企鵝圓筒型FPSO船體建造技術

王東鋒 楊 港 楊風艷 李紅梅 苗 蕾

（海洋石油工程（青島）有限公司，青島 266520）

1 概述

石油天然氣資源開發是海洋資源開發利用的重點。浮式生產儲卸油裝置（Floating Production，Storage and Offloading，FPSO）是集海上油氣處理、儲油和卸油、發電、供熱、控制以及生活功能為一體的浮式容器狀生產系統，具有初投資小、建造周期短、儲油能力大、適應水深范圍廣、遷移方便以及可重復使用等優點，廣泛適用于深海、淺海及邊際油田的開發[1-2]。

企鵝圓筒型FPSO服役于英國北海，作業水深160～170 m，位于211/13a和14區塊，采用Sevan 400圓筒型FPSO概念。企鵝圓筒型FPSO作為公司承接的第一艘圓筒型FPSO，其船體包含13個貨油艙和19個壓載艙，采用雙層底雙殼結構。該船體三維示意圖見圖1。該船體主要參數見表1。

企鵝船體最大直徑87.5 m。海工場地船塢寬度110 m，長420 m。塢墩居中擺放船兩舷各有11.25 m空間，供汽車吊、履帶吊及高架車通行。把3組導纜器中的兩組布置在船塢的兩角，另一組沖向塢門方向，保證3組導纜器都有空間布置履帶吊

企鵝船體結構水平方向按甲板層高共分10層。徑向艙壁沿順時針方向呈放射狀分布。在分段劃分過程中，充分考慮車間大門尺寸、行車能力、裝焊平臺和船塢吊機能力，做到了分段質量最大化，減少了分段數量，加快了施工進度。

圓筒型船體在出船塢過程中采用傳統的引船小車帶纜方法，容易發生旋轉。因此，在出塢方案制定過程中采用八字帶纜方式，并在船塢兩側布置臨時絞盤作為雙重保險，以確保安全出塢。

通過合理規劃，最大限度利用了現有場地資源，使整個建造流程順暢高效，保證了企鵝船體按期完工出塢，為后續模塊集成爭取了寶貴的時間。本文研究成果為企鵝圓筒型FPSO建造提供了整體技術路線，也為后續國內投資建造的首艘圓筒型FPSO提供了參考。

表1 企鵝圓筒型FPSO參數

2 分段技術方案研究

2.1 總體規劃

為了縮短項目建造周期，FPSO采用模塊化建造[3]。主船體在塢內上部模塊及工藝甲板在滑道同時建造。以項目總體計劃為基礎，根據分段搭載順序和場地資源制定鋼結構計劃。根據各個工序作業的生產節拍，從車間中、大組開始，對各階段進行鐵舾裝、管、電等專業預裝和預密性等工作。

2.2 分段劃分

分段劃分應適應于FPSO船體的建造。要滿足可建造、易于建造和高效建造的要求，這就對船體分段有各種限制和要求，如分段結構的強度和剛度要求、改善作業條件的要求以及滿足船廠起吊運輸能力的限制要求等[4]。

2.2.1 雙層底分段

（1）分段數量。雙層底分段自基線起至6 600標高，分段高度為6 600 mm，共計分成17個分段，相關分段示意圖見圖2。

（2）合攏順序。雙層底分段以中心101分段為定位分段，然后合攏123分段，再向兩舷合攏。兩舷的113和121分段最后合攏。

（3）分段吊裝。底部分段采用正造法進行建造，所有分段只需平吊吊裝。

2.2.2 貨艙中部分段

（1）分段數量。貨艙中部分段自6 600水平至24 125水平，分段高度為17 525 mm，共分成34個分段。其中，中心井2個分段，環形外圍共17個分段。

圖2 雙層底分段劃分示意圖

（2）合攏順序。中部分段合攏以中心201分段為基準，向雙層底上合攏，后合攏艏艉分段，再向兩舷合攏。兩舷的215和224分段最后合攏。由于分段高度較高，設計專用強力馬板進行臨時固定，便于快速脫鉤。

（3）分段吊裝。中間層段采用側造法進行建造，分段需要翻轉90°。吊裝時，使用龍門吊3#鉤做主鉤、1#2#鉤作為輔鉤進行吊裝。

2.2.3 主甲板上層分段

（1）分段數量。主甲板上層分段自24 125水平至32 000水平，分段高度為7 875 mm，共分為17個分段。其中，中心井1個分段，其他共16個分段。

（2）合攏順序。主甲板上層分段合攏仍以中心301分段為基準向貨艙區中部上合攏，然后合攏艏艉分段，再向兩舷合攏。兩舷的318和313分段做最后合攏。

（3）分段吊裝。甲板層分段采用反造法進行建造，分段需要翻轉180°，吊裝時使用龍門吊3#鉤做主鉤、1#2#鉤作為輔鉤進行吊裝。翻身完成后落地墊墩，然后重新掛單鉤進行合攏。

2.2.4 舷墻分段

（1）分段數量。主甲板以上外圍一圈為舷墻分段。舷墻分段以38 000工藝甲板為界分為上下兩層，兩層分別為9個分段，共計18個分段?；鹁姹鄣鬃托遁d站結構與相連的舷墻分段一起預制。

（2）合攏順序。主舷墻的合攏涉及到38 m工藝甲板的合攏。在工藝甲板15個甲板片合攏完成后，舷墻分段以艏部的416分段為基準合攏，然后依次以426分段為基準合攏第二層舷墻分段。

3 塢位布置

船塢尺寸為420 m×110 m×13.9 m。船塢配備1臺800 t龍門吊、2臺40 t門座式起重機，均位于船塢南側。北側吊裝資源不足，是內部道路，不能布置履帶吊。因此，在塢位選擇過程中，把FPSO船體布置在盡量靠近船塢內側的區域。這樣可以在西裝焊平臺布置一臺大型履帶吊，以增加吊機覆蓋范圍。同時，由于船體離塢壁較近，可以從塢頂布置登船梯，以便降低登船高度方便人員上下。塢墩居中擺放船兩舷各有11.25 m空間，供汽車吊、履帶吊及高架車通行。因為3組導纜輪每個輪的質量為40 t，企鵝船體甲板是外飄結構，所以無法通過正上方吊機進行吊裝，需要履帶吊下塢完成吊裝。因此，在船朝向選擇過程中，把3組導纜器中的兩組布置在船塢的兩角。另外，一組沖向塢門方向保證了3組錨鏈都有空間布置履帶吊?？紤]到公司還有后續船體進塢二次落墩吊裝上部模塊，因此企鵝FPSO布置在船塢內側，通過中間塢門隔開，以保證另一艘船舶進塢時企鵝不需要起浮二次落墩而影響建造工期。

4 船體出塢

因該FPSO為圓形結構，出塢過程中受力不均很容易造成旋轉。為了避免旋轉主要采取3個方面的控制措施。

（1）船兩舷采用船塢自帶引船車掛八字纜，引船小車纜繩長度為48 m。當塢門打開，高潮時纜繩松弛103 mm，低潮時纜繩張緊13 mm，均在合理范圍內。引船小車不會因受力過大而損壞。

（2）船塢兩側固定絞盤作為輔助及備用牽引裝置，一旦FPSO旋轉導致引船車損壞，則使用固定絞盤作為主要牽引動力。同時，絞盤也可以輔助引船車八字纜控制船體旋轉。船塢自帶絞盤數量不足，需提前外租3臺絞盤，采用臨時固定的方法固定在指定位置。

（3）為了進一步控制船體在出塢門檻時發生旋轉，在到達塢口附近時，FPSO船體需靠泊北塢墻，以便留出足夠的空間使一條拖輪繞至船體后帶纜穩住方向。船塢放水前，在船體浮筒相應位置提前設計掛好14個大型圓形護舷，以便吸收在靠泊北塢墻過程中船體和塢墻的碰撞動能。

（4）該FPSO由于水面下有突出的浮筒，導致拖輪無法靠近，不能采取拖輪頂推的方式，只能采用纜繩牽引。前后兩條主拖輪同樣采用八字纜，能夠最大限度控制船體旋轉。

5 碼頭系泊

5.1 系泊方案

碼頭系泊方案制定首先需要確定系泊位置的環境條件，提前判斷水深和纜樁能力是否滿足需求。同時，由于碼頭能力大的纜樁都在碼頭門機軌道外側，帶上纜繩后會影響門機的活動范圍。為了最大限度地發揮碼頭門座式起重機的能力，分別按照6級風、8級風、10級風、12級風4種條件設計帶纜方案，便于碼頭帶纜人員根據不同風速進行帶纜調整。此外，需充分考慮隔離駁船與船體之間的相對運動和碼頭水深。

5.2 隔離駁設計

企鵝FPSO按照傳統系泊方法把船體直接通過纜繩固定在岸邊船體，會導致纜繩沿著岸線滾動，很難綁扎牢固。為了避免這種問題的發生，通常會在船體外側焊接鋼桁架結構工裝，使圓筒型結構變成一個平面，然后通過纜繩系泊。由于圓筒型FPSO直徑達到近90 m，在碼頭系泊過程中，岸吊吊裝半徑夠不到外舷，需要做180°轉向。此時，需要在船舶兩舷各焊接一個鋼桁架。交船前，船舶需要二次進塢割除剛鋼架支撐，增加了交船前的工作量。為了解決這個問題，需要設計制作一個弧形隔離方駁漂浮在船體與碼頭中間，有效限制船體的滾動。

隔離駁設計成漂浮形式，以便實現與船體隨著風浪流等外部環境變化協同運動[5]。內部設計成壓載艙的形式，以便根據圓筒型FPSO外板結構特點調整隔離駁相對于船體的位置。隔離駁兩側分別安裝橡膠護舷，用來緩沖隔離駁、碼頭以及主船體之間的擠壓力。

6 碼頭集成

模塊建造完工后，采用公司稱重系統獲得模塊準確的質量重心，然后根據此重心數據計算船體排載水量。模塊起吊前，船體排載調整至模塊就位位置相反方向傾斜一定角度。模塊就位后，理論上船體重新保持水平狀態，吃水與模塊吊裝前保持不變。如有偏差，通過壓載進行微調。

7 結語

綜上所述，通過充分合理的工藝工法策劃，采用模塊化建造技術船體和上部模塊并行建造，有效縮短了建造工期。通過合理的分段劃分和組塊分片方式，可最大限度地利用場地的起重資源和車間能力，制定合理的出塢、碼頭系泊及集成方案，確保整個項目能夠安全高效地推進，同時為后續項目積累豐富的經驗，提升公司在浮體領域的建造能力和競爭力。