FPSO外输软管安装方法分析

2024-02-29王晓华宋珺霆王松松张先伟李传明

造船技术 2024年1期

王晓华, 宋珺霆, 王松松, 张先伟, 李传明

(1.海洋石油工程(青岛)有限公司，山东青岛 266520；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

0 引言

海上浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading，FPSO)可实现对开采后的原油进行初步加工并储存。FPSO具备抗风浪能力强、适用不同水深、作业区域广、储油量大、作业地点可转移和可重复利用等诸多优点，是目前国际海洋油气开发的重要生产方式。在FPSO货油舱内储存的原油定期通过外输系统将原油输送至穿梭油船上。采用外输软管进行FPSO原油外输是目前国际上的主流方式[1]。软管盘卷在外输滚筒上，外输滚筒可控制软管的释放和卷进。在需要将原油输送至油船上时，外输滚筒转动并释放软管，与穿梭油船连接，进行原油外输。在完成外输作业后，外输滚筒反向转动，软管卷进，完成软管回收。

在外输软管作业时，FPSO与穿梭油船在海上风浪的作用下处于相对运动状态，导致外输系统作业的技术难度和风险性均较高，必须采用特殊的外输系统和设备。软管采用钢筋为骨架，钢筋内外主要是帘线和橡胶材料合成的软管，具有质量轻和强度高的特点。在空管和输油时，可漂浮在海面上；在不使用时，可盘卷在滚筒上，敷设和回收均非常方便[2]。

1 外输软管安装法

外输软管安装需要外输系统关键设备调试完成并可正常作业，通常该施工在FPSO建造末期的调试阶段进行。外输软管在作业时总长超百米，为方便在投产后软管局部损坏或老化的更换，厂家通常将软管制成长度超过10.0 m的单节软管，不同软管之间通过法兰连接。外输软管安装的施工目的是将单节软管串联为整体、盘卷在外输滚筒上。通常在安装过程中需要进行软管试压，验证软管在整体连接后可否满足使用要求，在一定压力下不发生泄漏[3]。梳理国内外在FPSO建造过程中采用的外输软管安装方法，可总结为3种：浮船坞安装法、陆地安装法和盘卷安装法。

1.1 浮船坞安装法

浮船坞安装法是指利用船坞进行外输软管安装。在施工前需要在船坞内预设垫墩或其他临时支撑，将软管依序摆放在垫墩或临时支撑上，并完成软管之间的连接和法兰管理。在完成软管连接后进行水压试压，验证整体连接后的强度和密性。通过调整船坞载荷，使外输软管整体呈漂浮状态。利用拖船将软管拖拉至FPSO附近靠近外输滚筒一侧的位置。利用浮式起重机或FPSO上的起重机将软管一端吊起，完成与外输滚筒鹅颈端的连接[4]。转动外输滚筒，将软管盘卷在其上并固定。该方法需要具备船坞资源，并需要拖船配合，整体施工周期长、施工步骤多、效率低，无法适用于缺少船坞资源和拖船的工况。中远船务公司的尼萨号油船改造工程采用该方法进行施工[5]。

1.2 陆地安装法

陆地安装法是指在陆地建造场地指定区域提前预制工件支撑，将软管单节吊装，依序摆放至工件上，完成软管连接和法兰管理。根据厂家要求进行软管整体的压力试验，在完成试验后将软管整体拖拉至海中，完成后续卷管。陆地安装法与浮船坞安装法的区别在于不需要船坞资源，可在陆地完成整体连接和试压。该方法不仅适用于FPSO外输软管安装，而且适用于在陆地建造的浮式深水平台的外输软管安装。在海洋工程青岛场地建造的巴油FPSO P67项目采用该方法，在陆地完成整体连接和试压后，使用拖船拖拉至海中，使用起重机完成卷管[6]。在深海一号半潜式平台的建造过程中同样采用该方法，区别在于深海一号是在近岸陆地建造，不需要将软管拖拉至海中，吊装和卷管通过履带式起重机配合外输滚筒即可完成，如图1所示。该方法缺点在于：①施工前期准备和投入较大，施工效率低；②在实际施工中发现，受限于软管自身材质问题，软管在摆放至工件上后因重力变形导致摩擦阻力增大，在完成整体连接后产生拖拉困难。

图1 深海一号项目陆地安装外输软管

1.3 盘卷安装法

盘卷安装法是利用外输系统自带的设备，逐节安装软管至滚筒上，并完成与滚筒法兰的对接和卷管。在完成所有软管连接和卷管后进行压力试验。该方法整体施工操作简单，对施工场地资源要求少，施工效率高。但国内尚无采用该方法进行卷管的实例。在新加坡吉宝场地建造的巴油FPSO P66项目，由于场地受限，且滚筒正对码头，因此采用盘卷安装法：在陆地连接6节软管，吊装软管与滚筒法兰对接，盘卷软管，随后边连接边盘卷，在全部盘卷至滚筒上后进行强度试验。

1.4 外输软管安装法对比

浮船坞安装法和陆地安装法的安装流程相似，按连接、试压和盘卷的施工流程进行。两者优点在于在完成试压后进行软管盘卷，一旦试压发生泄漏可及时对泄漏位置重新进行法兰管理，可靠性较高；缺点在于整体连接后的软管长度较长，需要动用大量的场地和设备等资源，并需要预制连接工件等，施工投入较大，施工效率较低。盘卷安装法相比于前两种方法，整体施工流程简便，不需要动用大量场地和设备资源，仅需要船用起重机与设备配合即可完成软管连接和盘卷，施工投入少，施工效率高；由于软管试压是在完成盘卷后进行，一旦发生泄漏，需要先将软管从滚筒上释放，再对泄漏位置重新进行法兰管理，因此该方法要求施工人员必须严格执行操作流程和法兰管理要求，确保一次成功。

2 企鹅FPSO项目外输软管安装

企鹅FPSO项目由于场地建造规划和施工周期要求，不具备采用浮船坞安装法和陆地安装法的条件，因此从降本增效的角度出发，决定采用盘卷安装法进行外输软管安装。

企鹅FPSO项目外输系统包含外输滚筒、软管替换装置(Hose Replacement Tool，HRT)与锚机等3个主要设备和导向滚轮、吊点等辅助设施。外输滚筒是核心设备，设置专门的操作室进行操控。外输滚筒在液压系统驱动下进行转动，控制软管收放，并通过操作阀门开关控制FPSO的油气由外输软管输送至穿梭油船[7]。HRT是用于某节软管在发生破损或泄漏等影响正常使用的问题后进行更换的设备，设置在外输滚筒下方的轨道上，可沿轨道移动，实现滚筒下方所有区域的覆盖。锚机的作用是拖拉HRT沿轨道方向和垂直轨道方向进行移动，实现软管替换的功能。在外输滚筒的四角设置羊角滚轮，可改变锚机的牵引方向，实现HRT沿轨道方向和垂直轨道方向的移动。

2.1 准备工作

企鹅项目外输软管为DUNLOP OIL &MARINE公司生产的凝析油外输用浸没式软管，直径为30.48 cm，单节软管的长度为12.2 m，共14节，完成串联后的总长为170.8 m。软管在连接前应对其外观进行目视检查，检查是否出现鼓泡、切口、穿孔或任何其他损坏变形迹象；检查软管内部是否出现鼓泡、割伤或损坏(可使用大功率照明灯)；检查法兰面是否出现异常情况，例如变形、过度腐蚀和表面损坏等。软管在吊装前需要根据图纸检查，并对每根软管的两段法兰口进行编号，确保软管连接顺序符合厂家文件要求。

外输软管系统是由多种设备组成的复杂系统，包含一个便携式的控制单元。若是非授权人员操作，则可能出现非预期启动。该系统在操作前需要解除警戒。只有受过专门培训和授权的专业人员才能操作该系统。操作人员负有责任确保所有参与人员均受过相关培训，阅读并理解操作手册的全部内容。

2.2 首节软管安装

软管吊装采用厂家提供的法兰吊点工件进行，在吊装时法兰吊点与软管一端法兰连接，起重机缓缓提升法兰吊点，注意不能使用任何导致软管过度弯曲的方法吊装。软管最小弯曲半径为1.2 m。

首节软管需要与外输滚筒上的鹅颈口连接。起重机将首节软管一端吊起，移动至外输滚筒上方。缓慢转动滚筒，将起重机的牵引绳拉紧，在鹅颈口处于垂直向上位置停止。考虑鹅颈位置，需要搭建合适的脚手架平台完成该高度的剩余软管连接作业。缓慢落下软管，使软管法兰与鹅颈口连接。完成剩余法兰管理。在完成软管连接后转动滚筒，将首节软管盘卷在滚筒上。首节软管安装如图2所示。

图2 首节软管安装示例

2.3 中间软管安装

除首节软管外，其他软管均需要利用HRT和锚机配合，完成软管连接和盘卷。HRT设置多个导向轮，锚机滚筒上的钢丝绳与导向轮连接，导向轮的具体使用需要根据HRT的实际位置决定。HRT可通过液压缸控制其操作台开关和转动。起重机吊起软管，落在HRT上法兰口支撑臂，软管穿过HRT中心，缓慢落下软管直至质量全部落在支撑臂上。拆除吊点法兰，移走起重机。此时转动外输滚筒，将盘卷在滚筒上的软管的末端法兰与HRT支撑臂上的软管法兰对接。可通过锚机牵引调节HRT沿轨道方向的位置，操作HRT中心台转动，调节两节软管之间的法兰间距，使法兰螺栓孔对齐。完成两节软管之间的法兰管理。在完成两节软管连接后，打开法兰支撑臂，转动滚筒，盘卷软管至滚筒上。其他软管按上述步骤依次完成软管连接和盘卷。软管在HRT上连接如图3所示。

图3 软管在HRT上连接

2.4 末端软管和快速接头的安装

末端软管通过快速接头实现外输软管与穿梭油船上接口的连接。快速接头尺寸和质量较大。吊起软管完成与快速接头的连接，整体吊装至外输滚筒上方。打开HRT操作平台，使快速接头具有足够的空间落下。在快速接头落至HRT作业面以下后，通过平移将软管移入HRT中心内，关闭操作平台。将软管整体落在HRT内，落下支撑臂，此时末端软管连同快速接头完全落在HRT上。通过操作调整HRT和转动外输滚筒，实现法兰对接，完成法兰管理，此时外输软管整体连接完成。转动滚筒，盘卷软管。

2.5 软管试压

软管试压是对整体连接状态的检验，通过试压证明所有的法兰节点安装正确，在理论压力下无泄漏。企鹅FPSO项目外输软管最大允许压力为16.8 bar(1 bar=0.1 MPa)。试压步骤如下：①将外输软管升压至7.5 bar；②继续将外输软管升压至16.8 bar，保压3 h无泄漏发生。在试验过程中应目视检查所有法兰连接点。一旦发现在加压过程中滚筒和软管之间的间隙没有增加，加压应立即停止，在滚筒下方采取措施，检查所有连接点。最终试压顺利完成，外输软管未出现法兰节点泄漏。