大型FPSO船舶進塢工藝研究

趙山泉，徐欣港，葛秀剛，趙建霖

（海洋石油工程（青島）有限公司， 山東 青島 266520）

FPSO（Floating Production Storage and Offloading），即浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置，可對原油進行初步加工并儲存，被稱為“海上石油工廠”。FPSO主要由船體、生產(chǎn)處理油氣的上部模塊和水下單點系泊系統(tǒng)三部分組成，一般適用于20～2000m不同水深和各種環(huán)境的海況。船舶進出塢操作是船塢使用環(huán)節(jié)中的重要操作，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，對能源需求量不斷增加。大型FPSO的建造對船塢的進出塢操作提出了更高要求，特別是隨著模塊化標(biāo)準(zhǔn)化的推進，船體建造和船體上工藝模塊建造的分開，船體在專業(yè)船廠建造，上部模塊在模塊建造場地建造，然后再將船體進行整體集成，對船體重新進塢集成工作的進塢操作要求就更高更嚴(yán)格。本文結(jié)合項目實際對大型FPSO船舶進塢工藝進行分析研究，特別是在相關(guān)精度就位等方面進行了分析，以提高船舶進塢精度就位水平。

實際項目FPSO參數(shù)：總長：255.8m，型寬：48.9m，型深：26.6m；實際船塢參數(shù)：船塢長：420m，船塢寬110m，船塢深度-8.1m。

1 FPSO船舶進塢前準(zhǔn)備

1.1 標(biāo)識點的設(shè)置

為確保FPSO落墩精度，在船廠建造的船體上標(biāo)識點、船塢地面標(biāo)識點進行設(shè)置，并對標(biāo)識點進行數(shù)據(jù)采集，同時在船體與模塊進行集成的目標(biāo)船塢內(nèi)進行地面標(biāo)識點、地面標(biāo)高標(biāo)識點設(shè)置。

標(biāo)識點設(shè)置：

標(biāo)識點形式：

圖1

1.2 環(huán)境條件

塢門關(guān)閉。移泊、進塢操作水位：按龍骨裕度≥0.5m；風(fēng)速：≤10.7m/s（6級以下），夜間＜7.9m/s（5級以下）；能見度：＞640m（2.5倍船長）；水流流速：≤1m/s。

1.3 拖輪規(guī)格參數(shù)選型

基于FPSO的規(guī)格參數(shù)、拖航水域空間限制、拖航行程以及作業(yè)效率綜合考慮，按照以往類似作業(yè)經(jīng)驗，選擇5條拖輪進行作業(yè)。具體拖輪技術(shù)參數(shù)見表1：

表1

1.4 拖輪拖力核算

根據(jù)CB 4293-2013《船舶進出塢作業(yè)安全規(guī)程》要求，船舶進出塢時的風(fēng)速（風(fēng)力）＜10.8m/s（6級風(fēng)），同時經(jīng)查詢《青島基地三期水工結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書》，得知灣內(nèi)平均流速大潮期為0.1m/s左右。此處計算船舶所受風(fēng)流力，是為了核對拖輪拖力在最大工況狀態(tài)下是否滿足拖航需求，因此選擇10.8m/s風(fēng)速進行計算。風(fēng)向設(shè)定為船舶的最大受力狀態(tài)，即垂直于船舶縱剖面。水流流速選擇0.1m/s進行計算，流向同樣設(shè)定為垂直于船舶縱剖面。

（1）作用在船舶上的風(fēng)載荷

作用在船舶上的風(fēng)壓力垂直于船舶縱剖面方向的橫向分力和平行于船舶縱剖面的縱向分力。按以下公式計算：

式中：Fxw，F(xiàn)yw—船舶所受風(fēng)壓力的橫向分力和縱向分力（kN）；Axw，Ayw—船體水面以上橫向和縱向受風(fēng)面積（m2）；Vx，Vy—風(fēng)速的橫向和縱向分量（m/s）；ζ1—風(fēng)壓不均勻折減系數(shù)；ζ2—風(fēng)壓高度變化修正系數(shù)。

按最大工況計算，風(fēng)向垂直于船舶縱剖面，僅計算Fxw：

船舶水面以上橫向受風(fēng)面積（含船體水面以上結(jié)構(gòu)、生活樓、已安裝完成的生產(chǎn)模塊）：

Axw=8016.2m；風(fēng)速取7.9m/s；Vx=7.9m/s

表2 風(fēng)壓不均勻折減系數(shù)（表E.0.3）

風(fēng)壓不均勻折減系數(shù)ζ 1，船舶總長為255.80m≥250m，ζ1取0.60

表3 風(fēng)壓高度變化修正系數(shù)（表E.0.4）

風(fēng)壓高度變化修正系數(shù)ζ2，船舶吃水為5m，船舶最大高度為50.2m（此值為船舶外底板至生活樓頂部的高度值），50.2-5=45.2m≥30m，ζ2取1.54

船舶所受橫向風(fēng)力：

Fxw=73.6×10-5×8016.2×7.92×0.60×1.54

Fxw=340.23kN

（2）作用在船舶上的水流力

按最大工況計算，水流方向垂直于船舶縱剖面，水流對船舶作用產(chǎn)生的水流力，按以下公式計算：

式中：Fxc—水流對船舶作用產(chǎn)生的橫向力；Cxc—水流力橫向分力系數(shù)；ρ —海水密度（t/m3）；V —水流速度（m/s）；Ayc—相應(yīng)裝載情況下的船舶水下部分平行水流方向的投影面積（m2）。

水流力橫向分力系數(shù)：

式中：α1，b1—系數(shù)；θ —流向角（°），當(dāng)θ＞90°時，按其補角計算。

表4 系數(shù)a1，b1，a2，b2值（表F.0.4）

經(jīng)查詢最近港池掃海圖，拖航水域水深在9m以上，考慮上限情況，d=9m，拖航時船舶的吃水為D=5m，d/D=1.8＞1.5，α1=1.15，b1=0.05；

Cxc=1.15×3.14×90/180+0.05=1.8555

Ayc=B′cosθ

式中：B′ —船舶吃水線以下的橫向投影面積（m2）；

由于水流方向垂直于船舶縱剖面，故Ayc=B′=1154.88m2

水流對船舶作用產(chǎn)生的橫向水流力：

Fxc=0.5×1.8555×1.025×0.12×1154.88

Fxc=10.98kN

（3）拖輪拖力校核

在船舶進出塢作業(yè)所允許的最大工況下， 船舶所承受的風(fēng)流力：F=Fxw+Fxc=340.23+10.98=351.21kN，即35.84噸；

除去5#綁拖拖輪，其它4條拖輪的總拖力為T=60+60+60+60=240噸；

安全作業(yè)系數(shù)n=T/F=240/35.84=6.7；所選拖輪拖力滿足作業(yè)要求。

遭遇陣風(fēng)時拖輪應(yīng)急能力核算：

在拖航過程中，對于可能遭遇到的陣風(fēng)狀況，在此按陣風(fēng)7 級進行考慮，風(fēng)速取上限17.1m/s，代入上述計算過程，所得風(fēng)流力為1605.08kN，即163.8噸；5條拖輪總拖力為T′=60+60+60+60+60=300噸＞163.8噸，滿足要求。

2 拖航流程

本次拖航作業(yè)，共分7個步驟，每個步驟的主要作業(yè)內(nèi)容如下：

步驟1：解纜作業(yè)。

引水指揮2#、4#拖輪控制FPSO進行解纜作業(yè)，如圖2所示：

圖2 FPSO進行解纜作業(yè)示意圖

步驟2：解纜離泊。

1#、3#、5#拖輪移妥塢門后，航行至FPSO停泊位置，按引水指令，3#拖輪右舷旁靠FPSO，艏艉帶纜，艏向與FPSO艏向一致；1#、5#拖輪頂推FPSO，完成解纜作業(yè)，如圖3所示：

圖3 頂推FPSO進行解纜作業(yè)示意圖

步驟3：拖輪起拖。

解纜完成后，1#、5#拖輪保持頂推狀態(tài)，控制FPSO，2#、4#拖輪按照引水指令放拖纜，拖纜長度≥80m，如圖4所示：

圖4 放拖纜示意圖

步驟4：右舷帶纜。

2#、4#拖輪拖纜放妥后，按照引水指令，拖拉FPSO離泊，離岸一定距離后，1#、5#拖輪航行至右舷帶纜，如圖5所示：

圖5 右舷帶纜作業(yè)示意圖

步驟5：船舶移位。

1#、5#拖輪帶纜就位后，5條拖輪按引水指令移位至塢口回旋水域位置，如圖6所示：

圖6 移位至塢口回旋水域位置示意圖

步驟6：姿態(tài)調(diào)整。

引水根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)力情況，在塢口東側(cè)給定的掉頭旋回水域，指揮拖輪拎直FPSO，船艉退向塢口，船速控制在10cm/s以內(nèi)，如圖7所示：

步驟7：抵近塢口。

距塢門80m時，船速控制在5cm/s以內(nèi)；距塢門60m時，船速控制在4cm/s以內(nèi)；距塢門40m時，船速控制在3cm/s以內(nèi)；距塢門20m時，船速控制在2cm/s以內(nèi)。FPSO船艉與塢口齊平時，航速為0，帶引船小車?yán)|繩。

圖7 掉頭旋回示意圖

圖8 船體進塢門示意圖

3 進塢落墩

FPSO進塢落墩作業(yè)分為7個步驟，分別是：注水前檢查；塢門注水&開啟塢門；進塢船拖航至塢口帶纜；系帶定位鋼纜；拖輪離塢&系帶定位鋼纜；安裝塢門；主泵排水實施落墩。

步驟1：注水前檢查。針對船塢內(nèi)、泵房、電氣盤柜、引船定位系統(tǒng)、各種標(biāo)尺標(biāo)識、塢墻兩側(cè)滾動護舷等進行仔細檢查。

圖9 步驟2：塢室注水&開啟塢門

圖10 步驟3：進塢船拖航至塢口帶纜

圖11 步驟4：系帶定位鋼纜

圖12 步驟5：拖輪離塢&系帶2#定位鋼纜

圖13 步驟6：安裝塢門

圖14 步驟7：主泵排水&實施定位

3 結(jié)論

本文結(jié)合工程實際，對大型FPSO船舶的進塢工藝進行了研究，降低大型FPSO進塢的風(fēng)險，提高進塢精確度，本工藝已成功應(yīng)用于實際工程項目中并獲得了較好實際效果，可為后續(xù)相關(guān)大型FPSO進塢提供一定的指導(dǎo)。