FPSO改裝工程建造設(shè)施需求和改造實(shí)例分析

陳 飛

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海200063)

FPSO改裝工程建造設(shè)施需求和改造實(shí)例分析

陳 飛

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海200063)

針對(duì)國際市場屢見不鮮的FPSO改裝訂單，以某船廠改裝工程為實(shí)例，介紹超大型VLCC改裝成FPSO的主要建造工藝，分析改裝業(yè)務(wù)對(duì)主要建造設(shè)施的需求和改造方案，提出工藝和生產(chǎn)方面的改進(jìn)建議，為國內(nèi)船廠承建類似工程提供一些有益的參考。

FPSO；改裝；設(shè)施需求

0 引 言

當(dāng)前，海洋油氣已成為全球能源新的增長點(diǎn)，并逐步向深水方向發(fā)展。隨著油田勘探開發(fā)的進(jìn)行，油氣田生產(chǎn)加工裝備的需求也將增加。浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置(Float Production Storage and Offloading, FPSO)作為海洋油氣開發(fā)的重要裝備，在全球主要海洋油氣生產(chǎn)地區(qū)都有應(yīng)用，今后將會(huì)有更多的新建或油船改裝FPSO訂單出現(xiàn)，其中約有70%將通過舊船改裝來滿足。

由于近十年間超大型油船(Very Large Crude Carrier,VLCC)的大量建造，原油運(yùn)輸行業(yè)已經(jīng)飽和，運(yùn)費(fèi)價(jià)格處于歷史低位，油船運(yùn)力過剩，VLCC的改裝已經(jīng)具備了一定的市場基礎(chǔ)，國際市場上FPSO改裝訂單屢見不鮮，但大多被新加坡、韓國等船企承建。近年來，國內(nèi)部分船廠涉足FPSO改裝業(yè)務(wù)，并通過生產(chǎn)設(shè)施的改造和管理水平、技術(shù)水平的提升很好地完成了任務(wù)。

本文通過某船廠FPSO改裝工程實(shí)例分析，介紹超大型VLCC改裝成FPSO的主要建造工藝和建造設(shè)施方面的需求及改造情況，并對(duì)建造工藝和生產(chǎn)管理等方面的改進(jìn)和提高提出建議。

1 FPSO簡介

FPSO并不是真正意義上用于運(yùn)輸?shù)拇?，它兼有生產(chǎn)、儲(chǔ)油、卸油的功能，一般與水下采油裝置和穿梭油船組成1套完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，是目前海洋工程船舶中的高技術(shù)產(chǎn)品。FPSO的主要功能是對(duì)開采的石油進(jìn)行油氣水分離、處理含油污水、發(fā)電、供熱、原油產(chǎn)品的儲(chǔ)存和外輸。其主要組成如下：

(1) 船體：可以完全按要求建造，也可以由商業(yè)油船改造而成。

(2) 生產(chǎn)設(shè)備：主要是油、氣、水分離設(shè)備及儲(chǔ)罐。

(3) 系泊系統(tǒng)：可分為單點(diǎn)和多點(diǎn)系泊方式。

(4) 輸送管道：將油氣從海底輸送到FPSO的生產(chǎn)設(shè)備中。

2 超大型VLCC改裝成FPSO的主要建造工藝

2.1FPSO改裝主要項(xiàng)目

(1) 船體結(jié)構(gòu)改裝。① 結(jié)構(gòu)改裝工程：主要包括系泊系統(tǒng)、卸油系統(tǒng)、立管系統(tǒng)、上部模塊支撐、甲板房間和底座加強(qiáng)等。② 管系改裝工程：主要包括儲(chǔ)油系統(tǒng)、卸油系統(tǒng)、高低壓火炬系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等。③ 電氣、通信導(dǎo)航、自動(dòng)化控制系統(tǒng)改裝工程：包括增加發(fā)電機(jī)，照明，增加壓力、溫度、流量儀器儀表等。

(2) 新造上部模塊。

(3) 全船總裝集成：即模塊與模塊、模塊與船體的連接。

2.2FPSO改裝工藝流程

以某船廠FPSO改裝工程為例，工藝流程如圖1所示。

圖1 FPSO改裝工藝流程

3 FPSO改裝主要生產(chǎn)設(shè)施及改造實(shí)例分析

FPSO是海洋工程船舶中的高技術(shù)產(chǎn)品，其改裝工程系統(tǒng)復(fù)雜、難度高、工作量大。以下以某船廠FPSO改裝項(xiàng)目為實(shí)例，對(duì)建造生產(chǎn)設(shè)施的需求和改造情況進(jìn)行簡要分析。

3.1干船塢

(1) 改裝前的VLCC(30萬t)主尺度如表1所示。

表1 改裝前VLCC主尺度 m

(2) FPSO改裝進(jìn)塢作業(yè)內(nèi)容。① 第1次進(jìn)塢。主要完成船體外板線型測量、船板測厚、壓載艙清淤、上建拆除、結(jié)構(gòu)和焊縫探傷等塢內(nèi)檢修工作。② 第2次進(jìn)塢。主要完成更換鋅塊、海底閥，水線下?lián)Q板，舭龍骨安裝，下輸油平臺(tái)、多點(diǎn)系泊旁板和艙內(nèi)結(jié)構(gòu)改造。③ 第3次進(jìn)塢。主要完成下輸油平臺(tái)、多點(diǎn)系泊結(jié)構(gòu)分段的安裝，上建安裝，模塊支撐安裝和船殼及水線下油漆等作業(yè)。

(3) 改裝特點(diǎn)。改裝成FPSO后，由于增加了多點(diǎn)系泊等裝置(見圖2)，船型主尺度發(fā)生變化，尤其是船寬由58 m增加到近66 m。

圖2 多點(diǎn)系泊等裝置

(4) 建造設(shè)施的需求和改造方案。

對(duì)于超大型VLCC(30萬t)改裝成FPSO項(xiàng)目的塢內(nèi)改裝工程，大型干船塢是其必要條件，其主尺度不宜小于360 m×70 m(長×寬)。

某廠現(xiàn)有大型干船塢尺度為300 m×74 m(長×寬)，寬度能滿足要求，但長度不夠，工廠擬將該船塢進(jìn)行接長改造，使其更好適應(yīng)大型FPSO改裝項(xiàng)目的塢內(nèi)作業(yè)需求。

3.2碼頭及起重設(shè)施

(1) FPSO改裝碼頭作業(yè)內(nèi)容。① 第1次靠碼頭。主要進(jìn)行全船艙室開工藝孔、通道門、通風(fēng)、照明，舊設(shè)備、管路、電纜、儀表拆除，結(jié)構(gòu)測厚等常規(guī)修理工作。② 第2次靠碼頭。主要進(jìn)行全船結(jié)構(gòu)常規(guī)修理，繼續(xù)拆除舊設(shè)備、管路、電纜、儀表等，全船疲勞加強(qiáng)施工等工程。③ 第3次靠碼頭。主要進(jìn)行艏艉延伸結(jié)構(gòu)安裝，輸油平臺(tái)、多點(diǎn)系泊內(nèi)部加強(qiáng)安裝，艙內(nèi)設(shè)備管路安裝等工程。④ 第4次靠碼頭。主要進(jìn)行模塊、火炬塔、克令等吊裝(見圖3)，甲板艙室完整性安裝，油漆修補(bǔ)和空船試驗(yàn)等作業(yè)。

圖3 模塊吊裝

(2) 改裝特點(diǎn)。碼頭停靠次數(shù)較多，需要能安排足夠的碼頭泊位和?？恐芷?。對(duì)于前2次?？浚緸榇a頭常規(guī)修理內(nèi)容，后續(xù)2次則主要為改裝工程，其中對(duì)于大型模塊、火炬塔的吊裝需要借助海上浮吊完成。根據(jù)需要租借1艘2 600 t浮吊，用于吊裝160～2 000 t的平臺(tái)模塊上船。

(3) 建造設(shè)施需求。改裝工程對(duì)碼頭和吊車的能力有一定的要求，碼頭需具備?？?0萬t船舶的能力，考慮到吊裝件重量、船型寬度、上層建筑高度等因素，吊車噸位不宜小于100 t、吊幅不小于80 m、起吊高度不小于60 m。對(duì)于大型模塊的海上吊裝，則考慮租賃大型浮吊完成，故建造場地所在水域需要有較好的浮吊租賃市場。

3.3結(jié)構(gòu)加工設(shè)施

(1) 鋼材加工量及改裝特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)工程主要內(nèi)容有：主甲板改裝換新、大艙結(jié)構(gòu)改裝、生活區(qū)整體新造安裝、輸油平臺(tái)和多點(diǎn)系泊結(jié)構(gòu)新造安裝、艏艉甲板改裝等。

(2) 設(shè)施現(xiàn)狀?，F(xiàn)有船體車間面積5 436 m2，設(shè)計(jì)加工能力為年23 000 t。車間分為切割加工和鋼結(jié)構(gòu)裝焊2部分，配置有16 t和32 t橋式起重機(jī)，等離子切割機(jī)、油壓機(jī)和電焊機(jī)等設(shè)備。

(3) 設(shè)施需求及改造方案。FPSO項(xiàng)目改裝單艘鋼材消耗量約為每年19 000 t，加上工廠年修船鋼材消耗量約為每年20 000 t，全年鋼材消耗量約為39 000 t。車間能力不能滿足生產(chǎn)需求，需采取以下改造措施：

① 擴(kuò)建原有船體車間。按照?qǐng)龅貤l件，將船體車間向北接長48 m，接長后車間總面積約為8 000 m2。另新增橋式起重機(jī)、等離子切割機(jī)、電焊機(jī)和平板車等加工設(shè)備。改造后的船體車間工藝布置圖，如圖4所示。

圖4 改造后船體車間工藝布置圖

② 充分利用碼頭后方和船塢邊拆件堆場。碼頭后方拆件堆場長826 m，寬26 m，船塢邊拆件堆場長370 m，寬45 m。將以上場地改造為結(jié)構(gòu)件裝焊場地，通過新增龍門吊、移動(dòng)風(fēng)雨棚，增配相應(yīng)公用動(dòng)力點(diǎn)等措施，并結(jié)合碼頭和船塢上的門座起重機(jī)，提高結(jié)構(gòu)件裝焊能力。

③ 部分外協(xié)。根據(jù)周邊廠家的設(shè)施情況，考慮一定量的結(jié)構(gòu)件委外協(xié)作。

3.4舾裝加工設(shè)施

(1) 物量及改裝特點(diǎn)。管路29個(gè)系統(tǒng)，約22萬英寸徑(管道直徑為1英寸的一個(gè)基準(zhǔn)焊口計(jì)為1個(gè)英寸徑)焊接當(dāng)量管子；特種管約2.5萬英寸徑焊接當(dāng)量管子；機(jī)械350臺(tái)套；電纜敷設(shè)約90×104m。管路方面包括甲板面、大艙、泵艙、機(jī)艙等區(qū)域，約12 000條管路的預(yù)制和安裝試驗(yàn)。管子規(guī)格多，材料和成分復(fù)雜，加工量大，是普通油船的2～3倍。

(2) 設(shè)施現(xiàn)狀。機(jī)電綜合車間建筑面積8 862 m2，配置有機(jī)加工、電工、鉗工、特種設(shè)備維修、集配、單元組裝、電纜切割、設(shè)備安裝、起吊運(yùn)輸?shù)容^完善的設(shè)備。管子綜合車間建筑面積5 200 m2，承擔(dān)各系統(tǒng)管路的修理任務(wù)。

(3) 設(shè)施需求及改造方案。① 利用原有機(jī)電綜合車間。以車間現(xiàn)有設(shè)備為主，適當(dāng)填平補(bǔ)齊即可。② 原有管子綜合車間改造。為提高管子加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，在管子綜合車間內(nèi)安裝2條管子加工自動(dòng)生產(chǎn)線：1條加工通徑250 mm以下的中小徑管子，另1條加工通徑300 mm以上的大徑管子。主要設(shè)備有帶鋸切割機(jī)、法蘭裝配機(jī)、相貫線切割機(jī)、焊接滾輪架、法蘭變位器、CO2焊機(jī)、氬弧焊機(jī)、泵水設(shè)備、裝配平板以及起運(yùn)設(shè)備等。③ 新建特種管子車間。FPSO改裝項(xiàng)目2.5萬吋徑焊接當(dāng)量特種管主要為不銹鋼管和銅鎳管。根據(jù)建造規(guī)范和船東的要求，不銹鋼管、銅鎳管需要在恒溫條件下焊接，需建設(shè)1個(gè)相對(duì)封閉的恒溫焊接作業(yè)區(qū)。新建特種管子車間面積約1 500 m2。車間功能劃分為不銹鋼管加工區(qū)和銅鎳管加工區(qū)。其中焊接作業(yè)區(qū)為封閉的作業(yè)區(qū)域，焊接作業(yè)區(qū)要求：作業(yè)環(huán)境溫度為18～25℃，濕度不超過70%，焊接工位設(shè)排風(fēng)點(diǎn)，作業(yè)時(shí)需補(bǔ)新風(fēng)。特種管子車間工藝布置如圖5所示。

圖5 特種管子車間工藝布置圖

3.5涂裝設(shè)施

(1) 涂裝物量。FPSO改裝全船涂裝面積約為25×104m2，主要為大艙、船殼、主甲板、上建、管路和舾裝件等。

(2) 設(shè)施需求及改造方案。設(shè)置專用涂裝車間，船塢及碼頭室外涂裝相結(jié)合，若周邊協(xié)作方便，從單船F(xiàn)PSO改裝量來考慮，改裝分段及舾裝件的涂裝工作量可外協(xié)解決。

3.6倉儲(chǔ)設(shè)施

(1) 倉儲(chǔ)物量及需求。倉庫主要承擔(dān)相關(guān)舾裝物資，包括管路附件、閥門、儀器儀表、電纜和相關(guān)設(shè)備等的存放和周轉(zhuǎn)。單船F(xiàn)PSO改裝工程年舾裝物量約為1 275 t，其中管子為638 t，約21 848根，電纜長度約為210 km。按照船東要求，海工物資倉庫需與其他物資倉庫分開使用，對(duì)物資的入庫檢驗(yàn)以及堆放的要求很高，而且還需提供給船東自己存放物資的庫容。倉庫需調(diào)整擴(kuò)容，同時(shí)倉庫的定置管理也需提升。

(2) 設(shè)施現(xiàn)狀。廠區(qū)現(xiàn)有倉庫總面積約為2 706 m2，主要用于消耗性物資用品如各類吊具工具、焊材等和生產(chǎn)性物資用品如機(jī)電設(shè)備、大小五金、主輔機(jī)等附配件、標(biāo)準(zhǔn)件和易損件等。

(3) 改造方案。新建海工物資倉庫，建筑面積約4 000 m2。根據(jù)實(shí)際情況，可設(shè)置為簡易輕鋼結(jié)構(gòu)建筑，以經(jīng)濟(jì)適用為原則。

3.7輔助辦公設(shè)施

(1) 設(shè)施需求。FPSO改裝工程復(fù)雜、工作量大，船東往往派駐大量船東代表和質(zhì)檢人員。為此，工廠將較多的生產(chǎn)輔助辦公用房騰出供船東使用，而本廠輔助辦公用房相應(yīng)緊缺。

(2) 改造方案。對(duì)全廠生產(chǎn)輔助辦公用房統(tǒng)一調(diào)整布置，一部分交付船東、船檢使用，一部分作為公司生產(chǎn)辦公，不足部分新建。結(jié)合特種管子車間的建設(shè)，新增輔助用房建筑面積約為4 300 m2。

3.8上部模塊制作場地

FPSO改裝工程涉及到大量的模塊建造，如甲板面發(fā)電機(jī)模塊、脫硫模塊等。模塊的建造對(duì)工藝、精度、質(zhì)量、進(jìn)度和場地等要求較高，船東往往是交給國內(nèi)外專業(yè)承包商建造，模塊制作好后運(yùn)輸?shù)酱瑥S碼頭進(jìn)行吊裝。一般常規(guī)修船廠沒有足夠的場地和配套設(shè)施進(jìn)行大型模塊的建造，故委托外協(xié)情況較多。

4 建造工藝和生產(chǎn)管理的改進(jìn)與提高

4.1優(yōu)化改裝工藝

(1) 主甲板改造工程。采用加強(qiáng)主甲板工藝替換整體換新，不僅減少大量的鋼材消耗，還可節(jié)省工時(shí)，降低建造成本。據(jù)測算，采用新工藝整個(gè)改裝周期可減少約8個(gè)月。

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(2) 減少進(jìn)出塢次數(shù)和碼頭?？看螖?shù)。建造過程中進(jìn)一步優(yōu)化和創(chuàng)新建造工藝，采用更加合理的施工方案，減少進(jìn)出塢次數(shù)和碼頭?？看螖?shù)，可進(jìn)一步減少工時(shí)和成本，特別是對(duì)某些設(shè)施(如船塢)需要外部協(xié)作的情況，減少使用次數(shù)尤為關(guān)鍵。

(3) 模塊化建造。FPSO改裝項(xiàng)目中，上部模塊建造的附加值較船體改裝高，而模塊的建造對(duì)工藝、精度、質(zhì)量、進(jìn)度和場地等要求嚴(yán)格，需要較強(qiáng)的設(shè)計(jì)、建造及場地配套能力，模塊化建造將成為未來的發(fā)展趨勢。

4.2生產(chǎn)管理體系建設(shè)

FPSO改裝是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，船東對(duì)建造過程中的管理體系有嚴(yán)格的要求，如“5S”管理體系、質(zhì)量控制體系、安全管理體系、過程文件的可追溯性等，工廠需加強(qiáng)適應(yīng)海工建造的生產(chǎn)管理體系建設(shè)。

5 結(jié) 論

本文通過某船廠FPSO改裝工程實(shí)例的研究分析，對(duì)超大型VLCC改裝成FPSO這項(xiàng)海洋工程改造工程的主要建造工藝進(jìn)行了介紹，對(duì)常規(guī)修理船廠承接該業(yè)務(wù)所需的建造設(shè)施方面的需求和改造方案進(jìn)行歸納和總結(jié)，并對(duì)工廠建造工藝和生產(chǎn)管理等方面需改進(jìn)和提高的地方提出建議。通過本實(shí)例可得出，在滿足船塢、碼頭等必要的建造設(shè)施和外部協(xié)作配套條件下，國內(nèi)船企完全有能力承建復(fù)雜的FPSO改裝工程，搶占市場訂單，本文也將為這項(xiàng)工程的實(shí)施提供一些有益的參考。

[1] 龍漢新，陳雄劍. VLCC改裝為FPSO關(guān)鍵技術(shù)分析[J].廣船科技，2013,33(5)：19-23.

[2] 王洪斌，寧俊，王學(xué)彬，等. VLCC改裝FPSO工程改裝技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012(14).

[3] 曹學(xué)文，付春麗，戰(zhàn)永平，等. 30×104t FPSO 生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)[J]. 油氣田地面工程，2009,28(1):41-43.

FPSOModificationEngineeringConstructionFacilityRequirementsandReconstructionCaseAnalysis

CHEN Fei

(China Shipbuilding NDRI Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 200063， China)

The orders of FPSO modification project are frequently seen in the international market. A shipyard modification project is taken as an example and the main construction technology of VLCC modified into FPSO is introduced. The requirements of major construction facilities and modification projects are analyzed. Some suggestions for improvement of process and production are proposed, which provide some useful reference for the similar project in domestic shipyard.

FPSO； modification project; facility requirement

陳 飛(1976-)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇芭c海洋工程建造工藝

1000-3878(2017)05-0001-05

U673

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