关于阿芙拉型油轮改装FSO的研究

李 凯

(山海关船舶重工有限责任公司，河北 秦皇岛 066206)

海洋平台

关于阿芙拉型油轮改装FSO的研究

李 凯

(山海关船舶重工有限责任公司，河北 秦皇岛 066206)

为了提高对海上石油资源的开采能力，浮式储油船(FSO)的应用一直受到大家的关注。文章针对阿芙拉型的油轮改装为FSO的基本特点、改装过程、市场需求以及日后的发展趋势作了简要的论述。

浮式储油船；阿芙拉型油轮改装；关键技术

在能源消耗与日俱增的今天，陆地能够开采的能源不断减少，世界各国越来越多地关注海上油气的开发与生产大批量的海上采油平台，随之配套的海洋工程设备也有着很大的需求量。“白令海”和“黑海”是我厂承接新加波OMNI公司的系列改装船，要求将阿芙拉型油轮改装成FSO海洋工程模块，服役周期为10年。其中主要工程为新加飞机平台、货油系统改造、主机动力系统改造以及生活区升级改造。

1 研究的目的和意义

FSO与常规油轮不同，FSO到了油田完成固定后，通过艏部的系泊装置泊于生产区域，不再移动。我厂改装的2艘FSO不同于30万吨级的FSO,艏部系泊装置不是转塔式或者悬臂式的，而是在船头安装2条系泊缆绳，将系泊缆绳连接在系泊装置的浮筒体上，如图1所示。系泊装置的锚泊系统是由另外的锚链组成，能够保证其所在位置不变。

图1 系泊连接方式示意图

FSO可绕系泊点进行一定角度内的调整，同时依靠自身的动力系统来调节自身与浮圈之间的距离，从而使其在风标效应的作用下处于最小受力状态，输油管线也不会被扯断。与其它型式的石油生产平台相比，FSO具有储油量大、移动灵活、适应水深范围广、安装费用低、便于维修与保养等优点，它是集储油、外输、生活、动力于一体的多功能采油设施，又是石油化工、海洋工程和船舶工程的集成产品。目前FSO的改装从几千万至几亿人民币不等，它能否被有效合理的利用，将关系到海上油气田开发的成败。因此，FSO是技术密集、资金密集、劳动力密集型产品。虽然近半年的原油价格持续走低，但是从其近年来的发展趋势来看，短期内改变全球的能源结构是不现实的，而且为了减少投入资金，油轮改装海洋工程设备几乎成了绝大部分船东的首选，所以对FSO的改装关键技术的研究显得更为重要。

2 改装前后相关参数与主要改装内容

总长的变化是因为加装了艉部的飞机平台，而螺旋桨的切割是为了降低主机的推进效率以满足FSO在采油的生产过程中进行自身与浮圈之间距离的调节。主要的改装内容有新加直升机平台，两侧新加生活区模块，生活区改造，新加输油、卸油平台及管路，新加计量站及储物平台，新加1台海工吊等；甲板货油、消防、空气等管路改造，货油舱立壁及甲板上加温管换新，机泵舱管路修改等；电缆新布3万余米，及相应辅助设备安装等，其中飞机平台的安装是该船钢结构最大的改装部分。改装前后相关参数与主要改装内容见表1。

表1 改装前后参数对比 m

3 阿芙拉型油轮改装FSO过程

3.1 飞机平台的预制与安装

飞机平台是此类FSO改装项目必不可少的部分，受限于已有船舶本身的构造，我们选择了艉甲板作为安装飞机平台的区域。飞机平台总质量为143 t，主要分为平台甲板结构和甲板下支撑结构两部分。考虑公司起重能力限制及飞机平台结构预制、合龙的要求，将整个飞机平台分为4个分段进行预制，分别为“艉部分段”(8.8 m×23 m×3 m)，分段质量为35 t；“舯部分段”(7.2 m×26 m×3 m)，分段质量为33 t；“艏部分段”(8.8 m×23 m×3 m)，分段质量为35 t；“支撑结构分段”(18.8 m×15.6 m×8.6 m)，分段质量为40 t。4个分段选在50 t场地进行预制、小组、中组。飞机平台安全网结构、逃生通道、固定点等舾装工程待船上分段合龙后上船安装。

3.1.1 飞机平台预制

4个立体分段预制选用反造法，施工步骤如下。

1)按拼板图对飞机平台板进行拼接，并考虑焊接收缩量，钢板下料过程中适当加放余量；将拼接好的平台板翻身封胎，组装平台下角钢/工字钢等结构，再对平台板进行背烧，消除焊接角变形。

2)对平台下管子进行无余量切割，首先对切割好的管子参照施工图进行小组，再进行中组。所有的小组均按照此步骤进行预制。在预制的过程当中，精度控制必不可少。针对飞机平台结构特点，飞机平台下结构为管子支撑结构，对管子切割长度及焊接接头的切割精度要求很高，对管子下料不宜采用留荒处理，故对结构管采用无余量下料，如何确保下实料精度成为建造精度控制的关键，设计部门通过计算机对各种管子构件实长和相贯线进行精准放样，出具准确的数据信息，有力地为装配精度的控制供了技术支撑。

选择合理的施工程序对减少结构变形和内应力非常重要。按照飞机平台甲板的结构特点，采用如下建造顺序，①甲板结构建造顺序，平台甲板拼板→结构划线→装焊骨材/型材→分段“背烧”校平→分段交验；②管子支撑结构建造顺序，管子下料切割(实料)→管子小组(平面分段)→管子中组(立体分段)。在管子中组过程中，为防止结构变形，安装临时加强筋，保持分段刚性。

3.1.2 飞机平台吊装工艺

飞机平台的吊装最难的部分为分段预制后的翻身工艺。由于飞机平台采用的的是反造，所以在飞机平台进行吊装前，要将相应的分段进行翻身。如前所述，飞机平台分为4个分段进行预制，最大分段质量40 t。分段吊装合龙选择在5#坞坞内进行，5#坞长320 m、坞宽56 m、坞深13.3 m。分段的翻身和吊装在5#坞内进行，利用S4565K12型门机和50 t汽车吊配合进行翻身，翻身后使用S4565K12型门机单独对分段进行吊装定位。根据S4565K12型门机性能曲线，在门机幅度为52 m范围，吊车的起重能力均为45 t，起重能力满足要求。综合考虑汽车吊最大起升高度、结构与汽车吊距离，选择使用18.8 m主臂、作业半径7～7.5 m，此时起重能力为21.5～23 t，吊钩距离地面的最大距离为18 m。飞机平台上吊点距离基线的高度为32.3 m,考虑大坞深度13.3 m、坞墩2 m、吊车高度45 m，同时保留3 m的工作裕度，则吊索具垂直方向的最大总高度为21 m。平台支撑的吊点距离基线的高度为29.3 m, 考虑大坞深度13.3 m、坞墩2 m、吊车高度45 m，同时保留3 m的工作裕度，则吊索具垂直方向的的最大总高度为24 m。为保证吊装能够满足精度的要求，必须用导链配合，主钩单根绳子和导链的承重能力不小于20 t。 4565K12门机准备4根配备导链的绳子，其中2根作主钩挂吊耳，配备30 t导链，使用25 t卸扣，绳索加导链长度大于17 m，小于21 m，绳子承重能力均不小于25 t，此时连接吊耳的导链长度应尽可能短，闲置的2根绳子导链长度应尽可能长，绳子和导链的承重能力均不小于20 t。50 t汽车吊挂艉部吊耳作副钩，绳子长度不小于7 m，但应小于23 m，推荐使用10 m绳，连接吊耳使用25 t卸扣。将分段吊起2 m左右，逐渐降低汽车吊悬挂处的高度，使之与地面接触，即可解除汽车吊与分段的连接，4565K12门机逐渐提升分段的高度，使之以平台艉部的5个工装为轴旋转，直至稳定状态。翻身至稳定状态，汽车吊在平台面方向吊挂艉部吊耳，调整直升机平台呈水平状态，可以让支架着地保持分段平稳，将门机闲置的2根绳子挂艉部方向另外的吊耳上，调节导链长度，逐渐使分段质量由门机承受。完毕后将分段起升200 mm，检查平稳度是否满足吊装上船要求，不满足再用导链调节水平，满足后吊装上船，上船后再用导链将精度控制到满足搭载定位状态。

现以艏部分段为例进行分段吊装的说明。4565K12型门机挂4根绳子，为保证精度，绳子末端需加挂起重导链，总长度应不小于12 m，起重能力不小于20 t，挂钩每侧各选1根绳子挂艉部合龙口的2只E型25 t吊耳，使用25 t卸扣，此时连接吊耳的导链长度应尽可能短，闲置的2根绳子导链长度应尽可能长。2台50 t汽车吊通过连吊的方式挂平台结构面艉部方向吊耳作为副钩，使用的绳子长度为16 m，使用25 t卸扣连接吊耳。将分段起升至离地面1 m左右，门机回收绳子将分段艉部高度提升，等防护网支架快要着地时回收50 t汽车吊的绳子，门机和50 t汽车吊交替进行上述步骤，直至翻身至稳定状态。翻身至稳定状态后，汽车吊的绳子解除与副钩吊耳的连接，改到直升机平台非结构面艉部方向挂吊耳，逐渐提升高度，使分段翻身至水平状态。在水平状态时可将分段与地面接触，将4565K12门机的闲置的2根绳子挂到艉部另外的吊耳上，用导链调节各绳子长度，直到吊钩位于吊点中心为止。

然后将分段起升200 mm，检查平稳度是否满足吊装上船要求，不满足再用导链调节，满足后吊装上船，上船后再用导链将精度控制到满足搭载定位状态。焊接完成70%即可进行摘钩并进行后继吊装，摘钩后继续完成焊接。其余3个分段吊装程序相似。

飞机平台的预制与安装技术不仅可以应用到船舶改装工程中，也可以应用在新造的过程中。尤其是厂内的起重能力不足时，可以借鉴文中所提到的分部预制吊装的施工工艺。

3.2 生活区的升级改造

为了满足FSO在油田的生产需求，作业人员的数量比普通油轮的船员数量增加很多。首先增加生活区模块，在原来的救生艇甲板上左右分别增加1个两层的生活区模块，每个模块可供16人居住，总增加32人的居住空间。原有的生活区，扩大了厨房和餐厅的面积，可以保证80人同时用餐。生活区内的空调系统也进行了相应的升级。

其中机舱的新设备安装与换新给我们提出了极大地挑战，首先是选择合适的位置，既能够满足设备的摆放，又能保证管系与电缆的铺设，同时考虑到未来保养维修的便捷。其中最难的属于造水机的位置，造水机的体积比较大，长×宽×高为2.8 m×1.8 m×2.5 m，同时进水口与出水口的管系连接相对较为复杂，为了减少管系转弯的次数，我们在“白令海”上选择了靠近机舱前壁位置，而在“黑海”上则选择了机舱左后角的位置，并且对周围的平台进行了加宽处理，以满足通行和维修的要求。在管系连接上充分利用空间，最大限度的减少90°弯的出现，从而减少了水流对管系的冲击，增加管子的使用寿命，同时对管子内部做了PE油漆处理，类似于镀塑。设备的倒运也是难点之一，机舱的天窗口位于机舱的后部，将造水机倒运至机舱内部，我们选择在机舱顶部焊接吊点进行设备的倒运，同时充分利用机舱行车所能覆盖的范围。新的造水机每天可以生产50 t的淡水，通过对艉尖舱的改造，我们将其改造成能够储存1 000余吨淡水的淡水舱，满足了生产用水和生活用水。对于生活用水方面增加的设备是最多的，通过淡水驳运泵对淡水舱内淡水驳运，我们将淡水输送至淡水压力柜，经过紫外线消毒装置运至生活区，这是冷水管线，热水则是由从消毒器过来的水经过淡水加热柜加热后再输送到生活区，整个过程涉及5台设备，设备之间管系连接500多米，如图2所示。机舱黑灰水系统管系改造3 000余米。对于机舱、生活区的改装需要清楚地了解每件设备的用途和原理，整个机舱要作为一个整体来看，避免施工中重复作业。

图2 淡水系统示意图

3.3 货油系统改造

在货油系统改造中，最重要的是增加艏部的注油站、船中的计量站，船尾部的泄油站和1个原油处理单元。其中原油处理单元是不同于其它FSO的，这个处理单元我们称之为闪蒸单元，通过蒸馏的方式对原油进行简单的处理，处理过的货油(原油)可以作为燃油供锅炉、主机、辅机使用。这套设备由3部分组成，闪蒸隔离柜、燃油处理单元和柴油冲洗单元。在泵舱加装1台燃油输送泵，将储存于货油舱的货油输送至闪蒸设备，经过蒸馏处理，对原油提纯，然后输送至燃油隔离柜中，隔离柜中铺设了加温设备，我们选择在甲板上蒸汽管主管路上引出1路支管作为隔离柜加温管的蒸汽源。经过对处理过的燃油加温到60 ℃，再由闪蒸单元上的燃油输送泵将燃油驳运至船舶左舷的2#燃油舱，这样当辅机、锅炉需要燃油时，就可以直接从该燃油舱内取油了。考虑到对整个系统管路的

清洗，我们在甲板上新增加了1个柴油柜，用来作为清洗管路柴油的储存柜，利用重力的作用将柴油运至整个管路，达到清洗的目的。对于某些机舱设备锅炉来说，清洗所用的柴油仍然是可以作为燃料使用的，整个过程没有造成任何的浪费。加装这个闪蒸系统之后，整个FSO能够自给自足，最大限度地降低了营运成本。增加闪蒸单元虽然目前仅为试验阶段，仍然存在一些不足之处，但是随着设计的不断完善，这必将成为FSO改装不可或缺的一部分。

4 阿芙拉型油轮改装FSO的市场前景

FPSO上具有生产模块，可以进行油、水、气的分离，主要是对采出来的原油进行去水、去气、去砂、去硫化氢等，并建有火炬塔，燃烧生产废气。但是，生产模块及其相关设施的造价非常高，所以FPSO的造价约为同吨位FSO的2.3倍。因此，对那些原油质量较差的地区或者附近岸上没有生产设施的油田，生产模块不可或缺。若是经过分析，某油田的油品质量较好或者附近岸上具有油水处理设施，使用FPSO就不再具有经济性，因为这种情况下，生产模块没有任何作用。因此，在油品较好区域，FSO是最佳选择。随着全球经济的稳步复苏，石油需求量会稳步增加，勘探技术和钻井技术不断发展，也将会带来越来越多的可开采油田。20万吨级以下的FSO是大部分船东和石油开发者的首选，也是目前市场占有率最大的一种，所以阿芙拉型的油轮改装FSO的前景十分广阔。

5 结束语

我厂目前已经成功改装并交付了3艘FSO，其中30万吨级的1艘，阿芙拉型2艘。目前阿芙拉型的2艘FSO都已经在泰国油田投入生产，客户反映良好。2艘FSO进行比较后，第二艘FSO的改装部分周期缩短了近1个月时间，而且第二艘是边设计边施工，在此类型船舶改装工程中我厂已经有了成熟的技术和经验，随时可以开始后续FSO的海工项目的改装。

To develop the ability of exploitation of the oil resource in the sea,the application of FSO (Floating Storage and Offloading) is getting more and more attention.FSO is a multifunction vessel designed for storage and offloading of oil.It's one of the most important equipments in the offshore oil with good future.Most the ship owners choose to do the conversion to get a FSO instead of building a new one ,for avoiding huge sum of money and long construction time.In this paper,the basic characteristic and process are introduced for converting FSO from Aframax type oil tanker together with the market demands and its development.

FSO;conversion of Aframax type oil tanker;key technique

李凯(1986-)，男，河北秦皇岛人，工程师，大学本科，主要从事船舶修理、改装项目生产管理工作。

U674

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.04.014

2016-03-28