企鵝圓筒型FPSO船體建造技術(shù)

王東鋒 楊 港 楊風(fēng)艷 李紅梅 苗 蕾

（海洋石油工程（青島）有限公司，青島 266520）

1 概述

石油天然氣資源開(kāi)發(fā)是海洋資源開(kāi)發(fā)利用的重點(diǎn)。浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置（Floating Production，Storage and Offloading，F(xiàn)PSO）是集海上油氣處理、儲(chǔ)油和卸油、發(fā)電、供熱、控制以及生活功能為一體的浮式容器狀生產(chǎn)系統(tǒng)，具有初投資小、建造周期短、儲(chǔ)油能力大、適應(yīng)水深范圍廣、遷移方便以及可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于深海、淺海及邊際油田的開(kāi)發(fā)[1-2]。

企鵝圓筒型FPSO服役于英國(guó)北海，作業(yè)水深160～170 m，位于211/13a和14區(qū)塊，采用Sevan 400圓筒型FPSO概念。企鵝圓筒型FPSO作為公司承接的第一艘圓筒型FPSO，其船體包含13個(gè)貨油艙和19個(gè)壓載艙，采用雙層底雙殼結(jié)構(gòu)。該船體三維示意圖見(jiàn)圖1。該船體主要參數(shù)見(jiàn)表1。

企鵝船體最大直徑87.5 m。海工場(chǎng)地船塢寬度110 m，長(zhǎng)420 m。塢墩居中擺放船兩舷各有11.25 m空間，供汽車吊、履帶吊及高架車通行。把3組導(dǎo)纜器中的兩組布置在船塢的兩角，另一組沖向塢門方向，保證3組導(dǎo)纜器都有空間布置履帶吊

企鵝船體結(jié)構(gòu)水平方向按甲板層高共分10層。徑向艙壁沿順時(shí)針?lè)较虺史派錉罘植肌Ｔ诜侄蝿澐诌^(guò)程中，充分考慮車間大門尺寸、行車能力、裝焊平臺(tái)和船塢吊機(jī)能力，做到了分段質(zhì)量最大化，減少了分段數(shù)量，加快了施工進(jìn)度。

圓筒型船體在出船塢過(guò)程中采用傳統(tǒng)的引船小車帶纜方法，容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此，在出塢方案制定過(guò)程中采用八字帶纜方式，并在船塢兩側(cè)布置臨時(shí)絞盤作為雙重保險(xiǎn)，以確保安全出塢。

通過(guò)合理規(guī)劃，最大限度利用了現(xiàn)有場(chǎng)地資源，使整個(gè)建造流程順暢高效，保證了企鵝船體按期完工出塢，為后續(xù)模塊集成爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。本文研究成果為企鵝圓筒型FPSO建造提供了整體技術(shù)路線，也為后續(xù)國(guó)內(nèi)投資建造的首艘圓筒型FPSO提供了參考。

表1 企鵝圓筒型FPSO參數(shù)

2 分段技術(shù)方案研究

2.1 總體規(guī)劃

為了縮短項(xiàng)目建造周期，F(xiàn)PSO采用模塊化建造[3]。主船體在塢內(nèi)上部模塊及工藝甲板在滑道同時(shí)建造。以項(xiàng)目總體計(jì)劃為基礎(chǔ)，根據(jù)分段搭載順序和場(chǎng)地資源制定鋼結(jié)構(gòu)計(jì)劃。根據(jù)各個(gè)工序作業(yè)的生產(chǎn)節(jié)拍，從車間中、大組開(kāi)始，對(duì)各階段進(jìn)行鐵舾裝、管、電等專業(yè)預(yù)裝和預(yù)密性等工作。

2.2 分段劃分

分段劃分應(yīng)適應(yīng)于FPSO船體的建造。要滿足可建造、易于建造和高效建造的要求，這就對(duì)船體分段有各種限制和要求，如分段結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求、改善作業(yè)條件的要求以及滿足船廠起吊運(yùn)輸能力的限制要求等[4]。

2.2.1 雙層底分段

（1）分段數(shù)量。雙層底分段自基線起至6 600標(biāo)高，分段高度為6 600 mm，共計(jì)分成17個(gè)分段，相關(guān)分段示意圖見(jiàn)圖2。

（2）合攏順序。雙層底分段以中心101分段為定位分段，然后合攏123分段，再向兩舷合攏。兩舷的113和121分段最后合攏。

（3）分段吊裝。底部分段采用正造法進(jìn)行建造，所有分段只需平吊吊裝。

2.2.2 貨艙中部分段

（1）分段數(shù)量。貨艙中部分段自6 600水平至24 125水平，分段高度為17 525 mm，共分成34個(gè)分段。其中，中心井2個(gè)分段，環(huán)形外圍共17個(gè)分段。

圖2 雙層底分段劃分示意圖

（2）合攏順序。中部分段合攏以中心201分段為基準(zhǔn)，向雙層底上合攏，后合攏艏艉分段，再向兩舷合攏。兩舷的215和224分段最后合攏。由于分段高度較高，設(shè)計(jì)專用強(qiáng)力馬板進(jìn)行臨時(shí)固定，便于快速脫鉤。

（3）分段吊裝。中間層段采用側(cè)造法進(jìn)行建造，分段需要翻轉(zhuǎn)90°。吊裝時(shí)，使用龍門吊3#鉤做主鉤、1#2#鉤作為輔鉤進(jìn)行吊裝。

2.2.3 主甲板上層分段

（1）分段數(shù)量。主甲板上層分段自24 125水平至32 000水平，分段高度為7 875 mm，共分為17個(gè)分段。其中，中心井1個(gè)分段，其他共16個(gè)分段。

（2）合攏順序。主甲板上層分段合攏仍以中心301分段為基準(zhǔn)向貨艙區(qū)中部上合攏，然后合攏艏艉分段，再向兩舷合攏。兩舷的318和313分段做最后合攏。

（3）分段吊裝。甲板層分段采用反造法進(jìn)行建造，分段需要翻轉(zhuǎn)180°，吊裝時(shí)使用龍門吊3#鉤做主鉤、1#2#鉤作為輔鉤進(jìn)行吊裝。翻身完成后落地墊墩，然后重新掛單鉤進(jìn)行合攏。

2.2.4 舷墻分段

（1）分段數(shù)量。主甲板以上外圍一圈為舷墻分段。舷墻分段以38 000工藝甲板為界分為上下兩層，兩層分別為9個(gè)分段，共計(jì)18個(gè)分段。火炬臂底座和卸載站結(jié)構(gòu)與相連的舷墻分段一起預(yù)制。

（2）合攏順序。主舷墻的合攏涉及到38 m工藝甲板的合攏。在工藝甲板15個(gè)甲板片合攏完成后，舷墻分段以艏部的416分段為基準(zhǔn)合攏，然后依次以426分段為基準(zhǔn)合攏第二層舷墻分段。

3 塢位布置

船塢尺寸為420 m×110 m×13.9 m。船塢配備1臺(tái)800 t龍門吊、2臺(tái)40 t門座式起重機(jī)，均位于船塢南側(cè)。北側(cè)吊裝資源不足，是內(nèi)部道路，不能布置履帶吊。因此，在塢位選擇過(guò)程中，把FPSO船體布置在盡量靠近船塢內(nèi)側(cè)的區(qū)域。這樣可以在西裝焊平臺(tái)布置一臺(tái)大型履帶吊，以增加吊機(jī)覆蓋范圍。同時(shí)，由于船體離塢壁較近，可以從塢頂布置登船梯，以便降低登船高度方便人員上下。塢墩居中擺放船兩舷各有11.25 m空間，供汽車吊、履帶吊及高架車通行。因?yàn)?組導(dǎo)纜輪每個(gè)輪的質(zhì)量為40 t，企鵝船體甲板是外飄結(jié)構(gòu)，所以無(wú)法通過(guò)正上方吊機(jī)進(jìn)行吊裝，需要履帶吊下塢完成吊裝。因此，在船朝向選擇過(guò)程中，把3組導(dǎo)纜器中的兩組布置在船塢的兩角。另外，一組沖向塢門方向保證了3組錨鏈都有空間布置履帶吊。考慮到公司還有后續(xù)船體進(jìn)塢二次落墩吊裝上部模塊，因此企鵝FPSO布置在船塢內(nèi)側(cè)，通過(guò)中間塢門隔開(kāi)，以保證另一艘船舶進(jìn)塢時(shí)企鵝不需要起浮二次落墩而影響建造工期。

4 船體出塢

因該FPSO為圓形結(jié)構(gòu)，出塢過(guò)程中受力不均很容易造成旋轉(zhuǎn)。為了避免旋轉(zhuǎn)主要采取3個(gè)方面的控制措施。

（1）船兩舷采用船塢自帶引船車掛八字纜，引船小車?yán)|繩長(zhǎng)度為48 m。當(dāng)塢門打開(kāi)，高潮時(shí)纜繩松弛103 mm，低潮時(shí)纜繩張緊13 mm，均在合理范圍內(nèi)。引船小車不會(huì)因受力過(guò)大而損壞。

（2）船塢兩側(cè)固定絞盤作為輔助及備用牽引裝置，一旦FPSO旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致引船車損壞，則使用固定絞盤作為主要牽引動(dòng)力。同時(shí)，絞盤也可以輔助引船車八字纜控制船體旋轉(zhuǎn)。船塢自帶絞盤數(shù)量不足，需提前外租3臺(tái)絞盤，采用臨時(shí)固定的方法固定在指定位置。

（3）為了進(jìn)一步控制船體在出塢門檻時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在到達(dá)塢口附近時(shí)，F(xiàn)PSO船體需靠泊北塢墻，以便留出足夠的空間使一條拖輪繞至船體后帶纜穩(wěn)住方向。船塢放水前，在船體浮筒相應(yīng)位置提前設(shè)計(jì)掛好14個(gè)大型圓形護(hù)舷，以便吸收在靠泊北塢墻過(guò)程中船體和塢墻的碰撞動(dòng)能。

（4）該FPSO由于水面下有突出的浮筒，導(dǎo)致拖輪無(wú)法靠近，不能采取拖輪頂推的方式，只能采用纜繩牽引。前后兩條主拖輪同樣采用八字纜，能夠最大限度控制船體旋轉(zhuǎn)。

5 碼頭系泊

5.1 系泊方案

碼頭系泊方案制定首先需要確定系泊位置的環(huán)境條件，提前判斷水深和纜樁能力是否滿足需求。同時(shí)，由于碼頭能力大的纜樁都在碼頭門機(jī)軌道外側(cè)，帶上纜繩后會(huì)影響門機(jī)的活動(dòng)范圍。為了最大限度地發(fā)揮碼頭門座式起重機(jī)的能力，分別按照6級(jí)風(fēng)、8級(jí)風(fēng)、10級(jí)風(fēng)、12級(jí)風(fēng)4種條件設(shè)計(jì)帶纜方案，便于碼頭帶纜人員根據(jù)不同風(fēng)速進(jìn)行帶纜調(diào)整。此外，需充分考慮隔離駁船與船體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和碼頭水深。

5.2 隔離駁設(shè)計(jì)

企鵝FPSO按照傳統(tǒng)系泊方法把船體直接通過(guò)纜繩固定在岸邊船體，會(huì)導(dǎo)致纜繩沿著岸線滾動(dòng)，很難綁扎牢固。為了避免這種問(wèn)題的發(fā)生，通常會(huì)在船體外側(cè)焊接鋼桁架結(jié)構(gòu)工裝，使圓筒型結(jié)構(gòu)變成一個(gè)平面，然后通過(guò)纜繩系泊。由于圓筒型FPSO直徑達(dá)到近90 m，在碼頭系泊過(guò)程中，岸吊吊裝半徑夠不到外舷，需要做180°轉(zhuǎn)向。此時(shí)，需要在船舶兩舷各焊接一個(gè)鋼桁架。交船前，船舶需要二次進(jìn)塢割除剛鋼架支撐，增加了交船前的工作量。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)制作一個(gè)弧形隔離方駁漂浮在船體與碼頭中間，有效限制船體的滾動(dòng)。

隔離駁設(shè)計(jì)成漂浮形式，以便實(shí)現(xiàn)與船體隨著風(fēng)浪流等外部環(huán)境變化協(xié)同運(yùn)動(dòng)[5]。內(nèi)部設(shè)計(jì)成壓載艙的形式，以便根據(jù)圓筒型FPSO外板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)調(diào)整隔離駁相對(duì)于船體的位置。隔離駁兩側(cè)分別安裝橡膠護(hù)舷，用來(lái)緩沖隔離駁、碼頭以及主船體之間的擠壓力。

6 碼頭集成

模塊建造完工后，采用公司稱重系統(tǒng)獲得模塊準(zhǔn)確的質(zhì)量重心，然后根據(jù)此重心數(shù)據(jù)計(jì)算船體排載水量。模塊起吊前，船體排載調(diào)整至模塊就位位置相反方向傾斜一定角度。模塊就位后，理論上船體重新保持水平狀態(tài)，吃水與模塊吊裝前保持不變。如有偏差，通過(guò)壓載進(jìn)行微調(diào)。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)充分合理的工藝工法策劃，采用模塊化建造技術(shù)船體和上部模塊并行建造，有效縮短了建造工期。通過(guò)合理的分段劃分和組塊分片方式，可最大限度地利用場(chǎng)地的起重資源和車間能力，制定合理的出塢、碼頭系泊及集成方案，確保整個(gè)項(xiàng)目能夠安全高效地推進(jìn)，同時(shí)為后續(xù)項(xiàng)目積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，提升公司在浮體領(lǐng)域的建造能力和競(jìng)爭(zhēng)力。