FPSO外輸軟管安裝方法分析

王曉華, 宋珺霆, 王松松, 張先偉, 李傳明

(1.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 引 言

海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO)可實(shí)現(xiàn)對(duì)開采后的原油進(jìn)行初步加工并儲(chǔ)存。FPSO具備抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、適用不同水深、作業(yè)區(qū)域廣、儲(chǔ)油量大、作業(yè)地點(diǎn)可轉(zhuǎn)移和可重復(fù)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)際海洋油氣開發(fā)的重要生產(chǎn)方式。在FPSO貨油艙內(nèi)儲(chǔ)存的原油定期通過外輸系統(tǒng)將原油輸送至穿梭油船上。采用外輸軟管進(jìn)行FPSO原油外輸是目前國(guó)際上的主流方式[1]。軟管盤卷在外輸滾筒上，外輸滾筒可控制軟管的釋放和卷進(jìn)。在需要將原油輸送至油船上時(shí)，外輸滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)并釋放軟管，與穿梭油船連接，進(jìn)行原油外輸。在完成外輸作業(yè)后，外輸滾筒反向轉(zhuǎn)動(dòng)，軟管卷進(jìn)，完成軟管回收。

在外輸軟管作業(yè)時(shí)，F(xiàn)PSO與穿梭油船在海上風(fēng)浪的作用下處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致外輸系統(tǒng)作業(yè)的技術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)性均較高，必須采用特殊的外輸系統(tǒng)和設(shè)備。軟管采用鋼筋為骨架，鋼筋內(nèi)外主要是簾線和橡膠材料合成的軟管，具有質(zhì)量輕和強(qiáng)度高的特點(diǎn)。在空管和輸油時(shí)，可漂浮在海面上；在不使用時(shí)，可盤卷在滾筒上，敷設(shè)和回收均非常方便[2]。

1 外輸軟管安裝法

外輸軟管安裝需要外輸系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備調(diào)試完成并可正常作業(yè)，通常該施工在FPSO建造末期的調(diào)試階段進(jìn)行。外輸軟管在作業(yè)時(shí)總長(zhǎng)超百米，為方便在投產(chǎn)后軟管局部損壞或老化的更換，廠家通常將軟管制成長(zhǎng)度超過10.0 m的單節(jié)軟管，不同軟管之間通過法蘭連接。外輸軟管安裝的施工目的是將單節(jié)軟管串聯(lián)為整體、盤卷在外輸滾筒上。通常在安裝過程中需要進(jìn)行軟管試壓，驗(yàn)證軟管在整體連接后可否滿足使用要求，在一定壓力下不發(fā)生泄漏[3]。梳理國(guó)內(nèi)外在FPSO建造過程中采用的外輸軟管安裝方法，可總結(jié)為3種：浮船塢安裝法、陸地安裝法和盤卷安裝法。

1.1 浮船塢安裝法

浮船塢安裝法是指利用船塢進(jìn)行外輸軟管安裝。在施工前需要在船塢內(nèi)預(yù)設(shè)墊墩或其他臨時(shí)支撐，將軟管依序擺放在墊墩或臨時(shí)支撐上，并完成軟管之間的連接和法蘭管理。在完成軟管連接后進(jìn)行水壓試壓，驗(yàn)證整體連接后的強(qiáng)度和密性。通過調(diào)整船塢載荷，使外輸軟管整體呈漂浮狀態(tài)。利用拖船將軟管拖拉至FPSO附近靠近外輸滾筒一側(cè)的位置。利用浮式起重機(jī)或FPSO上的起重機(jī)將軟管一端吊起，完成與外輸滾筒鵝頸端的連接[4]。轉(zhuǎn)動(dòng)外輸滾筒，將軟管盤卷在其上并固定。該方法需要具備船塢資源，并需要拖船配合，整體施工周期長(zhǎng)、施工步驟多、效率低，無(wú)法適用于缺少船塢資源和拖船的工況。中遠(yuǎn)船務(wù)公司的尼薩號(hào)油船改造工程采用該方法進(jìn)行施工[5]。

1.2 陸地安裝法

陸地安裝法是指在陸地建造場(chǎng)地指定區(qū)域提前預(yù)制工件支撐，將軟管單節(jié)吊裝，依序擺放至工件上，完成軟管連接和法蘭管理。根據(jù)廠家要求進(jìn)行軟管整體的壓力試驗(yàn)，在完成試驗(yàn)后將軟管整體拖拉至海中，完成后續(xù)卷管。陸地安裝法與浮船塢安裝法的區(qū)別在于不需要船塢資源，可在陸地完成整體連接和試壓。該方法不僅適用于FPSO外輸軟管安裝，而且適用于在陸地建造的浮式深水平臺(tái)的外輸軟管安裝。在海洋工程青島場(chǎng)地建造的巴油FPSO P67項(xiàng)目采用該方法，在陸地完成整體連接和試壓后，使用拖船拖拉至海中，使用起重機(jī)完成卷管[6]。在深海一號(hào)半潛式平臺(tái)的建造過程中同樣采用該方法，區(qū)別在于深海一號(hào)是在近岸陸地建造，不需要將軟管拖拉至海中，吊裝和卷管通過履帶式起重機(jī)配合外輸滾筒即可完成，如圖1所示。該方法缺點(diǎn)在于：①施工前期準(zhǔn)備和投入較大，施工效率低；②在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，受限于軟管自身材質(zhì)問題，軟管在擺放至工件上后因重力變形導(dǎo)致摩擦阻力增大，在完成整體連接后產(chǎn)生拖拉困難。

圖1 深海一號(hào)項(xiàng)目陸地安裝外輸軟管

1.3 盤卷安裝法

盤卷安裝法是利用外輸系統(tǒng)自帶的設(shè)備，逐節(jié)安裝軟管至滾筒上，并完成與滾筒法蘭的對(duì)接和卷管。在完成所有軟管連接和卷管后進(jìn)行壓力試驗(yàn)。該方法整體施工操作簡(jiǎn)單，對(duì)施工場(chǎng)地資源要求少，施工效率高。但國(guó)內(nèi)尚無(wú)采用該方法進(jìn)行卷管的實(shí)例。在新加坡吉寶場(chǎng)地建造的巴油FPSO P66項(xiàng)目，由于場(chǎng)地受限，且滾筒正對(duì)碼頭，因此采用盤卷安裝法：在陸地連接6節(jié)軟管，吊裝軟管與滾筒法蘭對(duì)接，盤卷軟管，隨后邊連接邊盤卷，在全部盤卷至滾筒上后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.4 外輸軟管安裝法對(duì)比

浮船塢安裝法和陸地安裝法的安裝流程相似，按連接、試壓和盤卷的施工流程進(jìn)行。兩者優(yōu)點(diǎn)在于在完成試壓后進(jìn)行軟管盤卷，一旦試壓發(fā)生泄漏可及時(shí)對(duì)泄漏位置重新進(jìn)行法蘭管理，可靠性較高；缺點(diǎn)在于整體連接后的軟管長(zhǎng)度較長(zhǎng)，需要?jiǎng)佑么罅康膱?chǎng)地和設(shè)備等資源，并需要預(yù)制連接工件等，施工投入較大，施工效率較低。盤卷安裝法相比于前兩種方法，整體施工流程簡(jiǎn)便，不需要?jiǎng)佑么罅繄?chǎng)地和設(shè)備資源，僅需要船用起重機(jī)與設(shè)備配合即可完成軟管連接和盤卷，施工投入少，施工效率高；由于軟管試壓是在完成盤卷后進(jìn)行，一旦發(fā)生泄漏，需要先將軟管從滾筒上釋放，再對(duì)泄漏位置重新進(jìn)行法蘭管理，因此該方法要求施工人員必須嚴(yán)格執(zhí)行操作流程和法蘭管理要求，確保一次成功。

2 企鵝FPSO項(xiàng)目外輸軟管安裝

企鵝FPSO項(xiàng)目由于場(chǎng)地建造規(guī)劃和施工周期要求，不具備采用浮船塢安裝法和陸地安裝法的條件，因此從降本增效的角度出發(fā)，決定采用盤卷安裝法進(jìn)行外輸軟管安裝。

企鵝FPSO項(xiàng)目外輸系統(tǒng)包含外輸滾筒、軟管替換裝置(Hose Replacement Tool，HRT)與錨機(jī)等3個(gè)主要設(shè)備和導(dǎo)向滾輪、吊點(diǎn)等輔助設(shè)施。外輸滾筒是核心設(shè)備，設(shè)置專門的操作室進(jìn)行操控。外輸滾筒在液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，控制軟管收放，并通過操作閥門開關(guān)控制FPSO的油氣由外輸軟管輸送至穿梭油船[7]。HRT是用于某節(jié)軟管在發(fā)生破損或泄漏等影響正常使用的問題后進(jìn)行更換的設(shè)備，設(shè)置在外輸滾筒下方的軌道上，可沿軌道移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滾筒下方所有區(qū)域的覆蓋。錨機(jī)的作用是拖拉HRT沿軌道方向和垂直軌道方向進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軟管替換的功能。在外輸滾筒的四角設(shè)置羊角滾輪，可改變錨機(jī)的牽引方向，實(shí)現(xiàn)HRT沿軌道方向和垂直軌道方向的移動(dòng)。

2.1 準(zhǔn)備工作

企鵝項(xiàng)目外輸軟管為DUNLOP OIL &MARINE公司生產(chǎn)的凝析油外輸用浸沒式軟管，直徑為30.48 cm，單節(jié)軟管的長(zhǎng)度為12.2 m，共14節(jié)，完成串聯(lián)后的總長(zhǎng)為170.8 m。軟管在連接前應(yīng)對(duì)其外觀進(jìn)行目視檢查，檢查是否出現(xiàn)鼓泡、切口、穿孔或任何其他損壞變形跡象；檢查軟管內(nèi)部是否出現(xiàn)鼓泡、割傷或損壞(可使用大功率照明燈)；檢查法蘭面是否出現(xiàn)異常情況，例如變形、過度腐蝕和表面損壞等。軟管在吊裝前需要根據(jù)圖紙檢查，并對(duì)每根軟管的兩段法蘭口進(jìn)行編號(hào)，確保軟管連接順序符合廠家文件要求。

外輸軟管系統(tǒng)是由多種設(shè)備組成的復(fù)雜系統(tǒng)，包含一個(gè)便攜式的控制單元。若是非授權(quán)人員操作，則可能出現(xiàn)非預(yù)期啟動(dòng)。該系統(tǒng)在操作前需要解除警戒。只有受過專門培訓(xùn)和授權(quán)的專業(yè)人員才能操作該系統(tǒng)。操作人員負(fù)有責(zé)任確保所有參與人員均受過相關(guān)培訓(xùn)，閱讀并理解操作手冊(cè)的全部?jī)?nèi)容。

2.2 首節(jié)軟管安裝

軟管吊裝采用廠家提供的法蘭吊點(diǎn)工件進(jìn)行，在吊裝時(shí)法蘭吊點(diǎn)與軟管一端法蘭連接，起重機(jī)緩緩提升法蘭吊點(diǎn)，注意不能使用任何導(dǎo)致軟管過度彎曲的方法吊裝。軟管最小彎曲半徑為1.2 m。

首節(jié)軟管需要與外輸滾筒上的鵝頸口連接。起重機(jī)將首節(jié)軟管一端吊起，移動(dòng)至外輸滾筒上方。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒，將起重機(jī)的牽引繩拉緊，在鵝頸口處于垂直向上位置停止。考慮鵝頸位置，需要搭建合適的腳手架平臺(tái)完成該高度的剩余軟管連接作業(yè)。緩慢落下軟管，使軟管法蘭與鵝頸口連接。完成剩余法蘭管理。在完成軟管連接后轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒，將首節(jié)軟管盤卷在滾筒上。首節(jié)軟管安裝如圖2所示。

圖2 首節(jié)軟管安裝示例

2.3 中間軟管安裝

除首節(jié)軟管外，其他軟管均需要利用HRT和錨機(jī)配合，完成軟管連接和盤卷。HRT設(shè)置多個(gè)導(dǎo)向輪，錨機(jī)滾筒上的鋼絲繩與導(dǎo)向輪連接，導(dǎo)向輪的具體使用需要根據(jù)HRT的實(shí)際位置決定。HRT可通過液壓缸控制其操作臺(tái)開關(guān)和轉(zhuǎn)動(dòng)。起重機(jī)吊起軟管，落在HRT上法蘭口支撐臂，軟管穿過HRT中心，緩慢落下軟管直至質(zhì)量全部落在支撐臂上。拆除吊點(diǎn)法蘭，移走起重機(jī)。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)外輸滾筒，將盤卷在滾筒上的軟管的末端法蘭與HRT支撐臂上的軟管法蘭對(duì)接?？赏ㄟ^錨機(jī)牽引調(diào)節(jié)HRT沿軌道方向的位置，操作HRT中心臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)兩節(jié)軟管之間的法蘭間距，使法蘭螺栓孔對(duì)齊。完成兩節(jié)軟管之間的法蘭管理。在完成兩節(jié)軟管連接后，打開法蘭支撐臂，轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒，盤卷軟管至滾筒上。其他軟管按上述步驟依次完成軟管連接和盤卷。軟管在HRT上連接如圖3所示。

圖3 軟管在HRT上連接

2.4 末端軟管和快速接頭的安裝

末端軟管通過快速接頭實(shí)現(xiàn)外輸軟管與穿梭油船上接口的連接?？焖俳宇^尺寸和質(zhì)量較大。吊起軟管完成與快速接頭的連接，整體吊裝至外輸滾筒上方。打開HRT操作平臺(tái)，使快速接頭具有足夠的空間落下。在快速接頭落至HRT作業(yè)面以下后，通過平移將軟管移入HRT中心內(nèi)，關(guān)閉操作平臺(tái)。將軟管整體落在HRT內(nèi)，落下支撐臂，此時(shí)末端軟管連同快速接頭完全落在HRT上。通過操作調(diào)整HRT和轉(zhuǎn)動(dòng)外輸滾筒，實(shí)現(xiàn)法蘭對(duì)接，完成法蘭管理，此時(shí)外輸軟管整體連接完成。轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒，盤卷軟管。

2.5 軟管試壓

軟管試壓是對(duì)整體連接狀態(tài)的檢驗(yàn)，通過試壓證明所有的法蘭節(jié)點(diǎn)安裝正確，在理論壓力下無(wú)泄漏。企鵝FPSO項(xiàng)目外輸軟管最大允許壓力為16.8 bar(1 bar=0.1 MPa)。試壓步驟如下：①將外輸軟管升壓至7.5 bar；②繼續(xù)將外輸軟管升壓至16.8 bar，保壓3 h無(wú)泄漏發(fā)生。在試驗(yàn)過程中應(yīng)目視檢查所有法蘭連接點(diǎn)。一旦發(fā)現(xiàn)在加壓過程中滾筒和軟管之間的間隙沒有增加，加壓應(yīng)立即停止，在滾筒下方采取措施，檢查所有連接點(diǎn)。最終試壓順利完成，外輸軟管未出現(xiàn)法蘭節(jié)點(diǎn)泄漏。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)比不同F(xiàn)PSO項(xiàng)目建造過程中的外輸軟管安裝方法，并結(jié)合企鵝FPSO項(xiàng)目的實(shí)際施工條件，采用盤卷安裝法進(jìn)行外輸軟管的整體連接和安裝。相比于其他安裝方法，盤卷安裝法不需要額外預(yù)制工件和投入其他場(chǎng)地資源，具有顯著優(yōu)勢(shì)。通過船用起重機(jī)和外輸系統(tǒng)操控相互配合，實(shí)現(xiàn)外輸軟管的整體連接、安裝和試壓。