企鹅圆筒型FPSO船体建造技术

王东锋 杨 港 杨风艳 李红梅 苗 蕾

（海洋石油工程（青岛）有限公司，青岛 266520）

1 概述

石油天然气资源开发是海洋资源开发利用的重点。浮式生产储卸油装置（Floating Production，Storage and Offloading，FPSO）是集海上油气处理、储油和卸油、发电、供热、控制以及生活功能为一体的浮式容器状生产系统，具有初投资小、建造周期短、储油能力大、适应水深范围广、迁移方便以及可重复使用等优点，广泛适用于深海、浅海及边际油田的开发[1-2]。

企鹅圆筒型FPSO服役于英国北海，作业水深160～170 m，位于211/13a和14区块，采用Sevan 400圆筒型FPSO概念。企鹅圆筒型FPSO作为公司承接的第一艘圆筒型FPSO，其船体包含13个货油舱和19个压载舱，采用双层底双壳结构。该船体三维示意图见图1。该船体主要参数见表1。

企鹅船体最大直径87.5 m。海工场地船坞宽度110 m，长420 m。坞墩居中摆放船两舷各有11.25 m空间，供汽车吊、履带吊及高架车通行。把3组导缆器中的两组布置在船坞的两角，另一组冲向坞门方向，保证3组导缆器都有空间布置履带吊

企鹅船体结构水平方向按甲板层高共分10层。径向舱壁沿顺时针方向呈放射状分布。在分段划分过程中，充分考虑车间大门尺寸、行车能力、装焊平台和船坞吊机能力，做到了分段质量最大化，减少了分段数量，加快了施工进度。

圆筒型船体在出船坞过程中采用传统的引船小车带缆方法，容易发生旋转。因此，在出坞方案制定过程中采用八字带缆方式，并在船坞两侧布置临时绞盘作为双重保险，以确保安全出坞。

通过合理规划，最大限度利用了现有场地资源，使整个建造流程顺畅高效，保证了企鹅船体按期完工出坞，为后续模块集成争取了宝贵的时间。本文研究成果为企鹅圆筒型FPSO建造提供了整体技术路线，也为后续国内投资建造的首艘圆筒型FPSO提供了参考。

表1 企鹅圆筒型FPSO参数

2 分段技术方案研究

2.1 总体规划

为了缩短项目建造周期，FPSO采用模块化建造[3]。主船体在坞内上部模块及工艺甲板在滑道同时建造。以项目总体计划为基础，根据分段搭载顺序和场地资源制定钢结构计划。根据各个工序作业的生产节拍，从车间中、大组开始，对各阶段进行铁舾装、管、电等专业预装和预密性等工作。

2.2 分段划分

分段划分应适应于FPSO船体的建造。要满足可建造、易于建造和高效建造的要求，这就对船体分段有各种限制和要求，如分段结构的强度和刚度要求、改善作业条件的要求以及满足船厂起吊运输能力的限制要求等[4]。

2.2.1 双层底分段

（1）分段数量。双层底分段自基线起至6 600标高，分段高度为6 600 mm，共计分成17个分段，相关分段示意图见图2。

（2）合拢顺序。双层底分段以中心101分段为定位分段，然后合拢123分段，再向两舷合拢。两舷的113和121分段最后合拢。

（3）分段吊装。底部分段采用正造法进行建造，所有分段只需平吊吊装。

2.2.2 货舱中部分段

（1）分段数量。货舱中部分段自6 600水平至24 125水平，分段高度为17 525 mm，共分成34个分段。其中，中心井2个分段，环形外围共17个分段。

图2 双层底分段划分示意图

（2）合拢顺序。中部分段合拢以中心201分段为基准，向双层底上合拢，后合拢艏艉分段，再向两舷合拢。两舷的215和224分段最后合拢。由于分段高度较高，设计专用强力马板进行临时固定，便于快速脱钩。

（3）分段吊装。中间层段采用侧造法进行建造，分段需要翻转90°。吊装时，使用龙门吊3#钩做主钩、1#2#钩作为辅钩进行吊装。

2.2.3 主甲板上层分段

（1）分段数量。主甲板上层分段自24 125水平至32 000水平，分段高度为7 875 mm，共分为17个分段。其中，中心井1个分段，其他共16个分段。

（2）合拢顺序。主甲板上层分段合拢仍以中心301分段为基准向货舱区中部上合拢，然后合拢艏艉分段，再向两舷合拢。两舷的318和313分段做最后合拢。

（3）分段吊装。甲板层分段采用反造法进行建造，分段需要翻转180°，吊装时使用龙门吊3#钩做主钩、1#2#钩作为辅钩进行吊装。翻身完成后落地垫墩，然后重新挂单钩进行合拢。

2.2.4 舷墙分段

（1）分段数量。主甲板以上外围一圈为舷墙分段。舷墙分段以38 000工艺甲板为界分为上下两层，两层分别为9个分段，共计18个分段。火炬臂底座和卸载站结构与相连的舷墙分段一起预制。

（2）合拢顺序。主舷墙的合拢涉及到38 m工艺甲板的合拢。在工艺甲板15个甲板片合拢完成后，舷墙分段以艏部的416分段为基准合拢，然后依次以426分段为基准合拢第二层舷墙分段。

3 坞位布置

船坞尺寸为420 m×110 m×13.9 m。船坞配备1台800 t龙门吊、2台40 t门座式起重机，均位于船坞南侧。北侧吊装资源不足，是内部道路，不能布置履带吊。因此，在坞位选择过程中，把FPSO船体布置在尽量靠近船坞内侧的区域。这样可以在西装焊平台布置一台大型履带吊，以增加吊机覆盖范围。同时，由于船体离坞壁较近，可以从坞顶布置登船梯，以便降低登船高度方便人员上下。坞墩居中摆放船两舷各有11.25 m空间，供汽车吊、履带吊及高架车通行。因为3组导缆轮每个轮的质量为40 t，企鹅船体甲板是外飘结构，所以无法通过正上方吊机进行吊装，需要履带吊下坞完成吊装。因此，在船朝向选择过程中，把3组导缆器中的两组布置在船坞的两角。另外，一组冲向坞门方向保证了3组锚链都有空间布置履带吊。考虑到公司还有后续船体进坞二次落墩吊装上部模块，因此企鹅FPSO布置在船坞内侧，通过中间坞门隔开，以保证另一艘船舶进坞时企鹅不需要起浮二次落墩而影响建造工期。

4 船体出坞

因该FPSO为圆形结构，出坞过程中受力不均很容易造成旋转。为了避免旋转主要采取3个方面的控制措施。

（1）船两舷采用船坞自带引船车挂八字缆，引船小车缆绳长度为48 m。当坞门打开，高潮时缆绳松弛103 mm，低潮时缆绳张紧13 mm，均在合理范围内。引船小车不会因受力过大而损坏。

（2）船坞两侧固定绞盘作为辅助及备用牵引装置，一旦FPSO旋转导致引船车损坏，则使用固定绞盘作为主要牵引动力。同时，绞盘也可以辅助引船车八字缆控制船体旋转。船坞自带绞盘数量不足，需提前外租3台绞盘，采用临时固定的方法固定在指定位置。

（3）为了进一步控制船体在出坞门槛时发生旋转，在到达坞口附近时，FPSO船体需靠泊北坞墙，以便留出足够的空间使一条拖轮绕至船体后带缆稳住方向。船坞放水前，在船体浮筒相应位置提前设计挂好14个大型圆形护舷，以便吸收在靠泊北坞墙过程中船体和坞墙的碰撞动能。

（4）该FPSO由于水面下有突出的浮筒，导致拖轮无法靠近，不能采取拖轮顶推的方式，只能采用缆绳牵引。前后两条主拖轮同样采用八字缆，能够最大限度控制船体旋转。

5 码头系泊

5.1 系泊方案

码头系泊方案制定首先需要确定系泊位置的环境条件，提前判断水深和缆桩能力是否满足需求。同时，由于码头能力大的缆桩都在码头门机轨道外侧，带上缆绳后会影响门机的活动范围。为了最大限度地发挥码头门座式起重机的能力，分别按照6级风、8级风、10级风、12级风4种条件设计带缆方案，便于码头带缆人员根据不同风速进行带缆调整。此外，需充分考虑隔离驳船与船体之间的相对运动和码头水深。

5.2 隔离驳设计

企鹅FPSO按照传统系泊方法把船体直接通过缆绳固定在岸边船体，会导致缆绳沿着岸线滚动，很难绑扎牢固。为了避免这种问题的发生，通常会在船体外侧焊接钢桁架结构工装，使圆筒型结构变成一个平面，然后通过缆绳系泊。由于圆筒型FPSO直径达到近90 m，在码头系泊过程中，岸吊吊装半径够不到外舷，需要做180°转向。此时，需要在船舶两舷各焊接一个钢桁架。交船前，船舶需要二次进坞割除刚钢架支撑，增加了交船前的工作量。为了解决这个问题，需要设计制作一个弧形隔离方驳漂浮在船体与码头中间，有效限制船体的滚动。

隔离驳设计成漂浮形式，以便实现与船体随着风浪流等外部环境变化协同运动[5]。内部设计成压载舱的形式，以便根据圆筒型FPSO外板结构特点调整隔离驳相对于船体的位置。隔离驳两侧分别安装橡胶护舷，用来缓冲隔离驳、码头以及主船体之间的挤压力。

6 码头集成

模块建造完工后，采用公司称重系统获得模块准确的质量重心，然后根据此重心数据计算船体排载水量。模块起吊前，船体排载调整至模块就位位置相反方向倾斜一定角度。模块就位后，理论上船体重新保持水平状态，吃水与模块吊装前保持不变。如有偏差，通过压载进行微调。

7 结语

综上所述，通过充分合理的工艺工法策划，采用模块化建造技术船体和上部模块并行建造，有效缩短了建造工期。通过合理的分段划分和组块分片方式，可最大限度地利用场地的起重资源和车间能力，制定合理的出坞、码头系泊及集成方案，确保整个项目能够安全高效地推进，同时为后续项目积累丰富的经验，提升公司在浮体领域的建造能力和竞争力。