圓筒形浮式儲油裝置FPSO上部模塊集成工藝研究

黃海濱，馮愛民，孫華峰，王東升

（海洋石油工程股份有限公司安裝事業(yè)部， 天津 300461）

浮式儲油裝置F P S O（F P S O，F(xiàn) l o a t i n g Production Storage and Offloading）作為一種大型海洋鋼結(jié)構(gòu)裝置，可以在海洋石油開發(fā)過程中提供石油儲存、加工、外輸?shù)裙ぷ?。本文以英國北海服役的一艘圓筒形FPSO為研究模型進(jìn)行工藝分析。FPSO造價高，操作風(fēng)險高，前期的建造工藝研究十分重要。在船塢里面主要的建造工藝分為FPSO上部模塊和船體的建造、船體和上部模塊的集成、上部模塊中生活樓/飛機(jī)甲板的集成、吊機(jī)和卸貨平臺集成等。圓筒形FPSO上部模塊在青島某建造場地的總體集成方法包括工藝甲板、生活樓和飛機(jī)甲板等部分的集成工作。FPSO上部模塊可以通過使用龍門吊從建造場地集成到船塢中的FPSO上，也可以通過浮吊或履帶吊從建造場地的碼頭集成到?？吭诖a頭邊的FPSO上。圖1為上部模塊集成效果。

圖1 圓筒形浮式儲油裝置上部模塊集成效果

1 圓筒形浮式儲油裝置FPSO上部模塊總體布置

圓筒形浮式儲油裝置分為船體和上部模塊，主要由生產(chǎn)區(qū)域、公共區(qū)域、主甲板區(qū)域和船體區(qū)域組成。其中船體區(qū)域和部分主甲板區(qū)域?qū)儆诖w，生產(chǎn)區(qū)域、公共區(qū)域和部分主甲板區(qū)域?qū)儆谏喜磕K。整個上部模塊被設(shè)計和劃分為許多獨立的單元，一些單元是集成模塊，一些單元為非模塊化的區(qū)域，一些單元是由供應(yīng)商供貨的功能設(shè)備、系統(tǒng)、撬塊等，主要需要集成的上部模塊信息如表1。

表1 圓筒形FPSO上部模塊技術(shù)信息

上述FPSO上部模塊根據(jù)不同的技術(shù)規(guī)格和重量采用不同的集成方式，本著降本增效和降低船舶使用天數(shù)的考慮，采用不同的集成方式。不同重量的上部模塊會有著差異性的投入成本，主要體現(xiàn)在投入人工時和操作人數(shù)的不同。模塊集成之后FPSO甲板的布置情況如圖2所示。

圖2 浮式儲油裝置集成后甲板布置圖

2 圓筒形浮式儲油裝置FPSO上部模塊集成施工裝備

模塊集成過程用到的主要吊機(jī)有龍門吊、浮吊、履帶吊、岸吊和塔吊等。龍門吊主要是800t龍門吊一座，位于FPSO船體總裝所在的船塢上方，將合適的模塊在船塢內(nèi)集成。浮吊資源主要是一艘起重能力為3600t的工程起重船浮吊用于靠碼頭集成。履帶吊為750t履帶吊4臺，可用于尺寸較小、重量較輕模塊及散件的跨碼頭集成。岸吊和塔吊：船塢周圍的岸吊和船塢內(nèi)新建的塔吊，用于重量輕的散件在船塢內(nèi)集成。集成過程中用到的其他設(shè)備，包含吊索、卸扣、撐桿和手拉葫蘆等。使用到的所有設(shè)備應(yīng)處于良好狀態(tài)，在簽發(fā)批準(zhǔn)證書之前，應(yīng)由MWS檢驗員進(jìn)行檢驗。設(shè)備應(yīng)當(dāng)按照生產(chǎn)設(shè)備的操作程序和指定的安全工作負(fù)荷進(jìn)行使用，并遵照有關(guān)法規(guī)和使用慣例。

3 圓筒形浮式儲油裝置FPSO上部模塊集成技術(shù)

基于模塊技術(shù)規(guī)格尺寸特別是高度、重量、在FPSO上的最終安裝位置以及吊機(jī)能力等因素，所有模塊的集成一般分為4類工作。第一類，利用岸吊、塔吊或龍門吊在船塢內(nèi)進(jìn)行的非模塊化的散件集成。包括主甲板及工藝甲板之間比較零散的構(gòu)件，如G00、G10、R10的構(gòu)件和散裝的立柱、支架、塔樓等。另外，預(yù)制的P00的各個甲板片和擋浪墻的以及工藝甲板與其他模塊間的hookup結(jié)構(gòu)的集成也屬于此類。第二類，利用龍門吊在船塢內(nèi)進(jìn)行的模塊化集成。包括P50、P60、Z20吊機(jī)立柱、Z30吊機(jī)立柱、E10、P10、F10、U50以及P00的東南塔樓等。第三類，船塢外用浮吊進(jìn)行的集成。包括L10、U10、U40、L20、P00的西南塔樓、西北塔樓、東北塔樓、Z10、P20、P30、P2和P30的連接結(jié)構(gòu)、Z20的吊機(jī)、Z30的吊機(jī)、F20火炬臂等。第四類，船塢外用履帶吊進(jìn)行的船塢內(nèi)受高度和位置等因素影響未能集成的較輕模塊和散件的跨碼頭集成。包括生活樓區(qū)域的塔樓、U20&U30救生艇和H10直升機(jī)甲板及其支撐框架。見圖3。

圖3 上部模塊集成效果圖

在集成過程中，首先依次進(jìn)行第一類和第二類的船塢內(nèi)集成，在船塢內(nèi)進(jìn)行最大可能的集成。之后需要將FPSO從船塢拖出并運到1#裝船出口碼頭前沿進(jìn)行第三類和第四類的船塢外集成，受浮吊吊裝半徑的制約，先進(jìn)行FPSO南側(cè)模塊的集成，之后將FPSO旋轉(zhuǎn)180°后再進(jìn)行北側(cè)模塊的集成。在FPSO南側(cè)模塊用浮吊集成的同時，其北側(cè)需要散裝集成的部分可在同一時間段內(nèi)進(jìn)行履帶吊跨碼頭集成；FPSO北側(cè)模塊用浮吊集成的同時，其南側(cè)的散裝集成的部分也可在同一時間段內(nèi)進(jìn)行用履帶吊跨碼頭集成。在集成過程中，通常應(yīng)保證模塊與其最終就位位置周圍的結(jié)構(gòu)物之間至少有500mm的間隙（特殊情況單獨說明的除外），防止因吊裝移動發(fā)生碰撞。為達(dá)到這一目的，模塊上的部分結(jié)構(gòu)可能需要散裝，待模塊集成就位后再單獨集成這些散件，散件構(gòu)件的詳細(xì)清單參見每個模塊的總體建造方案或具體的甲板片預(yù)制方案。船體船塢內(nèi)集成完成，G00主甲板區(qū)域船塢內(nèi)散裝集成，這一步的集成包含主甲板及工藝甲板之間的立柱、塔樓、操作平臺（含籠梯）、瓦楞板支撐框架、系泊系統(tǒng)等設(shè)備、儀表燈具、管線和支架的安裝。有一些構(gòu)件可以在地面預(yù)制成整體后再單獨集成到主甲板上，如P00的2段塔樓和靠近U10位置的1個三級結(jié)構(gòu)平臺（含籠梯）和G00的3個機(jī)械設(shè)備操作平臺（含籠梯）。G00主甲板區(qū)域管線數(shù)量眾多，管線及管支架的具體安裝順序參見配管專業(yè)相關(guān)文件。一般來說，操作平臺、支撐框架、管線和電纜托盤等懸掛在上部模塊底部的，可以和上部模塊安裝到一起，前提是不影響運輸和吊裝。如果影響運輸或吊裝，這些材料將單獨預(yù)制并在上部模塊集成到位后再集成，但必須保證在相應(yīng)上部模塊吊裝前將這些材料準(zhǔn)備好并臨時存放在主甲板上，以防止模塊集成后材料倒運困難。

立管區(qū)域船塢內(nèi)散裝集成，主要包含4段防爆墻瓦楞板和2扇門，以及一些電儀和機(jī)械設(shè)備、管線、電纜托盤及其支架等。G10主甲板功能間和生活樓下?lián)趵藟Υ瑝]內(nèi)散裝集成，包含G10的墻皮和門、機(jī)械設(shè)備（如起錨機(jī)等）；L10下部的12根支撐立柱和1段塔樓及三段下?lián)趵藟Γㄆ渲幸欢闻c船體的兩個柴油罐預(yù)制成整體一起集成）。L10下?lián)趵藟Π惭b；G10區(qū)域墻皮和門安裝；G10區(qū)域機(jī)械設(shè)備安裝；L10模塊下立柱及塔樓安裝；墻皮最上端的連接角鋼待L10集成后再安裝；G10的各類懸掛支架（管支架、電纜托架、風(fēng)管支架等）和管線、電纜、通風(fēng)管在運輸?shù)跹b等條件允許的話盡可能多的帶到L10下面與L10一起集成。對于那些不能帶到L10下面和其一起集成的構(gòu)件，需要在L10集成之前吊裝到主甲板上，用臨時支撐固定，待L10集成后完成安裝就位。P00工藝甲板預(yù)制分片船塢內(nèi)集成，P00工藝甲板分為13個分片進(jìn)行預(yù)制，在噴涂完成后依次吊裝集成。工藝甲板外圍與船體下?lián)趵藟ο噙B接的梁要和相應(yīng)的擋浪墻預(yù)制到一起，P00工藝甲板和上部模塊間的hookup構(gòu)件需要在相應(yīng)的上部模塊集成后再集成。船體下?lián)趵藟Ρ环譃槿舾煞侄晤A(yù)制。與擋浪墻相連的工藝甲板梁及火炬臂底座連同相應(yīng)的擋浪墻分段預(yù)制成整體，依次吊裝集成。此階段集成的工藝甲板上的散裝構(gòu)件包含三級結(jié)構(gòu)平臺及樓梯、管支架、管線、機(jī)械設(shè)備、儀表燈具和剩余火炬臂底座及其小平臺和直梯等。P00上與其他模塊相連的hook-up結(jié)構(gòu)等需要待與其相連的模塊集成后再進(jìn)行集成安裝就位。距離其他模塊距離較近的設(shè)備、燈具和其他構(gòu)件等，可以在此階段吊裝到工藝甲板上距離最終位置較近的位置（不影響其他模塊吊裝），待其他模塊集成后再精確就位安裝。三級結(jié)構(gòu)小平臺可分別在地面預(yù)制成整體噴涂后再進(jìn)行吊裝集成，分別為北側(cè)的life craft小平臺、東北側(cè)的PSV小平臺、東側(cè)的Nai_aid1小平臺、西側(cè)的Nav_aid2小平臺和火炬臂底座的直梯小平臺。P50模塊包含坐落在工藝甲板上的兩個獨立籠梯和兩個獨立斜梯，它們可臨時固定到模塊上與模塊一起吊裝，待模塊集成完成后再將這些獨立結(jié)構(gòu)調(diào)整至集成的最終位置。Z30吊機(jī)立柱與U50模塊相連的一部走道平臺暫不安裝，待U50模塊集成后再集成。吊機(jī)立柱上端的一部分直梯待上部的吊機(jī)設(shè)備集成后再集成。

4 總結(jié)

圓筒形浮式儲油裝置上部模塊的集成工藝優(yōu)化，為海洋石油工程開發(fā)提供了集成設(shè)計思路，為不同技術(shù)規(guī)格的上部模塊吊裝集成方式提供了多種方式，也為海洋石油開發(fā)提供了理論支撐和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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