FSO原油輸儲駁系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備選用研究

李芳　陳聰

摘 要： 原油內(nèi)輸、外駁系統(tǒng)是浮式儲油卸油船（Floating Storage and Offloading，F(xiàn)SO）上最重要且組成復(fù)雜的系統(tǒng).簡要介紹了FSO艉部內(nèi)輸設(shè)備、外駁系泊設(shè)備和艏部單點系泊設(shè)備的選用及其組成、設(shè)備布置和工作流程等，同時對艉部內(nèi)輸系統(tǒng)、艏部外駁系統(tǒng)（外駁系統(tǒng)與單點系泊系統(tǒng)的集成）的特點和設(shè)計要點進(jìn)行了分析研究.選用的艉部縱向卷筒式內(nèi)輸設(shè)備和艏部懸臂式外轉(zhuǎn)塔式單點系泊外駁設(shè)備在操作、維護(hù)及安全性等方面具有世界領(lǐng)先水平，可為FSO改裝設(shè)計的設(shè)備選型提供參考.

關(guān)鍵詞： 浮式儲油卸油船； 原油輸儲駁系統(tǒng)； 內(nèi)輸設(shè)備； 外駁系泊設(shè)備

中圖分類號： U 672 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Research on the key equipment selection in floating storage and

offloading system for crude oil transfer

LI Fang， CHEN Cong

（Shanghai Bestway Marine Engineering Design Co. ， Ltd. ， Shanghai 201612， China）

Abstract： Crude oil inloading and offloading system is the most important and complicated units in Floating Storage and Offloading （FSO）.Its selection，composition，arrangement，and operation process including stern infloading equipment，offloading mooring equipment，and stem single point mooring equipment were introduced briefly in this paper.Meanwhile，the characteristics and key points of stern infloading system and stem offloading system design was analyzed.The stern vertical reel type inloading equipment and stem turret single point mooring equipment selected in this paper had a worldclass level in the aspects of operation，maintenance，and security，which can provide references for the equipment selection in the FSO modification design.

Keywords： FSO； crude oil transfer system； inloading units； offloading units

浮式儲油卸油船（Floating Storage and Offloading，F(xiàn)SO）是集內(nèi)輸、存儲和轉(zhuǎn)駁為一體的海上原油中轉(zhuǎn)站，具有適應(yīng)水深范圍廣、移動靈活和儲油量大等特點，是海洋石油開發(fā)中非常重要的工程設(shè)備之一[1].與浮式生產(chǎn)儲卸油裝置（Floating Produciton Storage and Offloading，F(xiàn)PSO）不同的是，F(xiàn)SO上沒有生產(chǎn)模塊，不能對開采出的油進(jìn)行處理.近年來隨著原油價格下跌，散貨及油輪市場越發(fā)不景氣，大量大齡油輪又面臨新的規(guī)范規(guī)則限制，亟待改裝或報廢.與此同時，海上油田開發(fā)突飛猛進(jìn)，船舶改裝技術(shù)日益進(jìn)步.選用先進(jìn)的、適用的技術(shù)與設(shè)備，將廢舊超大型油輪（VLCC）改裝為FSO/FPSO，具有更高的性價比，有利于降低初始投入，提高運營效益，能早日收回成本[2].因此，探討對FSO原油輸儲駁系統(tǒng)內(nèi)輸與存儲、浮筒外駁、油船轉(zhuǎn)駁三大關(guān)鍵工藝流程及其相應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)施和適用設(shè)備的選用研究具有重要意義.

1 FSO原油輸儲駁系統(tǒng)

FSO原油輸儲駁系統(tǒng)主要由中小型專用穿梭油船（DP）、浮式儲油卸油船（FSO）、懸鏈錨腿系泊浮筒、大型穿梭油船及相應(yīng)撓性立管和海底剛性輸油管組成.FSO通過內(nèi)輸作業(yè)流程完成原油內(nèi)輸與存儲作業(yè)，借助艏部系泊外駁設(shè)備和懸鏈錨腿系泊浮筒完成原油外駁作業(yè).

1.1 流程一：內(nèi)輸作業(yè)流程

內(nèi)輸作業(yè)主要由具有動力定位（Dynamic Positioning）的中小型穿梭油船和FSO完成.圖1為艉部內(nèi)輸系統(tǒng)示意圖.DP在油田處裝滿原油，航行至FSO的艉部附近，F(xiàn)SO用撇纜槍將撇纜和先導(dǎo)索拋到DP上，DP牽引絞車將先導(dǎo)索及前端摩擦鏈拉上船并固定在掣鏈器上，后端摩擦鏈固定于FSO掣鏈器上，完成DP和FSO之間的系泊作業(yè).將FSO的輸油軟管接到輔助拖船上，輔助拖船將其拖至DP中部集管區(qū)，借助吊機與DP輸油管路連接.打開DP輸油閥門，原油通過輸油管路進(jìn)入FSO指定油艙內(nèi)，開始內(nèi)輸作業(yè).內(nèi)輸作業(yè)完成后，關(guān)閉輸油閥，收回輸油管并解除兩船之間的系泊.FSO利用油管卷車和系纜絞車將輸油軟管和撇纜索、摩擦鏈、先導(dǎo)索等收回.最后，用水沖洗輸油管并填充惰性氣體進(jìn)行惰化[3].

1.2 流程二：外駁作業(yè)流程

承擔(dān)外駁作業(yè)的外駁系泊設(shè)備（Offloading系統(tǒng)）共分為三大模塊：艏部外轉(zhuǎn)塔式外駁系泊裝置、海底輸送系統(tǒng)、懸鏈錨腿系泊浮筒.

（1） 艏部外轉(zhuǎn)塔式外駁系泊裝置.該裝置集單點系泊和轉(zhuǎn)塔外駁功能為一個整體，主要由轉(zhuǎn)塔、液體傳輸系統(tǒng)、轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、界面連接系統(tǒng)四個部分組成[4].

（2） 海底輸送系統(tǒng).該系統(tǒng)由與艏部外轉(zhuǎn)塔式系泊裝置相連的高彎度S型撓性立管（Sshaped risers）、海底管路終端PLET（Pipeline End Termination）、海底剛性輸油管道、FSO集中控制的管道終端管匯PLEMs（Pipeline End Manifolds）及與浮筒終端相連的高彎度S型撓性立管組成，實現(xiàn)FSO的原油海底輸送.

（3） 懸鏈錨腿系泊浮筒（CALM buoy）.浮筒與FSO間距為2.5 km，通過懸鏈錨腿固定在海床上，由旋轉(zhuǎn)接頭、駁油管匯和系泊臂等裝置組成[5]，是原油外駁的終端設(shè)備.

外駁作業(yè)流程分為兩種工況：DP與大型油輪交錯時間抵達(dá)或同時抵達(dá).

（1） 工況一：DP與大型油輪交錯時間抵達(dá).DP執(zhí)行流程一的操作，將原油內(nèi)輸至FSO油艙內(nèi)存儲，等待大型油輪外駁.FSO借助艏部外轉(zhuǎn)塔式系泊裝置，通過海底輸送系統(tǒng)與浮筒終端相連，大型油輪由纜繩系泊到浮筒上.外駁時，F(xiàn)SO啟動駁油系統(tǒng)，貨油泵（4 000 m3·h-1）、計量設(shè)備（Metering Unit）、液壓動力單元及供電系統(tǒng)等開始工作，艙內(nèi)原油經(jīng)由甲板上的計量設(shè)備、艏部外駁設(shè)備、海底輸送系統(tǒng)，輸送至浮筒終端，浮筒上的駁油設(shè)備經(jīng)漂浮的輸油軟管與大型油輪集管區(qū)相應(yīng)輸油管相連，將原油駁送至大型油輪.

（2） 工況二：DP與大型油輪同時抵達(dá).當(dāng)DP與大型油輪同時抵達(dá)FSO附近時，不需執(zhí)行流程一.原油不進(jìn)入FSO油艙，而是經(jīng)DP自備的計量設(shè)備、FSO內(nèi)輸設(shè)備、主甲板上的輸油管旁通閥、增壓泵，通過FSO艏部外駁設(shè)備、海底輸送系統(tǒng)，將原油駁送至浮筒終端連接的大型油輪，完成直接駁送.

1.3 完成原油輸儲駁的關(guān)鍵設(shè)備

對FSO自身而言，原油輸儲駁無論采取哪種工藝流程，均需啟動原油內(nèi)輸設(shè)備（Inloading系統(tǒng)）和外駁系泊設(shè)備.從提高FSO整體性能的角度考慮，原油內(nèi)輸設(shè)備和外駁系泊設(shè)備的選用，必然是FSO技術(shù)與設(shè)備選用的重中之重.

2 FSO關(guān)鍵設(shè)備的選用

FSO通常是從艉部拋送輸油軟管進(jìn)行縱向內(nèi)輸作業(yè)，通過船首外駁系泊設(shè)備將其固定進(jìn)行外駁作業(yè).據(jù)此可對FSO原油內(nèi)輸設(shè)備和外駁系泊設(shè)備的選用與設(shè)計進(jìn)行深入全面的研究.

2.1 原油內(nèi)輸設(shè)備的選用與設(shè)計

原油內(nèi)輸設(shè)備是FSO的重要組成部分，對輸油管拋送和連接的便利性、可靠性要求甚高.原油內(nèi)輸系統(tǒng)布局可分為艉（艏）部縱向系統(tǒng)和舷部橫向輸油系統(tǒng).輸油管采用軟管系統(tǒng)，有漂浮式（簡易式、改進(jìn)式）、卷筒式、滑道式之分[6].縱向輸油系統(tǒng)中，DP往來于油田與FSO之間，F(xiàn)SO從艉部拋送輸油軟管給DP，進(jìn)行原油縱向內(nèi)輸作業(yè).

經(jīng)過對比后，決定采用艉部縱向卷筒式輸油系統(tǒng)，設(shè)備布置情況如圖2所示，其主要組成為：① 輸油管及油管卷車；② 系纜索及系纜絞車；③ 艉部導(dǎo)纜孔；④ 服務(wù)吊機，安裝在艉部輸油區(qū)；⑤ 掣鏈器，其可就地應(yīng)急釋放，也可在中央控制室（CCR）中應(yīng)急釋放；⑥ 液壓控制臺，設(shè)在艉部右舷內(nèi)輸軟管正下方的舵機艙內(nèi)，主要功能包括控制輸油軟管絞車和系纜絞車、啟/停液壓泵站的馬達(dá)和指示液壓系統(tǒng)的壓力，安裝在油管卷車的平臺上；⑦ 閥箱、蓄能器和可編程控制器（PLC）控制箱集成為一個單元，設(shè)置在艉部右舷內(nèi)輸軟管正下方的舵機艙內(nèi)；⑧ 輔助和啟動器控制箱集成為一個單元，設(shè)置在艉部右舷內(nèi)輸軟管正下方的舵機艙內(nèi)；⑨ 應(yīng)急輸油管及油管卷車；⑩ 應(yīng)急系纜索及系纜絞車等.

圖2 卷筒式輸油設(shè)備

Fig.2 Reeltype oil transporting device

2.2 外駁系泊設(shè)備的選用與設(shè)計

外駁系泊設(shè)備是FSO 最關(guān)鍵的設(shè)備，技術(shù)先進(jìn)、運行可靠是選用設(shè)備的唯一出發(fā)點.系泊系統(tǒng)包括單點系泊系統(tǒng)和多點系泊系統(tǒng)，單點系泊是指錨泊系統(tǒng)與船體只有一個接觸點，多點系泊是指錨泊系統(tǒng)與船體有多個接觸點[7].經(jīng)研究，首先確定采用單點系泊設(shè)備.單點系泊的最大特點是“點系泊”，較靈活，可適應(yīng)水流和風(fēng)向的變化.美國船級社將單點系泊系統(tǒng)分為懸鏈錨腿系泊系統(tǒng)、單錨腿系泊系統(tǒng)、轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)和軟鋼臂四大類[8]，無不技術(shù)復(fù)雜，設(shè)計和建造的難度很大.單點系泊又要兼顧外駁設(shè)備，更增加了設(shè)計和建造的難度.

經(jīng)多方對比，采用美國SOFEC公司研發(fā)的艏部懸臂式外轉(zhuǎn)塔式外駁系泊系統(tǒng)（cantilever external turret mooring system），是懸鏈錨腿系泊和轉(zhuǎn)塔式系泊相結(jié)合集系泊、油氣和電力輸送為一體的外駁系泊系統(tǒng)[9].圖3為懸臂式外轉(zhuǎn)塔式裝置示意圖.其轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)頭頂甲板與底甲板均為焊接鋼結(jié)構(gòu)筒體，與FSO的船體艏部伸懸臂鋼質(zhì)構(gòu)件固定連接，形成轉(zhuǎn)塔與船體的單點連接，同時構(gòu)成轉(zhuǎn)塔360°旋轉(zhuǎn)主軸承裝置的安裝基座.轉(zhuǎn)塔下部由系泊錨鏈固結(jié)于海底，相對于海底固定.借助基座上360°旋轉(zhuǎn)主軸承裝置，F(xiàn)SO可繞轉(zhuǎn)塔360°轉(zhuǎn)動，從而形成單點系泊.

圖3 懸臂式外轉(zhuǎn)塔式裝置示意圖

Fig.3 Schematic diagram of cantilever external

turret mooring unit

艏部懸臂式外轉(zhuǎn)塔式外駁系泊系統(tǒng)所有附屬設(shè)備縱向布置在不同的作業(yè)平臺. FSO 借助單點系泊構(gòu)件繞轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)，借助軸承減少旋轉(zhuǎn)摩擦力，在風(fēng)、浪、流的作用下產(chǎn)生“風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)”[4]，盡可能保證FSO正向迎浪，處在最小受力位置，從而降低系泊負(fù)荷，緩沖風(fēng)浪對系統(tǒng)的沖擊，減小應(yīng)力影響.

外轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)主要由單點系泊系統(tǒng)、原油傳輸系統(tǒng)、轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)、界面連接系統(tǒng)四部分組成，轉(zhuǎn)塔式系泊裝置剖視圖如圖4所示.按其具體布置情況及功能，設(shè)備自上而下分為四層平臺.

（1） 轉(zhuǎn)塔通道平臺，如圖5所示.該層設(shè)于轉(zhuǎn)

圖4 轉(zhuǎn)塔式系泊裝置剖視圖

Fig.4 Section view of turret mooring unit

塔通道甲板之上，主要布置通向轉(zhuǎn)塔的通道，塔中處為旋轉(zhuǎn)堆棧，偏左舷處為扭矩臂支撐架；FSO主體的外駁管路及電纜都在此層與單點系泊裝置相關(guān)系統(tǒng)連接，是原油外駁裝置的輸入端口.

（2） 操作平臺，如圖6所示.設(shè)于第一層甲板，單點系泊的控制面板及主要電氣開關(guān)設(shè)置在該層，原油外駁管路通過轉(zhuǎn)塔通道輸至該層，其總管及閥件均在該層操作，即外駁系泊裝置控制平臺.

圖5 轉(zhuǎn)塔通道平臺

Fig.5 Turret channel platform

圖6 操作平臺

Fig.6 Operating platform

（3）主甲板和牽引平臺，如圖7所示.該層設(shè)于轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)頭頂甲板，設(shè)有兩臺牽引絞車，通過四個不同位置的固定式導(dǎo)向輪及兩個可移動式錨鏈腿導(dǎo)向輪，經(jīng)由8只帶蓋錨鏈筒，回收系泊錨鏈；原油外駁管路經(jīng)由此層繼續(xù)向下延伸.

（4）錨鏈平臺，如圖8所示.平臺設(shè)于錨鏈中間甲板，12只錨鏈系泊腿的系泊力通過底部的主軸承傳遞到轉(zhuǎn)塔上，并將FSO定位于基地；兩套外駁油管路在此層平臺連接高彎度S型撓性立管，經(jīng)由導(dǎo)向器深入海底；另有臍帶纜（Umbilical），它是電纜（動力纜或信號纜）、光纜

圖7 主甲板和牽引平臺

Fig.7 Main deck and traction platform

圖8 錨鏈平臺

Fig.8 Anchor platform

（單?；蚨嗄９饫|）、液壓或化學(xué)藥劑管（鋼管或軟管）的組合，能為水下管道終端管匯PLEMs提供液壓通道，并傳遞上部平臺的運行信號.

艏部懸臂式外轉(zhuǎn)塔式外駁系泊系統(tǒng)的最大特點是單點系泊、結(jié)構(gòu)簡單，在正常操作條件下，轉(zhuǎn)塔、主軸承、錨鏈、立管連接部分以及轉(zhuǎn)塔均位于水面之上，便于檢查和維修，后期維護(hù)費用大大降低[10].

由于轉(zhuǎn)塔式單點系泊裝置具有快速解脫與回接的功能[7]，國外許多公司認(rèn)為它是性價比最高的單點系泊裝置，適用于在氣候、水文條件惡劣或深水海域作業(yè)的大型浮式儲油卸油船.

3 結(jié) 語

浮式儲油卸油船/浮式生產(chǎn)儲油卸油船（FSO/FPSO）改裝過程中，原油內(nèi)輸與外駁系泊設(shè)備的選用是技術(shù)設(shè)備選用的重中之重.選用的艉部縱向卷筒式內(nèi)輸設(shè)備和艏部懸臂式外轉(zhuǎn)塔式單點系泊外駁設(shè)備，雖然技術(shù)復(fù)雜，造價較高，但在使用操作、后期維修、安全性和經(jīng)濟(jì)性方面，均領(lǐng)先于國內(nèi)乃至世界以往選用的同類設(shè)備，可供將來FSO/FPSO改裝設(shè)計的設(shè)備選型參考.

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