FPSO改装项目内部转塔系统及安装工艺

柴文涛

(上海华润大东船务工程有限公司，上海202155)

0 引 言

目标船型浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading，FPSO)[1]改装之前是一艘典型的FPSO，但已在海上废弃数年，本次改装主要对其进行翻新、延长寿命和改造。本船根据马来西亚莱昂油田海上服务所需的船级规则以及现行规范、标准和法规，对浮式、加工、储存和卸载服务进行正式认证，预计使用寿命为20 a。

根据不同的海域和海况，目前世界上的FPSO主要采用以下几种系泊方式：单点-转塔系泊系统，多点-伸展系泊系统以及动力定位系统。单点系泊系统的应用目前较为普遍[2-3]。本文FPSO之前艏部安装了内部转塔浮标系泊系统，改装前应先将原有系统拆除，包括管道系统、液压系统、电气系统及其附件，然后再安装新的内部转塔系泊系统。下文对该船内部转塔系泊系统的组成和安装工艺进行详细阐述。

1 内部转塔系泊系统组成

该船内部转塔系泊系统可分为3个部分：接口项目、旋转侧项目和对地静止侧项目。

(1) 接口项目。所有有助于FPSO风向标的项目被认为是接口项目。通常，接口项目是单个组件(如旋转立管和回转轴承)，包括旋转元件和对地静止元件。旋转元件应固定在FPSO上，并且应能够作为风向标；对地静止元件应固定在转塔上，并通过系泊链阻止其移动。当FPSO作为可自由调节的风向标时，对地静止元件通常只能进行平移，不能旋转，被认为是“单点”。

(2) 旋转侧项目。包括所有固定在FPSO上的结构、设备、仪器和加工管线，并能在接口项目周围作为自由调节的风向标。

(3) 对地静止项目。其是指所有直接与系泊链连接的结构、设备、仪器和加工管线，不能旋转。

表1为内部转塔系泊系统主要项目明细。

表1 内部转塔系泊系统主要项目明细

典型的内部转塔系泊系统主要由FPSO内的2个同心轴组成。外部轴(月池)对FPSO进行加强，对地静止内轴(转塔轴)由一系列系泊链限制其旋转和移动过度。内外轴通过上部的回转轴承组成一个整体，并通过安装在FPSO龙骨附近的滑动轴承(下轴承)提供额外的径向约束。图1为内部转塔系统的总体布置图。

图1 内部转塔系统的总体布置图

1.1 对地静止项目

(1) 转塔轴。转塔轴是1个圆柱形结构，位于FPSO的月池内。转塔轴是转塔静止侧所有系泊载荷和立管载荷的主要载荷路径。轴形成一个系泊链与静止侧回转支承界面之间的连续载荷路径。将转塔轴设计为可到达的结构，并容纳一系列平台，以便在安装期间进入转塔水下结构。转塔上部具有一个机加工面，以安装回转轴承，回转轴承连接旋转侧与对地静止侧，并允许船只在转塔周围作为自由风向标。

(2) 锚链平台。系泊链通过1套止链器机械固定在转塔轴上。止链器位于靠近FPSO龙骨附近的区域，并由耳轴外壳提供支撑。这种结构被称为锚链平台，组成了转塔轴的下半部分。锚链平台有3个主要功能：①在系泊链与转塔轴之间提供连续的负载路径；②提供与位于FPSO月池内的下轴承垫块相连接的接触面；③提供1套用于连接弯曲加强筋的安装法兰。

通过系泊分析可确定锚链平台的配置，本项目最终确定为轴对称3根×2根×2根。锚链平台的设计应便于传递转塔静止侧与月池之间的径向载荷。本项目采用包裹一层直接焊接到锚链平台外壁的铬镍铁合金的设计方式，铬镍铁合金应加工至精密公差，为下轴承垫块提供光滑的运转表面。

(3) 回转支撑结构。回转支撑结构的主要功能是从转塔轴给旋转立管(对地静止项目)提供结构支撑。回转支撑结构除了主回转结构以外，还应包括若干支撑平台以及加工管线和安装设备等附件。

(4) 基桩。系泊链通过沉桩锚(基桩)锚固在海床上。基桩为圆柱形钢构件，在泥线下方配有系泊吊耳。

1.2 旋转侧项目

(1) 月池。月池为包围转塔的直接容器结构，由水密八角形舱壁组成，与转塔轴组件同心。月池的主要功能是加强FPSO，并为转塔轴提供水密结构界面。在FPSO的龙骨附近，安装下支座以便于安装下轴承垫块，且其与转塔轴外壁上的铬镍铁合金运行表面对齐。

(2) 月池集成结构。月池附带月池集成结构。该结构位于FPSO的上层甲板，并包含1个机械加工表面，以支撑回转轴承的旋转侧。

(3) 门架。转塔门架提供进入旋转立管的通道，并包含机械装卸设施，以便拆卸和重新组装海上流体旋转接头。门架包含所有走道、通道平台、管道、管支架和转塔机械装卸设施。门架机械装卸系统可设计为与旋转支架上的装卸系统连接，以便于在海上机械搬运阀门和清管器接收器。其至少需包括悬臂吊艇架和圆形单轨(甲板下)，以用于将设备(包括清管器)从转塔搬运至月池堆放区(FPSO主甲板)。

(4) 围堰(临时结构)。在FPSO拆除月池的过程中，龙骨上的开孔需用围堰圆板加固和密封。围堰的目的是提供水密防护屏障，以方便在码头进行月池的拆旧和安装工作。

(5) 旋转侧管架。管架和电缆托架为主要处理管线、公用设施、喷淋管线、电缆等提供支撑，管架制作界面应在门架处终止。

1.3 接口项目

接口项目中比较关键的是旋转立管和回转轴承。旋转立管通过螺栓连接在回转支撑结构上，而回转轴承则通过螺栓安装在月池集成结构上。由于旋转立管必须正确居中于转塔轴上方，并且与回转轴承轴向居中，因此在安装前必须进行局部尺寸测量，才能进行最终加工安装工作。

2 内部转塔系统安装工艺

(1)拆除原船的护舷结构以安装新制围堰(在FPSO第一次进干坞期间)。需注意在布置坞墩时避开安装围堰的区域。在护舷拆除工作结束后，安装新的临时围堰。由于安装高度有限，须采用滑移轨道将围堰平移至月池下方，随即完成围堰安装工作。(2)将FPSO拖出干坞，移至码头进行下一步安装工作。(3)将原船转塔上部结构割除，进行月池内部原转塔系统所有部件的拆除工作。当拆除工作结束后，在月池周围区域安装新的加强筋，以满足新的设计载荷。(4)按照图纸要求，安装锥形封板以及下轴承支撑结构。(5)安装内部转塔导向装置，共3套。(6)采用激光定位仪，结合实测月池内部的径向数据，先确定内部转塔轴线方向的理论中心线，再确定位于基线上的定位基准点。需注意的是，船舶不能出现任何横倾或纵倾现象。(7)安装镗排设备，按照图纸精度要求对垂直于船体结构的下轴承支撑结构进行机加工。(8)准备垂向和横向定位用的顶升油缸，横向油缸3套，垂向油缸8套。(9)在下轴承支撑结构的支架上安装3套横向顶升油缸，成120°角均布。(10)在临时围堰上安装8套垂向顶升油缸，联接并形成一个3点系统。(11)通过螺栓将聚四氟乙烯垫片固定在下部轴承支撑结构上，作为转塔轴铬镍铁合金表面的垫片(聚四氟乙烯垫片沿周长方向均布，共15套)。(12)分别在垂向顶升油缸上安装聚四氟乙烯垫片，共8处。(13)在临时围堰上安装内部转塔轴回转定位销。(14)连接转塔轴和月池集成结构。先将安装场地上支撑转塔轴的支撑块固定完毕，接着将转塔轴吊至支撑块上，吊起月池集成结构至转塔轴上方并缓慢下放，直至月池集成结构接触转塔轴上的临时支撑，调整位置确保集成结构上的标记与转塔轴上的标记一一对应，随后通过6套顶升螺栓将集成结构上的上轴承支撑与转塔轴连接。过程中确保集成结构与转塔轴的间隙满足图纸要求，必要时使用垫片调整。完成焊接工作后将掣链器收进转塔轴内部，确保其不超出转塔轴的最下沿。(15)将转塔轴吊至月池上方，并缓慢下放，在此过程中确保已焊接在转塔轴上的月池集成结构与FPSO无任何接触。在下放至下轴承支撑时须特别注意，已经安装的3套导向装置会确保转塔顺利下放。同时，在下放过程中不能破坏转塔轴铬镍铁合金表面，已安装的聚四氟乙烯垫片会有效地保护转塔轴的喷镀表面。(16)通过回转定位销，转塔轴在基本下放到位后，通过调整横向和垂向的顶升油缸，以确保转塔轴的中心线垂直于已经确定好的基准面。检查转塔轴的垂向位置，确保其垂直对齐轴承支撑结构。完成月池集成结构与FPSO间的焊接工作(包括插入板)。再次检查确认转塔轴的中心线仍垂直于基准面。(17)按照图纸要求对月池集成结构和转塔轴的法兰上表面进行机加工，确保其与回转轴承下表面相匹配。在与回转轴承直接接触的法兰面上钻螺栓孔，然后再将回转轴承安装在月池集成结构上。拆除所有的临时支撑/顶升螺栓/导向装置/聚四氟乙烯垫片等，然后进行内部转塔的回转试验，检查下轴承处的间隙是否满足下轴承垫块厂家的要求。确认无误后，再进行下轴承垫块的安装。当垫块安装接触后，进行内部转塔的第二次回转试验，试验结构应符合厂家的相关指导文件。(18)进行回转支撑结构安装工作。(19)将门架结构安装至FPSO的上甲板上，包括旋转侧的管路。(20)将旋转立管下放并通过门架结构后再安装到基座上。连接旋转驱动臂到门架结构上。完成管路连接和电缆连接等工作。(21)进行最终的转动试验，达到船舶所有人的验收要求。(22)FPSO再次进干船坞，拆除月池下方的临时围堰，将管路法兰、掣链器等调整至最终位置。

3 结 语

该FPSO在公司的改装周期近10个月，目前已成功交付。其中，内部转塔系泊系统的安装工作有一定挑战性，由于大型FPSO内部转塔的质量较大，因此浮吊船的使用必不可少，安装过程常受天气、人员经验不足等因素影响，最后整个内部转塔系泊系统顺利地完成了安装并得到船舶所有人的认可。通过本次改装项目，比较系统地学习了内部转塔系泊系统的原理和组成部分，并积累了相关宝贵的安装经验。