FPSO塢修必要性分析

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

隨著油田開采深度和年限的日益增加，很多服役的FPSO已接近或達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，結(jié)構(gòu)腐蝕和設(shè)備設(shè)施磨損老化，運(yùn)行狀態(tài)欠佳，塢修需求日益增加。目前國內(nèi)已有10艘FPSO進(jìn)行過塢修，但由于工程特點(diǎn)不盡相同，未見FPSO塢修系統(tǒng)總結(jié)。相關(guān)的技術(shù)研究[1-3]并未涉及塢修必要性分析。因此，考慮結(jié)合已有的FPSO塢修項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范及運(yùn)營管理操作，對FPSO塢修的必要性進(jìn)行分析和總結(jié)。

1 法律法規(guī)及規(guī)范的影響

1.1 國家相關(guān)法規(guī)的規(guī)定

2010年，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局印發(fā)《浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO)安全規(guī)則》。

《安全規(guī)則》的第21章中規(guī)定，作業(yè)中的浮式裝置應(yīng)接受年度檢驗(yàn)、換證檢驗(yàn)及臨時(shí)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的目的是保證浮式裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)施出于良好的技術(shù)狀態(tài)。作業(yè)中的各種檢驗(yàn)由發(fā)證檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行，安全辦公室可隨時(shí)進(jìn)行安全監(jiān)督檢查。結(jié)構(gòu)、系泊系統(tǒng)、通用設(shè)備及管系、電氣裝置、監(jiān)控系統(tǒng)及其他的檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)按發(fā)證檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)規(guī)范規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)[4]。塢內(nèi)檢驗(yàn)或水下檢驗(yàn)的要求按發(fā)證檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)規(guī)范的規(guī)定辦理。

1.2 國際海事公約新規(guī)

國際海事法規(guī)要求，對營運(yùn)船舶進(jìn)行追溯性附加要求的設(shè)備須進(jìn)塢進(jìn)行安裝改造。

如壓載水公約，對于滿足適用要求的FPSO，需按照公約要求加裝壓載水處理裝置。加裝壓載水處理系統(tǒng)涉及壓載設(shè)備及壓載管路的改造，通?？紤]進(jìn)塢安裝。

如MARPOL防止空氣污染中有硫排放限定要求，對于適用的FPSO，須使用滿足硫含量的燃料油；或者因?yàn)槌杀驹?，根?jù)MARPOL防止空氣污染(Annex VI)第四條的要求，可以安裝等效硫排放的脫硫裝置進(jìn)行脫硫，以滿足等效的硫排放要求。加裝脫硫塔或其他類似裝置，應(yīng)考慮進(jìn)塢改裝。

1.3 各主要船級社對FPSO塢修的規(guī)定

通過對CCS、ABS、BV、DNV-GL等各主要船級社對于海上浮式裝置檢驗(yàn)維修部分規(guī)范的研究，總結(jié)得出，各家規(guī)范要求雖各有特點(diǎn)、略有不同，但總體上有很多共通之處。

根據(jù)各主要船級社的規(guī)范要求，F(xiàn)PSO的檢驗(yàn)一般分為年度檢驗(yàn)，中間檢驗(yàn)，特別檢驗(yàn)，底部外部檢驗(yàn)，鍋爐檢驗(yàn)，等。

海上浮式裝置每5年期限內(nèi)要進(jìn)行至少2次的底部及相關(guān)項(xiàng)目檢驗(yàn)。底部檢驗(yàn)通常在船塢內(nèi)進(jìn)行。對于狀況良好的浮式裝置，塢內(nèi)檢驗(yàn)可以用水下檢驗(yàn)方式替代，水下檢驗(yàn)代替塢檢需得到船級社認(rèn)可。

水下檢驗(yàn)的范圍主要包括船底板、首板、艉框架、舵、海底閥及海水閥箱及其保護(hù)裝置、通海件、舷外排出閥、海水旋塞和船體及海底閥的附屬件、推進(jìn)系統(tǒng)及螺旋槳、側(cè)推器部分、單點(diǎn)及臨時(shí)系泊系統(tǒng)及連接結(jié)構(gòu)、船體板的涂裝及防腐蝕保護(hù)、犧牲陽極鋅塊等。

在年度檢驗(yàn)、中間檢驗(yàn)及特別檢驗(yàn)中，會(huì)輔以一定的結(jié)構(gòu)測厚、無損探傷、密性試驗(yàn)及其他試驗(yàn)方法。如果檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)海上浮式裝置結(jié)構(gòu)有損傷、腐蝕，驗(yàn)船師認(rèn)為不影響結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)行安全、不需要立即修復(fù)的，船級社會(huì)在檢驗(yàn)報(bào)告上做記錄。對于水下部分有遺留記錄的，在用水下檢驗(yàn)代替塢檢時(shí)，須向船級社申請，對于水下部分有嚴(yán)重腐蝕或者有嚴(yán)重?fù)p壞影響裝置安全運(yùn)行的海上浮式裝置，不可以用水下檢驗(yàn)替代塢內(nèi)檢驗(yàn)。

對于影響結(jié)構(gòu)安全或運(yùn)行安全的損傷，任何與超過許用極限的結(jié)構(gòu)耗蝕有關(guān)的損壞或大面積的耗蝕超過許用極限，驗(yàn)船師認(rèn)為將影響浮式裝置的結(jié)構(gòu)、水密和風(fēng)雨密完整性時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行立即徹底修理。對于不能在生產(chǎn)現(xiàn)場或漂浮狀態(tài)完成修復(fù)的，須進(jìn)塢檢修。

對于存在可疑區(qū)域、壓載艙涂裝狀況一般或較差的FPSO，可疑區(qū)域和壓載艙涂裝狀一般或較差的區(qū)域，作為船級社年檢必檢項(xiàng)目和測厚項(xiàng)目，一旦發(fā)現(xiàn)板材腐蝕損耗超過許用極限，必須做換板處理。建議有疑區(qū)域的損耗或涂裝狀況較差壓載艙，提前做換板處理并及時(shí)修復(fù)涂層，必要時(shí)重新涂裝。情況嚴(yán)重時(shí)，考慮進(jìn)塢維修。

2 設(shè)計(jì)因素的影響

2.1 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通常在FPSO設(shè)計(jì)開發(fā)之初，都會(huì)根據(jù)各方要求及相關(guān)規(guī)范設(shè)定FPSO的船體設(shè)計(jì)壽命，限制進(jìn)塢大修的年限。

船體設(shè)計(jì)壽命是基于船體防腐保護(hù)處于良好的狀態(tài)，如果防腐系統(tǒng)開始失效，則會(huì)導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)提前腐蝕、損壞。因此，在限制年限到期之前，應(yīng)開展FPSO檢驗(yàn)工作，評估是否進(jìn)塢檢修，即：進(jìn)塢應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況決定。

2.2 防腐蝕系統(tǒng)設(shè)計(jì)

FPSO在高鹽分、氣候條件惡劣的海洋環(huán)境中作業(yè)，所有的結(jié)構(gòu)表面及生產(chǎn)設(shè)施都應(yīng)有足夠的防腐蝕措施。

2.2.1 壓載艙防腐系統(tǒng)

壓載艙的防腐系統(tǒng)通常采用涂層與陰極保護(hù)聯(lián)合的方式。對于海上浮式結(jié)構(gòu)，壓載艙的涂層多為高效長壽命防腐蝕涂料。壓載艙的涂裝設(shè)計(jì)壽命與浮式裝置入塢有直接的關(guān)系。在壓載艙涂裝設(shè)計(jì)壽命(通常為10～15年)到期前，浮式裝置應(yīng)入塢進(jìn)行重新涂裝。陰極保護(hù)包括犧牲陽極或外加電流，通常設(shè)計(jì)為同浮式裝置同壽命，在運(yùn)營過程中應(yīng)定期檢查維護(hù)，以做到保護(hù)壓載艙防腐蝕的作用。若陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)壽命小于浮式裝置壽命，則應(yīng)在陰極保護(hù)失效前考慮進(jìn)塢更換。

2.2.2 外板防腐系統(tǒng)

水線下常浸于水中的防腐蝕，通常采用陰極保護(hù)與涂層聯(lián)合的防腐蝕措施。涂層通常為高效長壽命防腐蝕涂層，通常有底漆、連接漆及防污漆組成。水線以上部位通常采用高效長壽命的防腐涂料，通常設(shè)計(jì)壽命為10～15年。外板涂層的設(shè)計(jì)壽命與浮式裝置的入塢檢修有密切關(guān)系，在外板涂裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命到期之前，浮式裝置應(yīng)當(dāng)入塢進(jìn)行重新涂裝。若陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)壽命小于浮式裝置壽命，則應(yīng)在陰極保護(hù)失效前考慮進(jìn)塢更換。

2.3 系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系泊系統(tǒng)是海上浮式裝置固定、定位的裝置總成。船式的FPSO通常采用單點(diǎn)系泊的方式。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)通常有錨纜、浮筒、柔性立管系統(tǒng)、吸力錨、水下基盤、單點(diǎn)艙設(shè)備及相關(guān)的防腐蝕系統(tǒng)等組成。系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命一般在15年左右，在達(dá)到系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命之前，應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)設(shè)備的實(shí)際情況，對勞損嚴(yán)重的設(shè)備進(jìn)行更換，如不能在生產(chǎn)狀態(tài)下或者在海上漂浮狀態(tài)下進(jìn)行的檢修或更換，需考慮進(jìn)塢檢修。

2.4 其他通海設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

FPSO上包含諸多與海水聯(lián)通或者以海水為工作介質(zhì)的系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)中又包含有不同的屬件，如管系、各式各樣的閥門、控制單元、保護(hù)裝置等。通常在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備及系統(tǒng)都會(huì)指定設(shè)計(jì)壽命及檢修年限。對于到達(dá)系統(tǒng)壽命或檢修年限，不能在海上漂浮生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行的檢修或更換，則根據(jù)實(shí)際情況考慮進(jìn)塢檢修。如海底門及其保護(hù)格柵、各式各樣的海通閥、通海件屬件及其保護(hù)裝置、貨油艙內(nèi)閥門、海水冷卻與循環(huán)系統(tǒng)的屬件、海水旋塞等。

3 實(shí)際運(yùn)維狀態(tài)的影響

3.1 船體結(jié)構(gòu)狀態(tài)

FPSO長期在各種天氣情況下生產(chǎn)運(yùn)行，船體結(jié)構(gòu)經(jīng)受著浪、涌的周期性負(fù)載，經(jīng)受風(fēng)、水流等外力沖擊、貨物載荷交替變更、壓載負(fù)荷的不規(guī)律變更以及生產(chǎn)過程中其他外力的沖擊。必須定期檢驗(yàn)、評估船體主要結(jié)構(gòu)的安全性。船級社會(huì)根據(jù)規(guī)范要求定期對FPSO做年度年檢、中間檢驗(yàn)、換證檢驗(yàn)等。檢驗(yàn)中如果發(fā)現(xiàn)船體主要結(jié)構(gòu)的耗蝕超過船級社標(biāo)準(zhǔn)、主要結(jié)構(gòu)變形、損壞、開裂等缺陷，在海上不能完成鋼板更換的，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)塢維修。

另外對于船級社要求的且在日常生產(chǎn)運(yùn)營過程中無法完成的檢驗(yàn)內(nèi)容，如壓載艙、油艙的全面檢測檢驗(yàn)，海底閥箱、水下排放口檢查檢驗(yàn)，舭龍骨、船底板檢查檢驗(yàn)，船體海生物、陰極保護(hù)系統(tǒng)檢查，內(nèi)轉(zhuǎn)塔靠近艙底水線面以下結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)檢查，單點(diǎn)轉(zhuǎn)塔浮筒與船體連接結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)，等，可根據(jù)船級社的意見，必要時(shí)進(jìn)塢完成檢查。

對于在役FPSO，還可以對FPSO的狀態(tài)進(jìn)行安全評估，包括主要船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評估、系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)評估、火炬塔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)評估、生產(chǎn)模塊結(jié)構(gòu)評估，等。船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度評估可以采取直接計(jì)算法，基于FPSO實(shí)際的結(jié)構(gòu)狀況及測厚結(jié)果，通過船中最小垂向模數(shù)校核計(jì)算、船段屈服強(qiáng)度和屈曲強(qiáng)度分析計(jì)算、船體梁目標(biāo)段抗剪能力和疲勞強(qiáng)度計(jì)算等，對船體在計(jì)算工況下的承受能力進(jìn)行評估，判斷船體結(jié)構(gòu)是夠滿足安全運(yùn)行的要求[5]。對火炬塔、直升機(jī)平臺(tái)、生產(chǎn)模塊等局部結(jié)構(gòu)的評估可通過直接計(jì)算法或有限元分析計(jì)算，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的分析計(jì)算，以判斷是否滿足安全生產(chǎn)運(yùn)行的要求。對于通過計(jì)算分析，強(qiáng)度要求不滿足安全生產(chǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)或者修復(fù)。不能在海上完成修復(fù)作業(yè)的，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)塢維修。

3.2 防腐蝕系統(tǒng)狀態(tài)

壓載艙防腐蝕系統(tǒng)和外板防腐蝕系統(tǒng)是影響FPSO塢修必要性的重要因素。通常，壓載艙的防腐蝕系統(tǒng)有防腐涂層和陰極保護(hù)(犧牲陽極)組成。實(shí)際運(yùn)營中，壓載艙處在海水交替浸泡，鹽分蒸汽籠罩的惡劣環(huán)境中，如果壓載艙涂層老化，破損超過限度，鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)腐蝕會(huì)加劇，影響FPSO的結(jié)構(gòu)壽命。而壓載艙的涂裝很難在正常生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行重新涂裝，應(yīng)考慮進(jìn)塢進(jìn)行噴砂，重新涂裝，以保證壓載艙防腐系統(tǒng)的有效性。

水線下浸泡海水的區(qū)域通常有防腐蝕涂層和陰極保護(hù)(犧牲陽極或外加電流)組成，防腐涂層采用高效長壽命的涂料。在年限到達(dá)之前，外板防腐涂層的實(shí)際運(yùn)維狀態(tài)及檢查的結(jié)果對進(jìn)塢有重要的影響。外板的涂裝經(jīng)常受到各種外力，惡劣環(huán)境，撞擊，涂裝施工因素等因素的影響，如果檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)外板涂層老化嚴(yán)重，破損超過限度，應(yīng)當(dāng)考慮修補(bǔ)，嚴(yán)重的應(yīng)考慮進(jìn)塢重新涂裝。

3.3 系泊系統(tǒng)狀態(tài)

FPSO長期系泊在海上油田附近，系泊系統(tǒng)經(jīng)受著洋流、巨浪甚至臺(tái)風(fēng)的侵襲。在巨大的外力作用下，系泊系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)受到損傷。系泊系統(tǒng)的運(yùn)維狀態(tài)直接影響著系泊系統(tǒng)的安全，對FPSO入塢必要性有直接的影響。

對單點(diǎn)艙系泊設(shè)備及結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢驗(yàn)，確保系泊系統(tǒng)處于安全的運(yùn)營狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)單點(diǎn)系泊設(shè)備損壞，故障等不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，或有重大安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)對系泊系統(tǒng)進(jìn)行評估。通過系泊纜張力計(jì)算、疲勞強(qiáng)度計(jì)算及船體漂移分析，對系泊系統(tǒng)在極限工況下承載能力進(jìn)行評估。若超出安全界限，應(yīng)解脫并對系泊裝置進(jìn)行修復(fù)。另外，F(xiàn)PSO單點(diǎn)艙室水下結(jié)構(gòu)、船體水下結(jié)構(gòu)的檢查檢驗(yàn)項(xiàng)目無法在正常生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行，在必要的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)船級社意見進(jìn)行進(jìn)塢檢驗(yàn)。

3.4 其他通海系統(tǒng)狀態(tài)

海底閥箱、各式海通閥是保證浮式裝置結(jié)構(gòu)安全、密性安全的重要設(shè)備系統(tǒng)。有必要對這些系統(tǒng)進(jìn)行定期檢驗(yàn)，包括結(jié)構(gòu)完整性檢驗(yàn)及功能完整性檢驗(yàn)。但是，海底閥箱、通海閥、舵、螺旋槳、海底門、海底塞、舵銷與其相應(yīng)的保護(hù)裝置、海水冷卻與循環(huán)系統(tǒng)的屬件、裝卸設(shè)施等無法在漂浮狀態(tài)下進(jìn)行檢修、保養(yǎng)。當(dāng)此類結(jié)構(gòu)、設(shè)備存在損壞、過度腐蝕、功能損失等缺陷，影響裝置安全性及使用性能，又不能在裝置正常漂浮狀態(tài)下完成修復(fù)或更換時(shí)，需考慮進(jìn)塢完成修復(fù)。

4 油田生產(chǎn)管理的影響

4.1 設(shè)備更新升級和提升產(chǎn)能

隨著油田生產(chǎn)開采的進(jìn)行，油田生產(chǎn)對FPSO上部模塊處理設(shè)施的需求有所變化，如增加原油處理能力，增設(shè)LPG處理單元、修復(fù)單點(diǎn)油滑環(huán)、新增內(nèi)燃機(jī)模塊、增加水處理模塊等[6]。此外，對于不滿足生產(chǎn)需求的設(shè)備系統(tǒng)，需要升級更新設(shè)備和系統(tǒng)。這些設(shè)備系統(tǒng)的改造升級，無法在海上生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)下完成的，可考慮進(jìn)塢檢修并改造。

4.2 延長裝置服役年限

根據(jù)油田的生產(chǎn)計(jì)劃，如果需要FPSO延長油田服役年限，則需要進(jìn)塢對結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級、加強(qiáng)與改造。例如“海洋石油111”的原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命為20年，由于生產(chǎn)的需要在2018年進(jìn)塢時(shí)做了船體結(jié)構(gòu)延壽改造。