊鄰貨油艙海水被加熱，共同導致上部兩個區域的環境條件較下部更為惡劣，所表現出的腐蝕情況也比下部更為嚴重。

另外，大分段合攏處，縱骨穿過橫向強框或艙壁處以及縱骨肘板趾端，結構腐蝕情況均較為嚴重(圖4)。上述區域，屬于應力集中的疲勞敏感區域，交變應力反復作用易對油漆保護從里向外造成破壞。因此，在進塢后需對類似區域進行打磨除銹、除漆和探傷，確定是否結構出現疲勞裂紋，再根據具體情況確定結構修復或更換方案。

圖3 壓載艙內平臺腐蝕穿孔Fig.3 Corrosion perforation of platforms in ballast tanks

圖4 船體合攏縫腐蝕Fig.4 Corrosion of closing seams of hull

3 船體結構維修改造

3.1 結構腐蝕超標

依據BV船級社《Rules for the Classification of Offshore Units》、中國船級社《海上浮式裝置入級規范》對腐蝕極限的要求和設計，結合原始板厚和現有的勘驗測厚數據，對腐蝕超標的結構或板進行更換或維修。當兩個船級社規范要求有差異時，按高級別規定執行。

針對結構腐蝕，根據船級社特檢要求，對 6個壓載艙和 1個首尖艙結構測厚，測量點數為 3096個，基于實際測厚數據，依照 BV相關規范，判定不合格點數為 1257個，不合格率達 40.6%，結構局部減薄最大達90%，見表1。

表1 測量統計分析表Tab.1 Statistical table for measurement

3.2 結構加強

根據油田排產計劃，海洋石油111需要繼續服役10年，根據 10年可靠性分析報告所述的相應情況，對主船體主要貨油艙和壓載艙結構進行替換或相應加強。因為近年來規范體系日漸完善，對結構設計的要求越來越高。現有規范對總體強度的設計要求增加了直接預報的分析要求，對結構橫向強度和局部強度的設計要求大為提高，以及對結構熱點疲勞分析的要求的變化，導致對于開孔周圍、趾端等高應力及疲勞敏感位置的結構設計要求更高，因此可能產生大量結構改造內容(表2)。

表2 結構分析及校核目標對照表Tab.2 Structure analysis and target comparison

自2001年以來，BV海洋工程規范相關FPSO的部分不斷更新。針對船體結構方面，BV規范中的極限強度、疲勞、曲屈、水動力載荷方面有所改變(表3)，相應提高了要求以及可靠性。

基于BV的2016年FPSO新規范，BV對船體包括單點艙進行強度和疲勞分析，見圖5，由于新規范提高安全系數，評估結果和計算分析結果表明，船體油艙、單點艙均有結構局部強度不滿足規范要求的情況，如在 Fr.129～Fr.137之間的縱艙壁板、水平桁的肘板端及水平桁的開孔邊緣、墻壁支墩、單點艙的主甲板開口邊緣等區域。大部分的甲板縱骨、底部縱骨、外板縱骨、縱骨與橫艙壁相交處的疲勞不滿足規范要求，見表4。

表3 BV海洋規范變化表Tab.3 Table of changes in BV code

表4 船體縱骨疲勞統計表Tab.4 Statistics on fatigue of longitudinal hull

圖5 船體建模Fig.5 Hull modeling

4 船體結構材料

綜合測厚及現場勘驗、建模、屈服、屈曲、疲勞、總縱強度、極限強度的計算結果，依據船級社規范，確定了FPSO結構塢修物量，并統計了結構更換量為2118t(含 4%預留量)，其中依據勘驗及測厚數據直接確定更換量為1296t，依據建模計算結果確定更換量為822t。船體結構材料主要是經過BV認證的A、D和E級鋼：32AH、32DH和32EH高強度鋼。

5 結 論

結構維修是塢修工作的重中之重，本文就海洋石油 111FPSO結構塢修進行詳細分析和估算，以船級社規范標準為基準，結合船體結構現狀，從結構腐蝕超標和結構加強兩個方面來估算結構塢修量，為工程計劃及造價提供基礎，同時也為后續的FPSO維修工程提供借鑒和幫助。