大型FPSO浮托裝船總體設計研究

趙強

摘 要：大型FPSO干拖運輸相對于濕拖運輸，具有拖航速度快，航行穩定的特點，且能保護FPSO船體免受波浪拍擊。浮托裝船是大型FPSO干拖運輸過程中的關鍵一步，對其總體設計進行研究分析，對大型FPSO浮托裝船工程設計有一定的參考價值。

關鍵詞：大型FPSO 浮托裝船 總體設計 半潛船

1.引言

FPSO（Floating Production Storage and Offloading）即浮式生產儲油輪，一般不具備航行動力，需依靠運輸船或拖輪拖至指定海域，運輸船一般為半潛船。

大型FPSO浮托裝船用于大型FPSO 干拖運輸，即將FPSO像貨物一樣裝載到一艘運輸船上，使其在運輸過程完全脫離水面。相比于常規的濕拖運輸，干拖運輸具有拖航速度快，航行安全穩定的特點，并且能保護FPSO船體免受波浪拍擊。但由于FPSO體型巨大，對實施干拖運輸的半潛船要求較高，故干拖運輸的費用要明顯高于濕拖運輸。

在大型FPSO干拖運輸過程中，FPSO的浮托裝船是非常關鍵的一步，同時也是一項高風險的作業，圖1為巴西FPSO P67浮裝到半潛船“先鋒號”上的作業現場。

大型FPSO浮托裝船總體設計主要包括以下幾方面工作：

（1）半潛船選型

（2）海域與環境條件評估

（3）FPSO浮托裝船方案設計

（4）數值模擬與計算分析

（5）附屬結構設計

2.半潛船選型

半潛船選型主要考慮兩點，一是半潛船的性能，能否滿足FPSO干拖運輸要求，二是半潛船的船期能否滿足項目的施工窗口。

FPSO在集成上部模塊后，船體排水量會遠大于空船重量，選擇半潛船時要先充分評估FPSO的干拖重量，并且要考慮一定的富余量，用于增加壓載水和其他附屬設施。

半潛船的尺寸要滿足FPSO裝船要求。一是FPSO濕拖至半潛船上方的路徑上無障礙物，且FPSO與半潛船浮箱或其他結構要留有一定間隙。二是FPSO的船底要盡量全部落在半潛船的主甲板上，半潛船主甲板上還要有一定空間對FPSO進行裝船固定，FPSO總長可略大于半潛船船長。三是半潛船的下潛深度要滿足裝船要求，半潛船下潛后主甲板要與FPSO船底留有足夠的間隙。

3.海域與環境條件評估

FPSO浮托裝船作業一般選擇在FPSO集成碼頭附近的開闊水域，水深要大于半潛船下潛后的最大吃水。

項目組可通過FPSO浮托裝船初步分析和以往經驗，確定浮托裝船作業對浪高、風速、流速等海況的要求。一般來說，大型FPSO浮托裝船對海況要求很高，項目組需細化施工步驟，準確評估作業時長，然后根據天氣預報，擇機進行浮托裝船作業。

4.FPSO浮托裝船方案設計

FPSO浮托裝船是一個精確就位的過程，其主要包含以下幾步：

（1）半潛船上布置枕木、導向裝置、防撞墊等必要結構物或設施

（2）半潛船拋錨就位

（3）半潛船壓載下沉到指定吃水

（4）拖輪將FPSO拖到半潛船上方指定位置，

（5）半潛船排載上升到指定吃水，FPSO完全脫離水面

（6）FPSO裝船固定

FPSO浮托裝船初步方案確定后，要校核FPSO與半潛船的結構干涉。一是在FPSO浮托裝船的進船路徑上，半潛船上沒有障礙物，且FPSO左右舷與半潛船要留有一定的安全距離，二是FPSO船底下方一般會有扶手、海底門等結構，半潛船上枕木布置一定要避開這些結構，FPSO船底下方超出枕木高度的突出物要提前拆掉。因而，對FPSO和半潛船的現場調查是非常必要的，確認兩船現況是否與完工圖紙一致，后期是否因改造等原因而有新的突出結構。

FPSO和半潛船的定位和運動控制是浮托裝船的關鍵。半潛船主要通過拋錨的方式控制其運動。FPSO一般會配一個主拖輪和若干個定位拖輪，同時半潛船上也會布置若干絞車，并通過鎖具連接到FPSO，幫助FPSO調整方向和最終定位。

這樣，FPSO浮托裝船相應的圖紙是必不可少的，包括拖輪布置圖、鎖具及設備布置圖、浮托裝船步驟圖、枕木布置圖、裝船固定圖、系泊布置圖等。

5.數值模擬與計算分析

FPSO浮托裝船數值模擬需要先建立半潛船與FPSO水動力模型和結構模型，然后根據不同的設計工況，輸入相應環境參數，調整分析模型，分析項目主要包括：

其一，調載分析，半潛船下潛和上浮的每一步都要進行調載分析，確定每個艙壓載水的增減量，半潛船調載泵的能力同樣需要校核，因為調載速度直接關乎整個浮托作業能否在規定的天氣窗口按時完成。

其二，穩性分析，半潛船和FPSO在浮托裝船期間均需進行完整穩性分析和破艙穩性分析，半潛船調載的每一步都需要穩性分析。

其三，運動分析，半潛船和FPSO在浮托裝船期間，受風浪流的影響，會產生六個自由度方向的運動，其中船體橫搖對浮托作業影響最大。通過船體運動分析，可以得到船體的運動加速度，從而校核兩船之間的導向裝置和防撞墊是否能抵御兩船的相對運動。

其四，船體強度分析，船體強度校核分總縱強度校核和局部強度校核。FPSO浮托裝船期間，要校核半潛船每一步調載過程的總縱強度，FPSO船體與導向裝置接觸位置的局部強度， FPSO船體受拖輪側推位置的局部強度，FPSO船底與枕木接觸位置的局部強度。FPSO浮裝后，要校核半潛船和FPSO的總縱強度， FPSO船體裝船固定位置的局部強度。

其五，系泊分析，根據系泊系統布置圖，建立系泊系統模型，校核系泊纜繩張力、錨機作業能力、拖輪系柱拉力。

6.附屬構件設計

FPSO浮托裝船需要用到一些附屬構件，本文主要介紹下面三種構件，導向裝置、定位裝置和裝船固定結構。

導向裝置一般提前布置在半潛船上，FPSO浮裝作業時，可沿著導向裝置拖拉到半潛船上方。大型FPSO浮托裝船的導向裝置一般是數個均勻布置在半潛船左舷或右舷，FPSO一側通過拖輪的推力使FPSO另一側頂到導向裝置上。

定位裝置一般布置在半潛船的浮箱上，事先在FPSO船體指定位置通過刷漆的方法，做上標記，半潛船浮箱的定位儀器可以根據標記監測FPSO是否拖至最終位置。

裝船固定結構主要目的是避免FPSO與半潛船直接產生相對運動，主要分接觸型和焊接型兩種，接觸型主要限制一個方向的相對運動，焊接型可限制多個方向的相對運動。若FPSO兩端探出半潛船，則只能在FPSO兩側焊接裝船固定結構來限制FPSO縱向運動。

7.結束語

本文所述的由半潛船選型、海域與環境條件評估、FPSO浮托裝船方案設計、數值模擬與計算分析、附屬結構設計組成的FPSO浮托裝船的設計方法已在實際項目中得到應用。隨著技術發展和海洋的進一步開發，浮托裝船的方法會不斷完善和提高，并廣泛應用到各類浮式海上結構。

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