FPSO改裝項目內部轉塔系統及安裝工藝

柴文濤

(上海華潤大東船務工程有限公司，上海202155)

0 引 言

目標船型浮式生產儲卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，FPSO)[1]改裝之前是一艘典型的FPSO，但已在海上廢棄數年，本次改裝主要對其進行翻新、延長壽命和改造。本船根據馬來西亞萊昂油田海上服務所需的船級規則以及現行規范、標準和法規，對浮式、加工、儲存和卸載服務進行正式認證，預計使用壽命為20 a。

根據不同的海域和海況，目前世界上的FPSO主要采用以下幾種系泊方式：單點-轉塔系泊系統，多點-伸展系泊系統以及動力定位系統。單點系泊系統的應用目前較為普遍[2-3]。本文FPSO之前艏部安裝了內部轉塔浮標系泊系統，改裝前應先將原有系統拆除，包括管道系統、液壓系統、電氣系統及其附件，然后再安裝新的內部轉塔系泊系統。下文對該船內部轉塔系泊系統的組成和安裝工藝進行詳細闡述。

1 內部轉塔系泊系統組成

該船內部轉塔系泊系統可分為3個部分：接口項目、旋轉側項目和對地靜止側項目。

(1) 接口項目。所有有助于FPSO風向標的項目被認為是接口項目。通常，接口項目是單個組件(如旋轉立管和回轉軸承)，包括旋轉元件和對地靜止元件。旋轉元件應固定在FPSO上，并且應能夠作為風向標；對地靜止元件應固定在轉塔上，并通過系泊鏈阻止其移動。當FPSO作為可自由調節的風向標時，對地靜止元件通常只能進行平移，不能旋轉，被認為是“單點”。

(2) 旋轉側項目。包括所有固定在FPSO上的結構、設備、儀器和加工管線，并能在接口項目周圍作為自由調節的風向標。

(3) 對地靜止項目。其是指所有直接與系泊鏈連接的結構、設備、儀器和加工管線，不能旋轉。

表1為內部轉塔系泊系統主要項目明細。

表1 內部轉塔系泊系統主要項目明細

典型的內部轉塔系泊系統主要由FPSO內的2個同心軸組成。外部軸(月池)對FPSO進行加強，對地靜止內軸(轉塔軸)由一系列系泊鏈限制其旋轉和移動過度。內外軸通過上部的回轉軸承組成一個整體，并通過安裝在FPSO龍骨附近的滑動軸承(下軸承)提供額外的徑向約束。圖1為內部轉塔系統的總體布置圖。

圖1 內部轉塔系統的總體布置圖

1.1 對地靜止項目

(1) 轉塔軸。轉塔軸是1個圓柱形結構，位于FPSO的月池內。轉塔軸是轉塔靜止側所有系泊載荷和立管載荷的主要載荷路徑。軸形成一個系泊鏈與靜止側回轉支承界面之間的連續載荷路徑。將轉塔軸設計為可到達的結構，并容納一系列平臺，以便在安裝期間進入轉塔水下結構。轉塔上部具有一個機加工面，以安裝回轉軸承，回轉軸承連接旋轉側與對地靜止側，并允許船只在轉塔周圍作為自由風向標。

(2) 錨鏈平臺。系泊鏈通過1套止鏈器機械固定在轉塔軸上。止鏈器位于靠近FPSO龍骨附近的區域，并由耳軸外殼提供支撐。這種結構被稱為錨鏈平臺，組成了轉塔軸的下半部分。錨鏈平臺有3個主要功能：①在系泊鏈與轉塔軸之間提供連續的負載路徑；②提供與位于FPSO月池內的下軸承墊塊相連接的接觸面；③提供1套用于連接彎曲加強筋的安裝法蘭。

通過系泊分析可確定錨鏈平臺的配置，本項目最終確定為軸對稱3根×2根×2根。錨鏈平臺的設計應便于傳遞轉塔靜止側與月池之間的徑向載荷。本項目采用包裹一層直接焊接到錨鏈平臺外壁的鉻鎳鐵合金的設計方式，鉻鎳鐵合金應加工至精密公差，為下軸承墊塊提供光滑的運轉表面。

(3) 回轉支撐結構。回轉支撐結構的主要功能是從轉塔軸給旋轉立管(對地靜止項目)提供結構支撐。回轉支撐結構除了主回轉結構以外，還應包括若干支撐平臺以及加工管線和安裝設備等附件。

(4) 基樁。系泊鏈通過沉樁錨(基樁)錨固在海床上。基樁為圓柱形鋼構件，在泥線下方配有系泊吊耳。

1.2 旋轉側項目

(1) 月池。月池為包圍轉塔的直接容器結構，由水密八角形艙壁組成，與轉塔軸組件同心。月池的主要功能是加強FPSO，并為轉塔軸提供水密結構界面。在FPSO的龍骨附近，安裝下支座以便于安裝下軸承墊塊，且其與轉塔軸外壁上的鉻鎳鐵合金運行表面對齊。

(2) 月池集成結構。月池附帶月池集成結構。該結構位于FPSO的上層甲板，并包含1個機械加工表面，以支撐回轉軸承的旋轉側。

(3) 門架。轉塔門架提供進入旋轉立管的通道，并包含機械裝卸設施，以便拆卸和重新組裝海上流體旋轉接頭。門架包含所有走道、通道平臺、管道、管支架和轉塔機械裝卸設施。門架機械裝卸系統可設計為與旋轉支架上的裝卸系統連接，以便于在海上機械搬運閥門和清管器接收器。其至少需包括懸臂吊艇架和圓形單軌(甲板下)，以用于將設備(包括清管器)從轉塔搬運至月池堆放區(FPSO主甲板)。

(4) 圍堰(臨時結構)。在FPSO拆除月池的過程中，龍骨上的開孔需用圍堰圓板加固和密封。圍堰的目的是提供水密防護屏障，以方便在碼頭進行月池的拆舊和安裝工作。

(5) 旋轉側管架。管架和電纜托架為主要處理管線、公用設施、噴淋管線、電纜等提供支撐，管架制作界面應在門架處終止。

1.3 接口項目

接口項目中比較關鍵的是旋轉立管和回轉軸承。旋轉立管通過螺栓連接在回轉支撐結構上，而回轉軸承則通過螺栓安裝在月池集成結構上。由于旋轉立管必須正確居中于轉塔軸上方，并且與回轉軸承軸向居中，因此在安裝前必須進行局部尺寸測量，才能進行最終加工安裝工作。

2 內部轉塔系統安裝工藝

(1)拆除原船的護舷結構以安裝新制圍堰(在FPSO第一次進干塢期間)。需注意在布置塢墩時避開安裝圍堰的區域。在護舷拆除工作結束后，安裝新的臨時圍堰。由于安裝高度有限，須采用滑移軌道將圍堰平移至月池下方，隨即完成圍堰安裝工作。(2)將FPSO拖出干塢，移至碼頭進行下一步安裝工作。(3)將原船轉塔上部結構割除，進行月池內部原轉塔系統所有部件的拆除工作。當拆除工作結束后，在月池周圍區域安裝新的加強筋，以滿足新的設計載荷。(4)按照圖紙要求，安裝錐形封板以及下軸承支撐結構。(5)安裝內部轉塔導向裝置，共3套。(6)采用激光定位儀，結合實測月池內部的徑向數據，先確定內部轉塔軸線方向的理論中心線，再確定位于基線上的定位基準點。需注意的是，船舶不能出現任何橫傾或縱傾現象。(7)安裝鏜排設備，按照圖紙精度要求對垂直于船體結構的下軸承支撐結構進行機加工。(8)準備垂向和橫向定位用的頂升油缸，橫向油缸3套，垂向油缸8套。(9)在下軸承支撐結構的支架上安裝3套橫向頂升油缸，成120°角均布。(10)在臨時圍堰上安裝8套垂向頂升油缸，聯接并形成一個3點系統。(11)通過螺栓將聚四氟乙烯墊片固定在下部軸承支撐結構上，作為轉塔軸鉻鎳鐵合金表面的墊片(聚四氟乙烯墊片沿周長方向均布，共15套)。(12)分別在垂向頂升油缸上安裝聚四氟乙烯墊片，共8處。(13)在臨時圍堰上安裝內部轉塔軸回轉定位銷。(14)連接轉塔軸和月池集成結構。先將安裝場地上支撐轉塔軸的支撐塊固定完畢，接著將轉塔軸吊至支撐塊上，吊起月池集成結構至轉塔軸上方并緩慢下放，直至月池集成結構接觸轉塔軸上的臨時支撐，調整位置確保集成結構上的標記與轉塔軸上的標記一一對應，隨后通過6套頂升螺栓將集成結構上的上軸承支撐與轉塔軸連接。過程中確保集成結構與轉塔軸的間隙滿足圖紙要求，必要時使用墊片調整。完成焊接工作后將掣鏈器收進轉塔軸內部，確保其不超出轉塔軸的最下沿。(15)將轉塔軸吊至月池上方，并緩慢下放，在此過程中確保已焊接在轉塔軸上的月池集成結構與FPSO無任何接觸。在下放至下軸承支撐時須特別注意，已經安裝的3套導向裝置會確保轉塔順利下放。同時，在下放過程中不能破壞轉塔軸鉻鎳鐵合金表面，已安裝的聚四氟乙烯墊片會有效地保護轉塔軸的噴鍍表面。(16)通過回轉定位銷，轉塔軸在基本下放到位后，通過調整橫向和垂向的頂升油缸，以確保轉塔軸的中心線垂直于已經確定好的基準面。檢查轉塔軸的垂向位置，確保其垂直對齊軸承支撐結構。完成月池集成結構與FPSO間的焊接工作(包括插入板)。再次檢查確認轉塔軸的中心線仍垂直于基準面。(17)按照圖紙要求對月池集成結構和轉塔軸的法蘭上表面進行機加工，確保其與回轉軸承下表面相匹配。在與回轉軸承直接接觸的法蘭面上鉆螺栓孔，然后再將回轉軸承安裝在月池集成結構上。拆除所有的臨時支撐/頂升螺栓/導向裝置/聚四氟乙烯墊片等，然后進行內部轉塔的回轉試驗，檢查下軸承處的間隙是否滿足下軸承墊塊廠家的要求。確認無誤后，再進行下軸承墊塊的安裝。當墊塊安裝接觸后，進行內部轉塔的第二次回轉試驗，試驗結構應符合廠家的相關指導文件。(18)進行回轉支撐結構安裝工作。(19)將門架結構安裝至FPSO的上甲板上，包括旋轉側的管路。(20)將旋轉立管下放并通過門架結構后再安裝到基座上。連接旋轉驅動臂到門架結構上。完成管路連接和電纜連接等工作。(21)進行最終的轉動試驗，達到船舶所有人的驗收要求。(22)FPSO再次進干船塢，拆除月池下方的臨時圍堰，將管路法蘭、掣鏈器等調整至最終位置。

3 結 語

該FPSO在公司的改裝周期近10個月，目前已成功交付。其中，內部轉塔系泊系統的安裝工作有一定挑戰性，由于大型FPSO內部轉塔的質量較大，因此浮吊船的使用必不可少，安裝過程常受天氣、人員經驗不足等因素影響，最后整個內部轉塔系泊系統順利地完成了安裝并得到船舶所有人的認可。通過本次改裝項目，比較系統地學習了內部轉塔系泊系統的原理和組成部分，并積累了相關寶貴的安裝經驗。