FPSO坞修必要性分析

2019-12-06

船海工程 2019年5期

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300452)

随着油田开采深度和年限的日益增加，很多服役的FPSO已接近或达到设计使用年限，结构腐蚀和设备设施磨损老化，运行状态欠佳，坞修需求日益增加。目前国内已有10艘FPSO进行过坞修，但由于工程特点不尽相同，未见FPSO坞修系统总结。相关的技术研究[1-3]并未涉及坞修必要性分析。因此，考虑结合已有的FPSO坞修项目经验、规范及运营管理操作，对FPSO坞修的必要性进行分析和总结。

1 法律法规及规范的影响

1.1 国家相关法规的规定

2010年，国家安全生产监督管理总局印发《浮式生产储油装置(FPSO)安全规则》。

《安全规则》的第21章中规定，作业中的浮式装置应接受年度检验、换证检验及临时检验。检验的目的是保证浮式装置的结构和设施出于良好的技术状态。作业中的各种检验由发证检验机构进行，安全办公室可随时进行安全监督检查。结构、系泊系统、通用设备及管系、电气装置、监控系统及其他的检验项目应按发证检验机构规范规定的内容进行检验[4]。坞内检验或水下检验的要求按发证检验机构规范的规定办理。

1.2 国际海事公约新规

国际海事法规要求，对营运船舶进行追溯性附加要求的设备须进坞进行安装改造。

如压载水公约，对于满足适用要求的FPSO，需按照公约要求加装压载水处理装置。加装压载水处理系统涉及压载设备及压载管路的改造，通常考虑进坞安装。

如MARPOL防止空气污染中有硫排放限定要求，对于适用的FPSO，须使用满足硫含量的燃料油；或者因为成本原因，根据MARPOL防止空气污染(Annex VI)第四条的要求，可以安装等效硫排放的脱硫装置进行脱硫，以满足等效的硫排放要求。加装脱硫塔或其他类似装置，应考虑进坞改装。

1.3 各主要船级社对FPSO坞修的规定

通过对CCS、ABS、BV、DNV-GL等各主要船级社对于海上浮式装置检验维修部分规范的研究，总结得出，各家规范要求虽各有特点、略有不同，但总体上有很多共通之处。

根据各主要船级社的规范要求，FPSO的检验一般分为年度检验，中间检验，特别检验，底部外部检验，锅炉检验，等。

海上浮式装置每5年期限内要进行至少2次的底部及相关项目检验。底部检验通常在船坞内进行。对于状况良好的浮式装置，坞内检验可以用水下检验方式替代，水下检验代替坞检需得到船级社认可。

水下检验的范围主要包括船底板、首板、艉框架、舵、海底阀及海水阀箱及其保护装置、通海件、舷外排出阀、海水旋塞和船体及海底阀的附属件、推进系统及螺旋桨、侧推器部分、单点及临时系泊系统及连接结构、船体板的涂装及防腐蚀保护、牺牲阳极锌块等。

在年度检验、中间检验及特别检验中，会辅以一定的结构测厚、无损探伤、密性试验及其他试验方法。如果检验中发现海上浮式装置结构有损伤、腐蚀，验船师认为不影响结构安全及运行安全、不需要立即修复的，船级社会在检验报告上做记录。对于水下部分有遗留记录的，在用水下检验代替坞检时，须向船级社申请，对于水下部分有严重腐蚀或者有严重损坏影响装置安全运行的海上浮式装置，不可以用水下检验替代坞内检验。

对于影响结构安全或运行安全的损伤，任何与超过许用极限的结构耗蚀有关的损坏或大面积的耗蚀超过许用极限，验船师认为将影响浮式装置的结构、水密和风雨密完整性时，均应进行立即彻底修理。对于不能在生产现场或漂浮状态完成修复的，须进坞检修。

对于存在可疑区域、压载舱涂装状况一般或较差的FPSO，可疑区域和压载舱涂装状一般或较差的区域，作为船级社年检必检项目和测厚项目，一旦发现板材腐蚀损耗超过许用极限，必须做换板处理。建议有疑区域的损耗或涂装状况较差压载舱，提前做换板处理并及时修复涂层，必要时重新涂装。情况严重时，考虑进坞维修。

2 设计因素的影响

2.1 船体结构设计

通常在FPSO设计开发之初，都会根据各方要求及相关规范设定FPSO的船体设计寿命，限制进坞大修的年限。

船体设计寿命是基于船体防腐保护处于良好的状态，如果防腐系统开始失效，则会导致船体结构提前腐蚀、损坏。因此，在限制年限到期之前，应开展FPSO检验工作，评估是否进坞检修，即：进坞应根据现场实际情况决定。

2.2 防腐蚀系统设计

FPSO在高盐分、气候条件恶劣的海洋环境中作业，所有的结构表面及生产设施都应有足够的防腐蚀措施。

2.2.1 压载舱防腐系统

压载舱的防腐系统通常采用涂层与阴极保护联合的方式。对于海上浮式结构，压载舱的涂层多为高效长寿命防腐蚀涂料。压载舱的涂装设计寿命与浮式装置入坞有直接的关系。在压载舱涂装设计寿命(通常为10～15年)到期前，浮式装置应入坞进行重新涂装。阴极保护包括牺牲阳极或外加电流，通常设计为同浮式装置同寿命，在运营过程中应定期检查维护，以做到保护压载舱防腐蚀的作用。若阴极保护的设计寿命小于浮式装置寿命，则应在阴极保护失效前考虑进坞更换。

2.2.2 外板防腐系统

水线下常浸于水中的防腐蚀，通常采用阴极保护与涂层联合的防腐蚀措施。涂层通常为高效长寿命防腐蚀涂层，通常有底漆、连接漆及防污漆组成。水线以上部位通常采用高效长寿命的防腐涂料，通常设计寿命为10～15年。外板涂层的设计寿命与浮式装置的入坞检修有密切关系，在外板涂装系统设计寿命到期之前，浮式装置应当入坞进行重新涂装。若阴极保护的设计寿命小于浮式装置寿命，则应在阴极保护失效前考虑进坞更换。

2.3 系泊系统设计

系泊系统是海上浮式装置固定、定位的装置总成。船式的FPSO通常采用单点系泊的方式。单点系泊系统通常有锚缆、浮筒、柔性立管系统、吸力锚、水下基盘、单点舱设备及相关的防腐蚀系统等组成。系泊系统设计使用寿命一般在15年左右，在达到系泊系统设计寿命之前，应及时检验设备的实际情况，对劳损严重的设备进行更换，如不能在生产状态下或者在海上漂浮状态下进行的检修或更换，需考虑进坞检修。

2.4 其他通海设备及系统设计

FPSO上包含诸多与海水联通或者以海水为工作介质的系统。每个系统中又包含有不同的属件，如管系、各式各样的阀门、控制单元、保护装置等。通常在设计时，设备及系统都会指定设计寿命及检修年限。对于到达系统寿命或检修年限，不能在海上漂浮生产状态下进行的检修或更换，则根据实际情况考虑进坞检修。如海底门及其保护格栅、各式各样的海通阀、通海件属件及其保护装置、货油舱内阀门、海水冷却与循环系统的属件、海水旋塞等。

3 实际运维状态的影响

3.1 船体结构状态

FPSO长期在各种天气情况下生产运行，船体结构经受着浪、涌的周期性负载，经受风、水流等外力冲击、货物载荷交替变更、压载负荷的不规律变更以及生产过程中其他外力的冲击。必须定期检验、评估船体主要结构的安全性。船级社会根据规范要求定期对FPSO做年度年检、中间检验、换证检验等。检验中如果发现船体主要结构的耗蚀超过船级社标准、主要结构变形、损坏、开裂等缺陷，在海上不能完成钢板更换的，则应及时进坞维修。

另外对于船级社要求的且在日常生产运营过程中无法完成的检验内容，如压载舱、油舱的全面检测检验，海底阀箱、水下排放口检查检验，舭龙骨、船底板检查检验，船体海生物、阴极保护系统检查，内转塔靠近舱底水线面以下结构检验检查，单点转塔浮筒与船体连接结构检验，等，可根据船级社的意见，必要时进坞完成检查。

对于在役FPSO，还可以对FPSO的状态进行安全评估，包括主要船体结构强度评估、系泊系统结构评估、火炬塔系统结构评估、生产模块结构评估，等。船体结构的强度评估可以采取直接计算法，基于FPSO实际的结构状况及测厚结果，通过船中最小垂向模数校核计算、船段屈服强度和屈曲强度分析计算、船体梁目标段抗剪能力和疲劳强度计算等，对船体在计算工况下的承受能力进行评估，判断船体结构是够满足安全运行的要求[5]。对火炬塔、直升机平台、生产模块等局部结构的评估可通过直接计算法或有限元分析计算，对结构进行屈服强度和疲劳强度的分析计算，以判断是否满足安全生产运行的要求。对于通过计算分析，强度要求不满足安全生产设计标准的结构应进行加强或者修复。不能在海上完成修复作业的，则应及时进坞维修。

3.2 防腐蚀系统状态

压载舱防腐蚀系统和外板防腐蚀系统是影响FPSO坞修必要性的重要因素。通常，压载舱的防腐蚀系统有防腐涂层和阴极保护(牺牲阳极)组成。实际运营中，压载舱处在海水交替浸泡，盐分蒸汽笼罩的恶劣环境中，如果压载舱涂层老化，破损超过限度，钢结构系统腐蚀会加剧，影响FPSO的结构寿命。而压载舱的涂装很难在正常生产状态下进行重新涂装，应考虑进坞进行喷砂，重新涂装，以保证压载舱防腐系统的有效性。

水线下浸泡海水的区域通常有防腐蚀涂层和阴极保护(牺牲阳极或外加电流)组成，防腐涂层采用高效长寿命的涂料。在年限到达之前，外板防腐涂层的实际运维状态及检查的结果对进坞有重要的影响。外板的涂装经常受到各种外力，恶劣环境，撞击，涂装施工因素等因素的影响，如果检验中发现外板涂层老化严重，破损超过限度，应当考虑修补，严重的应考虑进坞重新涂装。

3.3 系泊系统状态

FPSO长期系泊在海上油田附近，系泊系统经受着洋流、巨浪甚至台风的侵袭。在巨大的外力作用下，系泊系统经常会受到损伤。系泊系统的运维状态直接影响着系泊系统的安全，对FPSO入坞必要性有直接的影响。

对单点舱系泊设备及结构进行定期检验，确保系泊系统处于安全的运营状态。若发现单点系泊设备损坏，故障等不能正常运转，或有重大安全风险时，应对系泊系统进行评估。通过系泊缆张力计算、疲劳强度计算及船体漂移分析，对系泊系统在极限工况下承载能力进行评估。若超出安全界限，应解脱并对系泊装置进行修复。另外，FPSO单点舱室水下结构、船体水下结构的检查检验项目无法在正常生产状态下进行，在必要的时候，应根据船级社意见进行进坞检验。

3.4 其他通海系统状态

海底阀箱、各式海通阀是保证浮式装置结构安全、密性安全的重要设备系统。有必要对这些系统进行定期检验，包括结构完整性检验及功能完整性检验。但是，海底阀箱、通海阀、舵、螺旋桨、海底门、海底塞、舵销与其相应的保护装置、海水冷却与循环系统的属件、装卸设施等无法在漂浮状态下进行检修、保养。当此类结构、设备存在损坏、过度腐蚀、功能损失等缺陷，影响装置安全性及使用性能，又不能在装置正常漂浮状态下完成修复或更换时，需考虑进坞完成修复。

4 油田生产管理的影响

4.1 设备更新升级和提升产能

随着油田生产开采的进行，油田生产对FPSO上部模块处理设施的需求有所变化，如增加原油处理能力，增设LPG处理单元、修复单点油滑环、新增内燃机模块、增加水处理模块等[6]。此外，对于不满足生产需求的设备系统，需要升级更新设备和系统。这些设备系统的改造升级，无法在海上生产运行状态下完成的，可考虑进坞检修并改造。