FPSO塢修必要性分析

(中海油能源發展股份有限公司 采油服務分公司，天津 300452)

隨著油田開采深度和年限的日益增加，很多服役的FPSO已接近或達到設計使用年限，結構腐蝕和設備設施磨損老化，運行狀態欠佳，塢修需求日益增加。目前國內已有10艘FPSO進行過塢修，但由于工程特點不盡相同，未見FPSO塢修系統總結。相關的技術研究[1-3]并未涉及塢修必要性分析。因此，考慮結合已有的FPSO塢修項目經驗、規范及運營管理操作，對FPSO塢修的必要性進行分析和總結。

1 法律法規及規范的影響

1.1 國家相關法規的規定

2010年，國家安全生產監督管理總局印發《浮式生產儲油裝置(FPSO)安全規則》。

《安全規則》的第21章中規定，作業中的浮式裝置應接受年度檢驗、換證檢驗及臨時檢驗。檢驗的目的是保證浮式裝置的結構和設施出于良好的技術狀態。作業中的各種檢驗由發證檢驗機構進行，安全辦公室可隨時進行安全監督檢查。結構、系泊系統、通用設備及管系、電氣裝置、監控系統及其他的檢驗項目應按發證檢驗機構規范規定的內容進行檢驗[4]。塢內檢驗或水下檢驗的要求按發證檢驗機構規范的規定辦理。

1.2 國際海事公約新規

國際海事法規要求，對營運船舶進行追溯性附加要求的設備須進塢進行安裝改造。

如壓載水公約，對于滿足適用要求的FPSO，需按照公約要求加裝壓載水處理裝置。加裝壓載水處理系統涉及壓載設備及壓載管路的改造，通常考慮進塢安裝。

如MARPOL防止空氣污染中有硫排放限定要求，對于適用的FPSO，須使用滿足硫含量的燃料油；或者因為成本原因，根據MARPOL防止空氣污染(Annex VI)第四條的要求，可以安裝等效硫排放的脫硫裝置進行脫硫，以滿足等效的硫排放要求。加裝脫硫塔或其他類似裝置，應考慮進塢改裝。

1.3 各主要船級社對FPSO塢修的規定

通過對CCS、ABS、BV、DNV-GL等各主要船級社對于海上浮式裝置檢驗維修部分規范的研究，總結得出，各家規范要求雖各有特點、略有不同，但總體上有很多共通之處。

根據各主要船級社的規范要求，FPSO的檢驗一般分為年度檢驗，中間檢驗，特別檢驗，底部外部檢驗，鍋爐檢驗，等。

海上浮式裝置每5年期限內要進行至少2次的底部及相關項目檢驗。底部檢驗通常在船塢內進行。對于狀況良好的浮式裝置，塢內檢驗可以用水下檢驗方式替代，水下檢驗代替塢檢需得到船級社認可。

水下檢驗的范圍主要包括船底板、首板、艉框架、舵、海底閥及海水閥箱及其保護裝置、通海件、舷外排出閥、海水旋塞和船體及海底閥的附屬件、推進系統及螺旋槳、側推器部分、單點及臨時系泊系統及連接結構、船體板的涂裝及防腐蝕保護、犧牲陽極鋅塊等。

在年度檢驗、中間檢驗及特別檢驗中，會輔以一定的結構測厚、無損探傷、密性試驗及其他試驗方法。如果檢驗中發現海上浮式裝置結構有損傷、腐蝕，驗船師認為不影響結構安全及運行安全、不需要立即修復的，船級社會在檢驗報告上做記錄。對于水下部分有遺留記錄的，在用水下檢驗代替塢檢時，須向船級社申請，對于水下部分有嚴重腐蝕或者有嚴重損壞影響裝置安全運行的海上浮式裝置，不可以用水下檢驗替代塢內檢驗。

對于影響結構安全或運行安全的損傷，任何與超過許用極限的結構耗蝕有關的損壞或大面積的耗蝕超過許用極限，驗船師認為將影響浮式裝置的結構、水密和風雨密完整性時，均應進行立即徹底修理。對于不能在生產現場或漂浮狀態完成修復的，須進塢檢修。

對于存在可疑區域、壓載艙涂裝狀況一般或較差的FPSO，可疑區域和壓載艙涂裝狀一般或較差的區域，作為船級社年檢必檢項目和測厚項目，一旦發現板材腐蝕損耗超過許用極限，必須做換板處理。建議有疑區域的損耗或涂裝狀況較差壓載艙，提前做換板處理并及時修復涂層，必要時重新涂裝。情況嚴重時，考慮進塢維修。

2 設計因素的影響

2.1 船體結構設計

通常在FPSO設計開發之初，都會根據各方要求及相關規范設定FPSO的船體設計壽命，限制進塢大修的年限。

船體設計壽命是基于船體防腐保護處于良好的狀態，如果防腐系統開始失效，則會導致船體結構提前腐蝕、損壞。因此，在限制年限到期之前，應開展FPSO檢驗工作，評估是否進塢檢修，即：進塢應根據現場實際情況決定。

2.2 防腐蝕系統設計

FPSO在高鹽分、氣候條件惡劣的海洋環境中作業，所有的結構表面及生產設施都應有足夠的防腐蝕措施。

2.2.1 壓載艙防腐系統

壓載艙的防腐系統通常采用涂層與陰極保護聯合的方式。對于海上浮式結構，壓載艙的涂層多為高效長壽命防腐蝕涂料。壓載艙的涂裝設計壽命與浮式裝置入塢有直接的關系。在壓載艙涂裝設計壽命(通常為10～15年)到期前，浮式裝置應入塢進行重新涂裝。陰極保護包括犧牲陽極或外加電流，通常設計為同浮式裝置同壽命，在運營過程中應定期檢查維護，以做到保護壓載艙防腐蝕的作用。若陰極保護的設計壽命小于浮式裝置壽命，則應在陰極保護失效前考慮進塢更換。

2.2.2 外板防腐系統

水線下常浸于水中的防腐蝕，通常采用陰極保護與涂層聯合的防腐蝕措施。涂層通常為高效長壽命防腐蝕涂層，通常有底漆、連接漆及防污漆組成。水線以上部位通常采用高效長壽命的防腐涂料，通常設計壽命為10～15年。外板涂層的設計壽命與浮式裝置的入塢檢修有密切關系，在外板涂裝系統設計壽命到期之前，浮式裝置應當入塢進行重新涂裝。若陰極保護的設計壽命小于浮式裝置壽命，則應在陰極保護失效前考慮進塢更換。

2.3 系泊系統設計

系泊系統是海上浮式裝置固定、定位的裝置總成。船式的FPSO通常采用單點系泊的方式。單點系泊系統通常有錨纜、浮筒、柔性立管系統、吸力錨、水下基盤、單點艙設備及相關的防腐蝕系統等組成。系泊系統設計使用壽命一般在15年左右，在達到系泊系統設計壽命之前，應及時檢驗設備的實際情況，對勞損嚴重的設備進行更換，如不能在生產狀態下或者在海上漂浮狀態下進行的檢修或更換，需考慮進塢檢修。

2.4 其他通海設備及系統設計

FPSO上包含諸多與海水聯通或者以海水為工作介質的系統。每個系統中又包含有不同的屬件，如管系、各式各樣的閥門、控制單元、保護裝置等。通常在設計時，設備及系統都會指定設計壽命及檢修年限。對于到達系統壽命或檢修年限，不能在海上漂浮生產狀態下進行的檢修或更換，則根據實際情況考慮進塢檢修。如海底門及其保護格柵、各式各樣的海通閥、通海件屬件及其保護裝置、貨油艙內閥門、海水冷卻與循環系統的屬件、海水旋塞等。

3 實際運維狀態的影響

3.1 船體結構狀態

FPSO長期在各種天氣情況下生產運行，船體結構經受著浪、涌的周期性負載，經受風、水流等外力沖擊、貨物載荷交替變更、壓載負荷的不規律變更以及生產過程中其他外力的沖擊。必須定期檢驗、評估船體主要結構的安全性。船級社會根據規范要求定期對FPSO做年度年檢、中間檢驗、換證檢驗等。檢驗中如果發現船體主要結構的耗蝕超過船級社標準、主要結構變形、損壞、開裂等缺陷，在海上不能完成鋼板更換的，則應及時進塢維修。

另外對于船級社要求的且在日常生產運營過程中無法完成的檢驗內容，如壓載艙、油艙的全面檢測檢驗，海底閥箱、水下排放口檢查檢驗，舭龍骨、船底板檢查檢驗，船體海生物、陰極保護系統檢查，內轉塔靠近艙底水線面以下結構檢驗檢查，單點轉塔浮筒與船體連接結構檢驗，等，可根據船級社的意見，必要時進塢完成檢查。

對于在役FPSO，還可以對FPSO的狀態進行安全評估，包括主要船體結構強度評估、系泊系統結構評估、火炬塔系統結構評估、生產模塊結構評估，等。船體結構的強度評估可以采取直接計算法，基于FPSO實際的結構狀況及測厚結果，通過船中最小垂向模數校核計算、船段屈服強度和屈曲強度分析計算、船體梁目標段抗剪能力和疲勞強度計算等，對船體在計算工況下的承受能力進行評估，判斷船體結構是夠滿足安全運行的要求[5]。對火炬塔、直升機平臺、生產模塊等局部結構的評估可通過直接計算法或有限元分析計算，對結構進行屈服強度和疲勞強度的分析計算，以判斷是否滿足安全生產運行的要求。對于通過計算分析，強度要求不滿足安全生產設計標準的結構應進行加強或者修復。不能在海上完成修復作業的，則應及時進塢維修。

3.2 防腐蝕系統狀態

壓載艙防腐蝕系統和外板防腐蝕系統是影響FPSO塢修必要性的重要因素。通常，壓載艙的防腐蝕系統有防腐涂層和陰極保護(犧牲陽極)組成。實際運營中，壓載艙處在海水交替浸泡，鹽分蒸汽籠罩的惡劣環境中，如果壓載艙涂層老化，破損超過限度，鋼結構系統腐蝕會加劇，影響FPSO的結構壽命。而壓載艙的涂裝很難在正常生產狀態下進行重新涂裝，應考慮進塢進行噴砂，重新涂裝，以保證壓載艙防腐系統的有效性。

水線下浸泡海水的區域通常有防腐蝕涂層和陰極保護(犧牲陽極或外加電流)組成，防腐涂層采用高效長壽命的涂料。在年限到達之前，外板防腐涂層的實際運維狀態及檢查的結果對進塢有重要的影響。外板的涂裝經常受到各種外力，惡劣環境，撞擊，涂裝施工因素等因素的影響，如果檢驗中發現外板涂層老化嚴重，破損超過限度，應當考慮修補，嚴重的應考慮進塢重新涂裝。

3.3 系泊系統狀態

FPSO長期系泊在海上油田附近，系泊系統經受著洋流、巨浪甚至臺風的侵襲。在巨大的外力作用下，系泊系統經常會受到損傷。系泊系統的運維狀態直接影響著系泊系統的安全，對FPSO入塢必要性有直接的影響。

對單點艙系泊設備及結構進行定期檢驗，確保系泊系統處于安全的運營狀態。若發現單點系泊設備損壞，故障等不能正常運轉，或有重大安全風險時，應對系泊系統進行評估。通過系泊纜張力計算、疲勞強度計算及船體漂移分析，對系泊系統在極限工況下承載能力進行評估。若超出安全界限，應解脫并對系泊裝置進行修復。另外，FPSO單點艙室水下結構、船體水下結構的檢查檢驗項目無法在正常生產狀態下進行，在必要的時候，應根據船級社意見進行進塢檢驗。

3.4 其他通海系統狀態

海底閥箱、各式海通閥是保證浮式裝置結構安全、密性安全的重要設備系統。有必要對這些系統進行定期檢驗，包括結構完整性檢驗及功能完整性檢驗。但是，海底閥箱、通海閥、舵、螺旋槳、海底門、海底塞、舵銷與其相應的保護裝置、海水冷卻與循環系統的屬件、裝卸設施等無法在漂浮狀態下進行檢修、保養。當此類結構、設備存在損壞、過度腐蝕、功能損失等缺陷，影響裝置安全性及使用性能，又不能在裝置正常漂浮狀態下完成修復或更換時，需考慮進塢完成修復。

4 油田生產管理的影響

4.1 設備更新升級和提升產能

隨著油田生產開采的進行，油田生產對FPSO上部模塊處理設施的需求有所變化，如增加原油處理能力，增設LPG處理單元、修復單點油滑環、新增內燃機模塊、增加水處理模塊等[6]。此外，對于不滿足生產需求的設備系統，需要升級更新設備和系統。這些設備系統的改造升級，無法在海上生產運行狀態下完成的，可考慮進塢檢修并改造。

4.2 延長裝置服役年限

根據油田的生產計劃，如果需要FPSO延長油田服役年限，則需要進塢對結構進行升級、加強與改造。例如“海洋石油111”的原始結構設計壽命為20年，由于生產的需要在2018年進塢時做了船體結構延壽改造。