FPSO 結構特點和建造過程控制要點分析1

楊昌逢

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226100）

0 引言

浮式生產儲油卸油裝置（Floating Production Storage and Offloading，FPSO）是集人員居住與生產指揮系統于一體的綜合性大型海上石油生產基地，具備油氣分離、含油污水處理、動力發電、供熱、原油產品儲存和運輸等功能[1-2]。FPSO 的外形與油輪相似，但其復雜程度遠高于油輪，所受的外部載荷也比普通油輪復雜得多[3]。

為提高船舶的安全性和可靠性，本文基于某FPSO，對其結構特點進行介紹，并對建造過程中的控制要點進行分析。

1 概況介紹

本文研究的FPSO 為鋼質船體，全船焊接，直立型艏柱，方艉，總長335 m，型寬60 m，型深33 m，排水量46 萬噸，可存儲200 萬桶原油。該FPSO 是當今世界噸位最大、儲油量最大的新型FPSO，適用于深水海域。該FPSO 配置了多點系泊系統，能滿足多個海域的海洋環境條件。

2 結構特點

2.1 主船體區域

FPSO 的船體結構一般包括底部結構、舷側結構和甲板結構。

1）底部結構

FPSO 不屬于航行船舶，故其不必滿足《國際防止船舶造成污染公約》（InternationalConvention forthePreventionofPollutionfromShips）關于油船雙殼保護的要求。因此，在設計FPSO 貨艙區的底部結構時，可根據作業海域的水深情況及其他要求，將底部結構設計為單底或雙底結構。

2）舷側結構

FPSO 貨艙區域的舷側通常設計為壓載艙，其舷側結構一般為雙殼結構的形式。舷側雙殼結構主要包括橫向強框架、水密橫艙壁、水平結構平臺、縱骨、縱艙壁和舷側外板等組成部分。

3）甲板結構

甲板結構由甲板強框架、甲板縱骨、甲板縱桁和甲板板面組成。FPSO 典型中橫斷面見圖1。

圖1 FPSO 典型中橫斷面圖

2.2 船體結構監測點布置

通常情況下，FPSO 在全生命周期內不會進塢維修，其不斷受到海浪作用，船體結構承受不間斷的交替變化的載荷，這往往會導致嚴重的疲勞破壞問題。為便于監測FPSO 船體結構的健康情況，在設計階段需要對監測點的布置位置進行考慮，確保覆蓋全船的各個區域。

2.3 多點系泊加強結構

多點系泊系統對稱分布于艏部和艉部，在設計系泊結構時，要考慮百年一遇的極限環境載荷以及鎖鏈破斷的偶然載荷。在正常操作工況下，系泊結構還應能承受長期低周期疲勞載荷的作用。

多點系泊系統的結構密度高，板厚較大，且多使用高強度鋼，系泊結構往往具有大量全熔透T 型接頭焊縫，對焊接工人專業水平的要求較高。

2.4 輸油平臺

輸油平臺作為FPSO 的特有結構，通常由底板、頂板、橫向支撐板、縱向支撐板和圓管組成。本項目的輸油平臺位于FPSO 的外板左舷，輸油平臺涉及區域廣，覆蓋面大，結構形式復雜，存在大量有限焊接空間。輸油平臺的主要結構均為全焊透形式，節點多，焊接工作量大，船長方向精度要求高，要綜合考慮收縮量的加放，保證分段的準確性。

2.5 海水提升管

作為FPSO 關鍵結構之一，海水提升管是甲板上所有水冷設備的唯一冷卻水來源。海水提升管的結構強度和制作質量直接影響船體的結構安全，在設計和建造中應給予重點關注。海水提升管體的周圍均為全焊透結構，無損檢測（Non-Destructive Testing，NDT）量大。海水提升管下部鑄件的采購環節對建造周期有很大影響。

2.6 主甲板模塊支撐結構

FPSO 設置在主甲板上的上部模塊的質量可達上千噸，布置范圍涉及整個貨油艙主甲板的上部區域，通常通過多個縱向和橫向的支撐結構進行支撐。模塊支撐結構是上部模塊與FPSO 船體主甲板之間的連接結構，對安裝精度和焊接質量的要求很高。

2.7 火炬塔

火炬塔是FPSO 上特有的結構物，是一種以露天燃燒方式處理廢棄物的裝置，也是海上油氣生產系統中的重要組成部分。火炬塔一般布置在主船體甲板艏部，遠離安全區域。火炬塔是由鋼材焊接而成的桁架結構，頂部設置檢修平臺，通常由立柱、三角撐及斜撐等3 部分組成。火炬塔甲板下方的加強管式結構全部為全焊透結構，內部空間狹小，返修比較麻煩，需要安排符合資質的焊工一次焊接到位。

3 建造過程控制要點

3.1 焊接質量控制

FPSO 常年在條件惡劣的海洋環境中工作，其對焊接質量的控制非常嚴格。

3.1.1 焊縫跟蹤

根據結構類型的不同，通常可將FPSO 的構件分為特殊構件、主要構件和次要構件。在制作焊縫跟蹤圖時，根據結構類型分別做好不同的標記，確保每條焊縫都有相對應的焊接工藝規程（Welding Procedure Specification，WPS）號、焊接材質、板厚、焊縫檢驗類別、接頭類型、結構類型、焊縫長度、坡口形式、制作階段、焊工號、焊接完成時間等信息。在進行焊接作業時，現場施工人員根據WPS 號選取相應的焊接形式和焊材。WPS 號選擇錯誤可能會導致焊縫評價不合格，在焊接前首先要保證WPS 號與焊縫跟蹤圖上的編號一致。

3.1.2 材料追蹤

FPSO 建造材料采用數字噴碼進行標記，噴碼信息主要包括零件名、流向信息、板厚、材質、尺寸、鋼板爐批號等，要保證每個零件都可追溯。在材料的驗收階段，所有檢驗設備和工具均需要標檢，鋼板信息和鋼印號需完整準確，材料堆放需整齊有序，材料追蹤噴碼需清晰準確。

3.1.3 焊材管理

焊接材料的采購、驗收、保管、使用均需要嚴格遵守項目管理規定，焊材的保管方法、焊材庫的環境條件需要滿足項目要求，焊材的領用、儲存、保管、回收要嚴格做好記錄。

3.1.4 焊接過程控制

焊接現場的施工條件復雜，影響因素眾多，往往會導致焊接質量難以保證。常見的焊縫問題一般包括余高、焊趾、包角、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等。需要采取科學、有效的措施，嚴格按照WPS 的要求進行施工，對焊接工程進行全程控制，以保證良好的焊接質量。

3.1.5 焊后質量檢驗

焊縫焊后質量檢驗分為外觀質量檢驗和內部質量檢驗。焊縫外觀質量檢驗采用目測的方法對焊縫表面質量進行檢驗，待焊縫外觀質量檢驗合格后方可進行焊縫內部質量檢驗。焊縫內部質量檢驗采用射線探傷、超聲波探傷等無損探傷的方法進行檢驗。無損探傷應由專業的檢驗人員根據無損探傷布置圖進行檢驗，檢驗合格后方可出具合格報告。應做好報告的存檔工作，以便作為日后的檢驗依據。

3.2 裝配階段控制

在船體分段建造的過程中，各船體分段由很多零件經過裝配焊接而成。船體裝配一般可分為小組立、中組立、大組立、分段、總組和船塢等裝配階段。小組立是單個或多個零件的組合體，也是船體分段裝配的基本單元，控制小組立的裝配精度和裝配質量，可有效減少焊接變形和累積誤差，提高船體建造效率，降低生產成本。

從裝配順序來看，船體裝配主要包括以下6 個步驟：1）將原材料制成船體零件；2）將零件組裝成部件；3）將部件裝配成組件；4）將零件、部件和組件組裝成分段；5）將分段、零件、部件和組件組裝成總段；6）在船塢或船臺將分段和總段總裝成船體。

3.3 精度控制

船體建造精度控制是船舶建造最重要的技術之一，精度控制可將船體尺寸誤差控制在允許范圍內，確保船體的航速、載重量符合設計要求；精度控制還能減少造船過程的返修，縮短造船周期，提高造船效率。

精度控制貫穿在船舶建造的各個階段，包括原材料進廠和下料階段、開坡口和加工階段、裝配階段、焊接階段、搭載階段和完工階段。在日常工作中要嚴格執行精度管理計劃，合理布置焊接收縮量，一旦發現問題要及時反饋，注重數據和經驗的積累。

4 建造過程其他影響因素

4.1 腳手架

FPSO 對腳手架的需求很大，一般情況下，腳手架的搭設、維護和拆除容易在短期內形成進度瓶頸，對建造總體進度造成影響。腳手架的合理搭設可縮短建造周期，節約成本。

4.2 鐵舾裝件

FPSO 貨艙區具有很多鐵舾裝件，舾裝件的安裝對起重設備的需求較高。在組立階段，很多舾裝件的安裝涉及高空作業，對腳手架的需求較多，建議合理前移或后移鐵舾裝件的安裝工序，可節約腳手架的成本，縮短建造周期。

4.3 臨時工裝件

船廠應制定關于起重吊耳的管控流程，包括安裝、追蹤、檢驗、拆除等內容。此外，船廠應制定關于臨時工裝件的管控流程。對于工裝和工具，應使用滿足安全和質量要求的工裝和工具，禁止工人隨意自制。

4.4 不良天氣

FPSO 的建造過程易受不良天氣的影響，應做好充分的準備，避免不良天氣對項目的安全、質量、進度造成沖擊。針對潮濕和低溫天氣，應制定相應的操作規程和工藝，對人員進行培訓，并進行有針對性的監督監管。此外，還可采購足夠的工裝和工具以應對不良天氣。

5 結論

FPSO 是海洋石油開發的核心設施，本文基于某FPSO，介紹了結構特點，并分析了建造過程中的控制要點。本文的研究成果可為FPSO 的設計與制造提供一定參考。