FPSO改裝項目內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)及安裝工藝

柴文濤

(上海華潤大東船務(wù)工程有限公司，上海202155)

0 引 言

目標船型浮式生產(chǎn)儲卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO)[1]改裝之前是一艘典型的FPSO，但已在海上廢棄數(shù)年，本次改裝主要對其進行翻新、延長壽命和改造。本船根據(jù)馬來西亞萊昂油田海上服務(wù)所需的船級規(guī)則以及現(xiàn)行規(guī)范、標準和法規(guī)，對浮式、加工、儲存和卸載服務(wù)進行正式認證，預計使用壽命為20 a。

根據(jù)不同的海域和海況，目前世界上的FPSO主要采用以下幾種系泊方式：單點-轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)，多點-伸展系泊系統(tǒng)以及動力定位系統(tǒng)。單點系泊系統(tǒng)的應(yīng)用目前較為普遍[2-3]。本文FPSO之前艏部安裝了內(nèi)部轉(zhuǎn)塔浮標系泊系統(tǒng)，改裝前應(yīng)先將原有系統(tǒng)拆除，包括管道系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其附件，然后再安裝新的內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)。下文對該船內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)的組成和安裝工藝進行詳細闡述。

1 內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)組成

該船內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)可分為3個部分：接口項目、旋轉(zhuǎn)側(cè)項目和對地靜止側(cè)項目。

(1) 接口項目。所有有助于FPSO風向標的項目被認為是接口項目。通常，接口項目是單個組件(如旋轉(zhuǎn)立管和回轉(zhuǎn)軸承)，包括旋轉(zhuǎn)元件和對地靜止元件。旋轉(zhuǎn)元件應(yīng)固定在FPSO上，并且應(yīng)能夠作為風向標；對地靜止元件應(yīng)固定在轉(zhuǎn)塔上，并通過系泊鏈阻止其移動。當FPSO作為可自由調(diào)節(jié)的風向標時，對地靜止元件通常只能進行平移，不能旋轉(zhuǎn)，被認為是“單點”。

(2) 旋轉(zhuǎn)側(cè)項目。包括所有固定在FPSO上的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、儀器和加工管線，并能在接口項目周圍作為自由調(diào)節(jié)的風向標。

(3) 對地靜止項目。其是指所有直接與系泊鏈連接的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、儀器和加工管線，不能旋轉(zhuǎn)。

表1為內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)主要項目明細。

表1 內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)主要項目明細

典型的內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)主要由FPSO內(nèi)的2個同心軸組成。外部軸(月池)對FPSO進行加強，對地靜止內(nèi)軸(轉(zhuǎn)塔軸)由一系列系泊鏈限制其旋轉(zhuǎn)和移動過度。內(nèi)外軸通過上部的回轉(zhuǎn)軸承組成一個整體，并通過安裝在FPSO龍骨附近的滑動軸承(下軸承)提供額外的徑向約束。圖1為內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)的總體布置圖。

圖1 內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)的總體布置圖

1.1 對地靜止項目

(1) 轉(zhuǎn)塔軸。轉(zhuǎn)塔軸是1個圓柱形結(jié)構(gòu)，位于FPSO的月池內(nèi)。轉(zhuǎn)塔軸是轉(zhuǎn)塔靜止側(cè)所有系泊載荷和立管載荷的主要載荷路徑。軸形成一個系泊鏈與靜止側(cè)回轉(zhuǎn)支承界面之間的連續(xù)載荷路徑。將轉(zhuǎn)塔軸設(shè)計為可到達的結(jié)構(gòu)，并容納一系列平臺，以便在安裝期間進入轉(zhuǎn)塔水下結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)塔上部具有一個機加工面，以安裝回轉(zhuǎn)軸承，回轉(zhuǎn)軸承連接旋轉(zhuǎn)側(cè)與對地靜止側(cè)，并允許船只在轉(zhuǎn)塔周圍作為自由風向標。

(2) 錨鏈平臺。系泊鏈通過1套止鏈器機械固定在轉(zhuǎn)塔軸上。止鏈器位于靠近FPSO龍骨附近的區(qū)域，并由耳軸外殼提供支撐。這種結(jié)構(gòu)被稱為錨鏈平臺，組成了轉(zhuǎn)塔軸的下半部分。錨鏈平臺有3個主要功能：①在系泊鏈與轉(zhuǎn)塔軸之間提供連續(xù)的負載路徑；②提供與位于FPSO月池內(nèi)的下軸承墊塊相連接的接觸面；③提供1套用于連接彎曲加強筋的安裝法蘭。

通過系泊分析可確定錨鏈平臺的配置，本項目最終確定為軸對稱3根×2根×2根。錨鏈平臺的設(shè)計應(yīng)便于傳遞轉(zhuǎn)塔靜止側(cè)與月池之間的徑向載荷。本項目采用包裹一層直接焊接到錨鏈平臺外壁的鉻鎳鐵合金的設(shè)計方式，鉻鎳鐵合金應(yīng)加工至精密公差，為下軸承墊塊提供光滑的運轉(zhuǎn)表面。

(3) 回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)的主要功能是從轉(zhuǎn)塔軸給旋轉(zhuǎn)立管(對地靜止項目)提供結(jié)構(gòu)支撐?；剞D(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)除了主回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以外，還應(yīng)包括若干支撐平臺以及加工管線和安裝設(shè)備等附件。

(4) 基樁。系泊鏈通過沉樁錨(基樁)錨固在海床上?；鶚稙閳A柱形鋼構(gòu)件，在泥線下方配有系泊吊耳。

1.2 旋轉(zhuǎn)側(cè)項目

(1) 月池。月池為包圍轉(zhuǎn)塔的直接容器結(jié)構(gòu)，由水密八角形艙壁組成，與轉(zhuǎn)塔軸組件同心。月池的主要功能是加強FPSO，并為轉(zhuǎn)塔軸提供水密結(jié)構(gòu)界面。在FPSO的龍骨附近，安裝下支座以便于安裝下軸承墊塊，且其與轉(zhuǎn)塔軸外壁上的鉻鎳鐵合金運行表面對齊。

(2) 月池集成結(jié)構(gòu)。月池附帶月池集成結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)位于FPSO的上層甲板，并包含1個機械加工表面，以支撐回轉(zhuǎn)軸承的旋轉(zhuǎn)側(cè)。

(3) 門架。轉(zhuǎn)塔門架提供進入旋轉(zhuǎn)立管的通道，并包含機械裝卸設(shè)施，以便拆卸和重新組裝海上流體旋轉(zhuǎn)接頭。門架包含所有走道、通道平臺、管道、管支架和轉(zhuǎn)塔機械裝卸設(shè)施。門架機械裝卸系統(tǒng)可設(shè)計為與旋轉(zhuǎn)支架上的裝卸系統(tǒng)連接，以便于在海上機械搬運閥門和清管器接收器。其至少需包括懸臂吊艇架和圓形單軌(甲板下)，以用于將設(shè)備(包括清管器)從轉(zhuǎn)塔搬運至月池堆放區(qū)(FPSO主甲板)。

(4) 圍堰(臨時結(jié)構(gòu))。在FPSO拆除月池的過程中，龍骨上的開孔需用圍堰圓板加固和密封。圍堰的目的是提供水密防護屏障，以方便在碼頭進行月池的拆舊和安裝工作。

(5) 旋轉(zhuǎn)側(cè)管架。管架和電纜托架為主要處理管線、公用設(shè)施、噴淋管線、電纜等提供支撐，管架制作界面應(yīng)在門架處終止。

1.3 接口項目

接口項目中比較關(guān)鍵的是旋轉(zhuǎn)立管和回轉(zhuǎn)軸承。旋轉(zhuǎn)立管通過螺栓連接在回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)上，而回轉(zhuǎn)軸承則通過螺栓安裝在月池集成結(jié)構(gòu)上。由于旋轉(zhuǎn)立管必須正確居中于轉(zhuǎn)塔軸上方，并且與回轉(zhuǎn)軸承軸向居中，因此在安裝前必須進行局部尺寸測量，才能進行最終加工安裝工作。

2 內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)安裝工藝

(1)拆除原船的護舷結(jié)構(gòu)以安裝新制圍堰(在FPSO第一次進干塢期間)。需注意在布置塢墩時避開安裝圍堰的區(qū)域。在護舷拆除工作結(jié)束后，安裝新的臨時圍堰。由于安裝高度有限，須采用滑移軌道將圍堰平移至月池下方，隨即完成圍堰安裝工作。(2)將FPSO拖出干塢，移至碼頭進行下一步安裝工作。(3)將原船轉(zhuǎn)塔上部結(jié)構(gòu)割除，進行月池內(nèi)部原轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)所有部件的拆除工作。當拆除工作結(jié)束后，在月池周圍區(qū)域安裝新的加強筋，以滿足新的設(shè)計載荷。(4)按照圖紙要求，安裝錐形封板以及下軸承支撐結(jié)構(gòu)。(5)安裝內(nèi)部轉(zhuǎn)塔導向裝置，共3套。(6)采用激光定位儀，結(jié)合實測月池內(nèi)部的徑向數(shù)據(jù)，先確定內(nèi)部轉(zhuǎn)塔軸線方向的理論中心線，再確定位于基線上的定位基準點。需注意的是，船舶不能出現(xiàn)任何橫傾或縱傾現(xiàn)象。(7)安裝鏜排設(shè)備，按照圖紙精度要求對垂直于船體結(jié)構(gòu)的下軸承支撐結(jié)構(gòu)進行機加工。(8)準備垂向和橫向定位用的頂升油缸，橫向油缸3套，垂向油缸8套。(9)在下軸承支撐結(jié)構(gòu)的支架上安裝3套橫向頂升油缸，成120°角均布。(10)在臨時圍堰上安裝8套垂向頂升油缸，聯(lián)接并形成一個3點系統(tǒng)。(11)通過螺栓將聚四氟乙烯墊片固定在下部軸承支撐結(jié)構(gòu)上，作為轉(zhuǎn)塔軸鉻鎳鐵合金表面的墊片(聚四氟乙烯墊片沿周長方向均布，共15套)。(12)分別在垂向頂升油缸上安裝聚四氟乙烯墊片，共8處。(13)在臨時圍堰上安裝內(nèi)部轉(zhuǎn)塔軸回轉(zhuǎn)定位銷。(14)連接轉(zhuǎn)塔軸和月池集成結(jié)構(gòu)。先將安裝場地上支撐轉(zhuǎn)塔軸的支撐塊固定完畢，接著將轉(zhuǎn)塔軸吊至支撐塊上，吊起月池集成結(jié)構(gòu)至轉(zhuǎn)塔軸上方并緩慢下放，直至月池集成結(jié)構(gòu)接觸轉(zhuǎn)塔軸上的臨時支撐，調(diào)整位置確保集成結(jié)構(gòu)上的標記與轉(zhuǎn)塔軸上的標記一一對應(yīng)，隨后通過6套頂升螺栓將集成結(jié)構(gòu)上的上軸承支撐與轉(zhuǎn)塔軸連接。過程中確保集成結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)塔軸的間隙滿足圖紙要求，必要時使用墊片調(diào)整。完成焊接工作后將掣鏈器收進轉(zhuǎn)塔軸內(nèi)部，確保其不超出轉(zhuǎn)塔軸的最下沿。(15)將轉(zhuǎn)塔軸吊至月池上方，并緩慢下放，在此過程中確保已焊接在轉(zhuǎn)塔軸上的月池集成結(jié)構(gòu)與FPSO無任何接觸。在下放至下軸承支撐時須特別注意，已經(jīng)安裝的3套導向裝置會確保轉(zhuǎn)塔順利下放。同時，在下放過程中不能破壞轉(zhuǎn)塔軸鉻鎳鐵合金表面，已安裝的聚四氟乙烯墊片會有效地保護轉(zhuǎn)塔軸的噴鍍表面。(16)通過回轉(zhuǎn)定位銷，轉(zhuǎn)塔軸在基本下放到位后，通過調(diào)整橫向和垂向的頂升油缸，以確保轉(zhuǎn)塔軸的中心線垂直于已經(jīng)確定好的基準面。檢查轉(zhuǎn)塔軸的垂向位置，確保其垂直對齊軸承支撐結(jié)構(gòu)。完成月池集成結(jié)構(gòu)與FPSO間的焊接工作(包括插入板)。再次檢查確認轉(zhuǎn)塔軸的中心線仍垂直于基準面。(17)按照圖紙要求對月池集成結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)塔軸的法蘭上表面進行機加工，確保其與回轉(zhuǎn)軸承下表面相匹配。在與回轉(zhuǎn)軸承直接接觸的法蘭面上鉆螺栓孔，然后再將回轉(zhuǎn)軸承安裝在月池集成結(jié)構(gòu)上。拆除所有的臨時支撐/頂升螺栓/導向裝置/聚四氟乙烯墊片等，然后進行內(nèi)部轉(zhuǎn)塔的回轉(zhuǎn)試驗，檢查下軸承處的間隙是否滿足下軸承墊塊廠家的要求。確認無誤后，再進行下軸承墊塊的安裝。當墊塊安裝接觸后，進行內(nèi)部轉(zhuǎn)塔的第二次回轉(zhuǎn)試驗，試驗結(jié)構(gòu)應(yīng)符合廠家的相關(guān)指導文件。(18)進行回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)安裝工作。(19)將門架結(jié)構(gòu)安裝至FPSO的上甲板上，包括旋轉(zhuǎn)側(cè)的管路。(20)將旋轉(zhuǎn)立管下放并通過門架結(jié)構(gòu)后再安裝到基座上。連接旋轉(zhuǎn)驅(qū)動臂到門架結(jié)構(gòu)上。完成管路連接和電纜連接等工作。(21)進行最終的轉(zhuǎn)動試驗，達到船舶所有人的驗收要求。(22)FPSO再次進干船塢，拆除月池下方的臨時圍堰，將管路法蘭、掣鏈器等調(diào)整至最終位置。

3 結(jié) 語

該FPSO在公司的改裝周期近10個月，目前已成功交付。其中，內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)的安裝工作有一定挑戰(zhàn)性，由于大型FPSO內(nèi)部轉(zhuǎn)塔的質(zhì)量較大，因此浮吊船的使用必不可少，安裝過程常受天氣、人員經(jīng)驗不足等因素影響，最后整個內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)順利地完成了安裝并得到船舶所有人的認可。通過本次改裝項目，比較系統(tǒng)地學習了內(nèi)部轉(zhuǎn)塔系泊系統(tǒng)的原理和組成部分，并積累了相關(guān)寶貴的安裝經(jīng)驗。