圓筒型FPSO總體設計及關鍵模塊設備選型構思

梁宇軒 李國杰 劉鵬 陳耀輝 劉傳峰

摘 ?要：圓筒FPSO在國內石油生產中得到極高重視度，是多點系泊圓筒浮式生產儲卸油裝置，在很多環保要求較高的環境中被予以厚望。圓筒FPSO將油氣的生產、存儲以及外輸融為一體。對此本文將對圓筒FPSO平臺的結構設計特征和設備選型進行討論，用系統、科學的研究配合實踐經驗，研究推廣FPSO平臺結構的方案，解決設備選型需求。

關鍵詞：圓筒;FPSO;總體設計;結構;關鍵模塊

海洋資源的開發以及利用重點為石油天然氣開發。近些年，在國內對于近海不斷深度勘探的過程中，海洋油氣的開發趨勢為深海發展。不過自從國際金融危機的到來，如今的海工設備制造格局發生了很大的變化，尤其是國內靠著國家政策的大力支持，海洋工程成為投資界的重點對象，大量涉海企業紛紛投資，打破了新加坡與韓國壟斷市場的場面。在這樣的背景下，國內出現了大量圓筒FPSO項目，在環境要求比較苛刻的環境中同樣能夠發揮很好的使用效果。該技術實現了生產、儲存和外輸等眾多功能為一體，優勢巨大。

1平臺總設計

有別于傳統船型的FPSO，圓筒FPSO的多點系泊圓筒海上油氣生產儲卸平臺非常高，通常可達20層樓，約60米的高度。圓筒FPSO，由圓形的主船體與生產甲板兩個部分構成[1]。其中，生產甲板海闊甲板吊、壓縮處理模塊、油氣分離模塊、動力模塊、辦公區模塊、公共設施模塊、直升機平臺、生活區等。平臺的生活區能夠存放70個床位，平臺的液氣處理能力每天可以達到5萬桶，每天最多能夠處理4萬4千桶原油。平臺的最大氣體能力為40mmscfd氣體，最大存儲量為40萬桶原油[2]。足以滿足英國的IVB嚴格要求和挪威的DNV GL規范。以挪威的NORSOK標準，圓筒FPSO平臺可以在海洋作業20年。系統擁有極強的可靠性、安全性，并且自動化控制能力很強，擁有多達1萬7千個報警點，能夠同時滿足ATEX防爆、PED壓力設備準則、OSCR安全規范等規定。

平臺采用圓筒結構設計的船體，甲板下方為空艙、壓載艙、污水艙、貨艙等艙室。平臺的液艙結構和水下船體充分考慮了腐蝕問題，預留了0.5毫米大小的余量應對腐蝕。平臺的飛濺區預留了1.5毫米大小的余量應對腐蝕。平臺的船體底部，采用了加大環形的裙板結構，為的是依靠水動力阻尼，調整平臺運動性。平臺的裙板使用斜面框架結構過渡到主船體，有效強化了裙板結構抗疲勞力。評估疲勞能力的時候，充分考慮平臺所在環境條件。系統所在區域，并沒有準備裙板結構，為的是更好的操作和安裝系泊系統。從研究結果可以看到的是，圓筒船體結構，相較于船型結構有著更優秀的運動能力和穩定性。

平臺的主甲板外圍，使用的是舷墻結構，舷墻結構向上延伸與外飄，自然通風開敞框架結構，用于解決甲板上浪以及砰擊載荷。舷墻結構的設計，保障了甲板的面積，同時也能提高整體穩定性，即便遇到惡劣天氣條件，甲板上浪問題也能得到有效應對和處理。該設計方法，既能讓空氣順利流通，同時也能降低數量和速度。因為能夠自由流通空氣，所以可燃氣體并不會聚集爆炸，安全性得到了保障。為解決上浪進入到甲板的積水，舷墻的內側，設置擋浪結構，布置幾道排水槽。

主甲板的正上方采用的是工藝甲板，甲板艏、艉布置功能、生活以及生產等模塊。模塊之間的隔離使用防爆防火的結構。生產模塊由燃燒臂、注水模塊、壓縮模塊、分離模塊、清管模塊組成，都是開敞框架。分離模塊與壓縮模塊中間設置防火墻。發電機、功能區、辦公區、生活區為防爆結構向艏，其余采用封閉板結構。直升機甲板在生活區的頂部，設計時候，充分考慮CAP437的規定。工藝甲板與主甲板中間設置了框架結構和立柱結構支持工藝甲板以及各種模塊。沿著平臺縱向布置大梁結構，預留一定空間用于布置各種管子和電纜托架。

圓筒結構中垂或中拱彎曲力矩不大，有著比較低的疲勞應力狀態，能夠提高抗磨損性，確保了平臺壽命，保障了可靠性。按照規范分析計算疲勞度、局部強度、總體強度，提高結構安全性與可靠性。平臺能夠在海面維持20年時間生產。

圓筒船體結構有著大水線面的特征，所以有著較大的二階波浪載荷。為解決系泊系統動力響應問題，系泊鏈使用159毫米直徑的無檔錨鏈和260毫米直徑的聚酯纜。聚酯纜有著很高的強度、很強的重量和很好的拉伸性。聚酯纜在水面能夠自行浮動，在張緊系泊系統中的使用，能夠降低系泊鏈垂向載荷，系泊系統水平面恢復剛度得到顯著增強，改善了系統定位水平，還能減少系泊鏈最大張力的響應和牽引鏈鏈徑。通過試驗得知的是，聚酯系泊纜與錨鏈、鋼纜相比，耐海水腐蝕性非常突出，不需要增大直徑或是犧牲陽極保護也能獲得足夠的腐蝕余量，有著優秀的疲勞性。在破斷強度相等情況下，聚酯系泊纜有著出色的質量和強度，且成本僅僅只有鋼纜一半左右。長期使用后聚酯纜蠕變問題，可以使用系泊絞車調整進行處理。

2圓筒FPSO設備選型經驗

2.1原油處理

該模塊包括貨油泵、貨油冷卻器、電脫水處理器、級間加熱器、測試分離器、二級分離器、一級分離器和進料加熱器。

級間加熱器與金了解熱氣，使用的是管殼換熱器，能夠規避板式換熱器泄露。設計換熱器的過程中，換熱管破裂是重點考慮事情。

二級分離器與一級分離器的三相分離器應用高效臥式分離器。所有分離器都配備了高效分離內件，并在分離器的進口，安裝了旋液分離器，用于控制流體的動量，可以初步分離井口的流體。分離器內部安裝開孔隔板，可以讓油水保持柱狀流狀態，更好的分離氣液。在模塊中，油水分離器是最重要的工藝設備。為了實現油水界面的有效控制，使用核子界面儀。這種液位計能夠準確的獲知各種介質的準確液位情況，直觀表現介質狀況。并且還能構成閉環回路，實現對油水界面的精準控制，解決了化學藥劑添加不精準問題，避免了水處理系統受到外界污染，具有節能減排的優勢。除了上面的優勢之外，分離器還能在線的去除砂介質，防止了管道磨損和堵塞。

2.2天然氣處理

在FPSO中，最核心的設備是天然氣壓縮機，其有著較大的氣量處理能力要求，所以只能選擇離心壓縮機。大型離心壓縮機有著比較成熟的技術，設計中，考慮的是如何保障壓縮機能夠從容應對各種工況，保持穩定運轉。設計和選型高壓壓縮機的時候，需要動態模擬壓縮機工況，壓縮機系統的確定，需要緊急停車熱旁通回路與防喘振控制回路的雙重保護，可以防止生產過程中發生異常問題影響壓縮機運轉。

在穩定了原有以后，此時釋放低壓溶解器，使用低壓壓縮機對其進行增加，送到高壓壓縮機進行回收處理。因為壓縮比要求高且氣量有著比較大的波動，所以考慮的對象為濕式螺桿壓縮機，使用外部回流閥和內部滑閥對壓縮機的壓力進行控制。為提高壓縮機可靠性和操作彈性，可以讓多臺低壓壓縮機相互切換運作模式。

2.3火炬

該系統包括火炬、低壓火炬緩沖罐、高壓火炬緩沖罐等。因為不能排放尾氣，所以選擇火炬的時候，使用閉路系統。在遇到緊急情況的時候，如果氣體的回收系統無法解決問題，才準許點火。點火系統使用的是機械子彈點火方式。將點火子彈發射出去，用于火炬的點燃。點火系統使用多回路控制，及時點火。創新性設計為，排放至高壓和低壓火炬管網的氣體，最后被送回回收系統，能夠綠色生產，減少浪費和污染。

3結語

圓筒FPSO打破了傳統設計理念限制，有著出色的抗風浪能力，并且還能將生產、存儲和卸載融為一體，是性能非常出色的生產儲卸油平臺。本文研究和分析了各種模塊設備選項思路和要求，希望能夠為我國的海洋油氣開發提供更多支持。

參考文獻

[1] 王曉華.簡述圓筒型FPSO錨機止鏈器的安裝工藝[J].石油和化工設備，2020，23（10）：74-76.

[2] 袁磊.圓筒型FPSO基準定位分段吊裝運輸設計[J].海洋工程裝備與技術，2020，7（02）：120-125.

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