圆筒形浮式储油装置FPSO上部模块集成工艺研究

2020-09-02黄海滨冯爱民孙华峰王东升

石油和化工设备 2020年8期

黄海滨，冯爱民，孙华峰，王东升

（海洋石油工程股份有限公司安装事业部，天津 300461）

浮式储油装置F P S O（F P S O，F l o a t i n g Production Storage and Offloading）作为一种大型海洋钢结构装置，可以在海洋石油开发过程中提供石油储存、加工、外输等工作。本文以英国北海服役的一艘圆筒形FPSO为研究模型进行工艺分析。FPSO造价高，操作风险高，前期的建造工艺研究十分重要。在船坞里面主要的建造工艺分为FPSO上部模块和船体的建造、船体和上部模块的集成、上部模块中生活楼/飞机甲板的集成、吊机和卸货平台集成等。圆筒形FPSO上部模块在青岛某建造场地的总体集成方法包括工艺甲板、生活楼和飞机甲板等部分的集成工作。FPSO上部模块可以通过使用龙门吊从建造场地集成到船坞中的FPSO上，也可以通过浮吊或履带吊从建造场地的码头集成到停靠在码头边的FPSO上。图1为上部模块集成效果。

图1 圆筒形浮式储油装置上部模块集成效果

1 圆筒形浮式储油装置FPSO上部模块总体布置

圆筒形浮式储油装置分为船体和上部模块，主要由生产区域、公共区域、主甲板区域和船体区域组成。其中船体区域和部分主甲板区域属于船体，生产区域、公共区域和部分主甲板区域属于上部模块。整个上部模块被设计和划分为许多独立的单元，一些单元是集成模块，一些单元为非模块化的区域，一些单元是由供应商供货的功能设备、系统、撬块等，主要需要集成的上部模块信息如表1。

表1 圆筒形FPSO上部模块技术信息

上述FPSO上部模块根据不同的技术规格和重量采用不同的集成方式，本着降本增效和降低船舶使用天数的考虑，采用不同的集成方式。不同重量的上部模块会有着差异性的投入成本，主要体现在投入人工时和操作人数的不同。模块集成之后FPSO甲板的布置情况如图2所示。

图2 浮式储油装置集成后甲板布置图

2 圆筒形浮式储油装置FPSO上部模块集成施工装备

模块集成过程用到的主要吊机有龙门吊、浮吊、履带吊、岸吊和塔吊等。龙门吊主要是800t龙门吊一座，位于FPSO船体总装所在的船坞上方，将合适的模块在船坞内集成。浮吊资源主要是一艘起重能力为3600t的工程起重船浮吊用于靠码头集成。履带吊为750t履带吊4台，可用于尺寸较小、重量较轻模块及散件的跨码头集成。岸吊和塔吊：船坞周围的岸吊和船坞内新建的塔吊，用于重量轻的散件在船坞内集成。集成过程中用到的其他设备，包含吊索、卸扣、撑杆和手拉葫芦等。使用到的所有设备应处于良好状态，在签发批准证书之前，应由MWS检验员进行检验。设备应当按照生产设备的操作程序和指定的安全工作负荷进行使用，并遵照有关法规和使用惯例。

3 圆筒形浮式储油装置FPSO上部模块集成技术

基于模块技术规格尺寸特别是高度、重量、在FPSO上的最终安装位置以及吊机能力等因素，所有模块的集成一般分为4类工作。第一类，利用岸吊、塔吊或龙门吊在船坞内进行的非模块化的散件集成。包括主甲板及工艺甲板之间比较零散的构件，如G00、G10、R10的构件和散装的立柱、支架、塔楼等。另外，预制的P00的各个甲板片和挡浪墙的以及工艺甲板与其他模块间的hookup结构的集成也属于此类。第二类，利用龙门吊在船坞内进行的模块化集成。包括P50、P60、Z20吊机立柱、Z30吊机立柱、E10、P10、F10、U50以及P00的东南塔楼等。第三类，船坞外用浮吊进行的集成。包括L10、U10、U40、L20、P00的西南塔楼、西北塔楼、东北塔楼、Z10、P20、P30、P2和P30的连接结构、Z20的吊机、Z30的吊机、F20火炬臂等。第四类，船坞外用履带吊进行的船坞内受高度和位置等因素影响未能集成的较轻模块和散件的跨码头集成。包括生活楼区域的塔楼、U20&U30救生艇和H10直升机甲板及其支撑框架。见图3。

图3 上部模块集成效果图

在集成过程中，首先依次进行第一类和第二类的船坞内集成，在船坞内进行最大可能的集成。之后需要将FPSO从船坞拖出并运到1#装船出口码头前沿进行第三类和第四类的船坞外集成，受浮吊吊装半径的制约，先进行FPSO南侧模块的集成，之后将FPSO旋转180°后再进行北侧模块的集成。在FPSO南侧模块用浮吊集成的同时，其北侧需要散装集成的部分可在同一时间段内进行履带吊跨码头集成；FPSO北侧模块用浮吊集成的同时，其南侧的散装集成的部分也可在同一时间段内进行用履带吊跨码头集成。在集成过程中，通常应保证模块与其最终就位位置周围的结构物之间至少有500mm的间隙（特殊情况单独说明的除外），防止因吊装移动发生碰撞。为达到这一目的，模块上的部分结构可能需要散装，待模块集成就位后再单独集成这些散件，散件构件的详细清单参见每个模块的总体建造方案或具体的甲板片预制方案。船体船坞内集成完成，G00主甲板区域船坞内散装集成，这一步的集成包含主甲板及工艺甲板之间的立柱、塔楼、操作平台（含笼梯）、瓦楞板支撑框架、系泊系统等设备、仪表灯具、管线和支架的安装。有一些构件可以在地面预制成整体后再单独集成到主甲板上，如P00的2段塔楼和靠近U10位置的1个三级结构平台（含笼梯）和G00的3个机械设备操作平台（含笼梯）。G00主甲板区域管线数量众多，管线及管支架的具体安装顺序参见配管专业相关文件。一般来说，操作平台、支撑框架、管线和电缆托盘等悬挂在上部模块底部的，可以和上部模块安装到一起，前提是不影响运输和吊装。如果影响运输或吊装，这些材料将单独预制并在上部模块集成到位后再集成，但必须保证在相应上部模块吊装前将这些材料准备好并临时存放在主甲板上，以防止模块集成后材料倒运困难。

立管区域船坞内散装集成，主要包含4段防爆墙瓦楞板和2扇门，以及一些电仪和机械设备、管线、电缆托盘及其支架等。G10主甲板功能间和生活楼下挡浪墙船坞内散装集成，包含G10的墙皮和门、机械设备（如起锚机等）；L10下部的12根支撑立柱和1段塔楼及三段下挡浪墙（其中一段与船体的两个柴油罐预制成整体一起集成）。L10下挡浪墙安装；G10区域墙皮和门安装；G10区域机械设备安装；L10模块下立柱及塔楼安装；墙皮最上端的连接角钢待L10集成后再安装；G10的各类悬挂支架（管支架、电缆托架、风管支架等）和管线、电缆、通风管在运输吊装等条件允许的话尽可能多的带到L10下面与L10一起集成。对于那些不能带到L10下面和其一起集成的构件，需要在L10集成之前吊装到主甲板上，用临时支撑固定，待L10集成后完成安装就位。P00工艺甲板预制分片船坞内集成，P00工艺甲板分为13个分片进行预制，在喷涂完成后依次吊装集成。工艺甲板外围与船体下挡浪墙相连接的梁要和相应的挡浪墙预制到一起，P00工艺甲板和上部模块间的hookup构件需要在相应的上部模块集成后再集成。船体下挡浪墙被分为若干分段预制。与挡浪墙相连的工艺甲板梁及火炬臂底座连同相应的挡浪墙分段预制成整体，依次吊装集成。此阶段集成的工艺甲板上的散装构件包含三级结构平台及楼梯、管支架、管线、机械设备、仪表灯具和剩余火炬臂底座及其小平台和直梯等。P00上与其他模块相连的hook-up结构等需要待与其相连的模块集成后再进行集成安装就位。距离其他模块距离较近的设备、灯具和其他构件等，可以在此阶段吊装到工艺甲板上距离最终位置较近的位置（不影响其他模块吊装），待其他模块集成后再精确就位安装。三级结构小平台可分别在地面预制成整体喷涂后再进行吊装集成，分别为北侧的life craft小平台、东北侧的PSV小平台、东侧的Nai_aid1小平台、西侧的Nav_aid2小平台和火炬臂底座的直梯小平台。P50模块包含坐落在工艺甲板上的两个独立笼梯和两个独立斜梯，它们可临时固定到模块上与模块一起吊装，待模块集成完成后再将这些独立结构调整至集成的最终位置。Z30吊机立柱与U50模块相连的一部走道平台暂不安装，待U50模块集成后再集成。吊机立柱上端的一部分直梯待上部的吊机设备集成后再集成。