FPSO外輸軟管安裝方法分析

王曉華, 宋珺霆, 王松松, 張先偉, 李傳明

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

0 引 言

海上浮式生產儲卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，FPSO)可實現對開采后的原油進行初步加工并儲存。FPSO具備抗風浪能力強、適用不同水深、作業區域廣、儲油量大、作業地點可轉移和可重復利用等諸多優點，是目前國際海洋油氣開發的重要生產方式。在FPSO貨油艙內儲存的原油定期通過外輸系統將原油輸送至穿梭油船上。采用外輸軟管進行FPSO原油外輸是目前國際上的主流方式[1]。軟管盤卷在外輸滾筒上，外輸滾筒可控制軟管的釋放和卷進。在需要將原油輸送至油船上時，外輸滾筒轉動并釋放軟管，與穿梭油船連接，進行原油外輸。在完成外輸作業后，外輸滾筒反向轉動，軟管卷進，完成軟管回收。

在外輸軟管作業時，FPSO與穿梭油船在海上風浪的作用下處于相對運動狀態，導致外輸系統作業的技術難度和風險性均較高，必須采用特殊的外輸系統和設備。軟管采用鋼筋為骨架，鋼筋內外主要是簾線和橡膠材料合成的軟管，具有質量輕和強度高的特點。在空管和輸油時，可漂浮在海面上；在不使用時，可盤卷在滾筒上，敷設和回收均非常方便[2]。

1 外輸軟管安裝法

外輸軟管安裝需要外輸系統關鍵設備調試完成并可正常作業，通常該施工在FPSO建造末期的調試階段進行。外輸軟管在作業時總長超百米，為方便在投產后軟管局部損壞或老化的更換，廠家通常將軟管制成長度超過10.0 m的單節軟管，不同軟管之間通過法蘭連接。外輸軟管安裝的施工目的是將單節軟管串聯為整體、盤卷在外輸滾筒上。通常在安裝過程中需要進行軟管試壓，驗證軟管在整體連接后可否滿足使用要求，在一定壓力下不發生泄漏[3]。梳理國內外在FPSO建造過程中采用的外輸軟管安裝方法，可總結為3種：浮船塢安裝法、陸地安裝法和盤卷安裝法。

1.1 浮船塢安裝法

浮船塢安裝法是指利用船塢進行外輸軟管安裝。在施工前需要在船塢內預設墊墩或其他臨時支撐，將軟管依序擺放在墊墩或臨時支撐上，并完成軟管之間的連接和法蘭管理。在完成軟管連接后進行水壓試壓，驗證整體連接后的強度和密性。通過調整船塢載荷，使外輸軟管整體呈漂浮狀態。利用拖船將軟管拖拉至FPSO附近靠近外輸滾筒一側的位置。利用浮式起重機或FPSO上的起重機將軟管一端吊起，完成與外輸滾筒鵝頸端的連接[4]。轉動外輸滾筒，將軟管盤卷在其上并固定。該方法需要具備船塢資源，并需要拖船配合，整體施工周期長、施工步驟多、效率低，無法適用于缺少船塢資源和拖船的工況。中遠船務公司的尼薩號油船改造工程采用該方法進行施工[5]。

1.2 陸地安裝法

陸地安裝法是指在陸地建造場地指定區域提前預制工件支撐，將軟管單節吊裝，依序擺放至工件上，完成軟管連接和法蘭管理。根據廠家要求進行軟管整體的壓力試驗，在完成試驗后將軟管整體拖拉至海中，完成后續卷管。陸地安裝法與浮船塢安裝法的區別在于不需要船塢資源，可在陸地完成整體連接和試壓。該方法不僅適用于FPSO外輸軟管安裝，而且適用于在陸地建造的浮式深水平臺的外輸軟管安裝。在海洋工程青島場地建造的巴油FPSO P67項目采用該方法，在陸地完成整體連接和試壓后，使用拖船拖拉至海中，使用起重機完成卷管[6]。在深海一號半潛式平臺的建造過程中同樣采用該方法，區別在于深海一號是在近岸陸地建造，不需要將軟管拖拉至海中，吊裝和卷管通過履帶式起重機配合外輸滾筒即可完成，如圖1所示。該方法缺點在于：①施工前期準備和投入較大，施工效率低；②在實際施工中發現，受限于軟管自身材質問題，軟管在擺放至工件上后因重力變形導致摩擦阻力增大，在完成整體連接后產生拖拉困難。

圖1 深海一號項目陸地安裝外輸軟管

1.3 盤卷安裝法

盤卷安裝法是利用外輸系統自帶的設備，逐節安裝軟管至滾筒上，并完成與滾筒法蘭的對接和卷管。在完成所有軟管連接和卷管后進行壓力試驗。該方法整體施工操作簡單，對施工場地資源要求少，施工效率高。但國內尚無采用該方法進行卷管的實例。在新加坡吉寶場地建造的巴油FPSO P66項目，由于場地受限，且滾筒正對碼頭，因此采用盤卷安裝法：在陸地連接6節軟管，吊裝軟管與滾筒法蘭對接，盤卷軟管，隨后邊連接邊盤卷，在全部盤卷至滾筒上后進行強度試驗。

1.4 外輸軟管安裝法對比

浮船塢安裝法和陸地安裝法的安裝流程相似，按連接、試壓和盤卷的施工流程進行。兩者優點在于在完成試壓后進行軟管盤卷，一旦試壓發生泄漏可及時對泄漏位置重新進行法蘭管理，可靠性較高；缺點在于整體連接后的軟管長度較長，需要動用大量的場地和設備等資源，并需要預制連接工件等，施工投入較大，施工效率較低。盤卷安裝法相比于前兩種方法，整體施工流程簡便，不需要動用大量場地和設備資源，僅需要船用起重機與設備配合即可完成軟管連接和盤卷，施工投入少，施工效率高；由于軟管試壓是在完成盤卷后進行，一旦發生泄漏，需要先將軟管從滾筒上釋放，再對泄漏位置重新進行法蘭管理，因此該方法要求施工人員必須嚴格執行操作流程和法蘭管理要求，確保一次成功。

2 企鵝FPSO項目外輸軟管安裝

企鵝FPSO項目由于場地建造規劃和施工周期要求，不具備采用浮船塢安裝法和陸地安裝法的條件，因此從降本增效的角度出發，決定采用盤卷安裝法進行外輸軟管安裝。

企鵝FPSO項目外輸系統包含外輸滾筒、軟管替換裝置(Hose Replacement Tool，HRT)與錨機等3個主要設備和導向滾輪、吊點等輔助設施。外輸滾筒是核心設備，設置專門的操作室進行操控。外輸滾筒在液壓系統驅動下進行轉動，控制軟管收放，并通過操作閥門開關控制FPSO的油氣由外輸軟管輸送至穿梭油船[7]。HRT是用于某節軟管在發生破損或泄漏等影響正常使用的問題后進行更換的設備，設置在外輸滾筒下方的軌道上，可沿軌道移動，實現滾筒下方所有區域的覆蓋。錨機的作用是拖拉HRT沿軌道方向和垂直軌道方向進行移動，實現軟管替換的功能。在外輸滾筒的四角設置羊角滾輪，可改變錨機的牽引方向，實現HRT沿軌道方向和垂直軌道方向的移動。

2.1 準備工作

企鵝項目外輸軟管為DUNLOP OIL &MARINE公司生產的凝析油外輸用浸沒式軟管，直徑為30.48 cm，單節軟管的長度為12.2 m，共14節，完成串聯后的總長為170.8 m。軟管在連接前應對其外觀進行目視檢查，檢查是否出現鼓泡、切口、穿孔或任何其他損壞變形跡象；檢查軟管內部是否出現鼓泡、割傷或損壞(可使用大功率照明燈)；檢查法蘭面是否出現異常情況，例如變形、過度腐蝕和表面損壞等。軟管在吊裝前需要根據圖紙檢查，并對每根軟管的兩段法蘭口進行編號，確保軟管連接順序符合廠家文件要求。

外輸軟管系統是由多種設備組成的復雜系統，包含一個便攜式的控制單元。若是非授權人員操作，則可能出現非預期啟動。該系統在操作前需要解除警戒。只有受過專門培訓和授權的專業人員才能操作該系統。操作人員負有責任確保所有參與人員均受過相關培訓，閱讀并理解操作手冊的全部內容。

2.2 首節軟管安裝

軟管吊裝采用廠家提供的法蘭吊點工件進行，在吊裝時法蘭吊點與軟管一端法蘭連接，起重機緩緩提升法蘭吊點，注意不能使用任何導致軟管過度彎曲的方法吊裝。軟管最小彎曲半徑為1.2 m。

首節軟管需要與外輸滾筒上的鵝頸口連接。起重機將首節軟管一端吊起，移動至外輸滾筒上方。緩慢轉動滾筒，將起重機的牽引繩拉緊，在鵝頸口處于垂直向上位置停止。考慮鵝頸位置，需要搭建合適的腳手架平臺完成該高度的剩余軟管連接作業。緩慢落下軟管，使軟管法蘭與鵝頸口連接。完成剩余法蘭管理。在完成軟管連接后轉動滾筒，將首節軟管盤卷在滾筒上。首節軟管安裝如圖2所示。

圖2 首節軟管安裝示例

2.3 中間軟管安裝

除首節軟管外，其他軟管均需要利用HRT和錨機配合，完成軟管連接和盤卷。HRT設置多個導向輪，錨機滾筒上的鋼絲繩與導向輪連接，導向輪的具體使用需要根據HRT的實際位置決定。HRT可通過液壓缸控制其操作臺開關和轉動。起重機吊起軟管，落在HRT上法蘭口支撐臂，軟管穿過HRT中心，緩慢落下軟管直至質量全部落在支撐臂上。拆除吊點法蘭，移走起重機。此時轉動外輸滾筒，將盤卷在滾筒上的軟管的末端法蘭與HRT支撐臂上的軟管法蘭對接。可通過錨機牽引調節HRT沿軌道方向的位置，操作HRT中心臺轉動，調節兩節軟管之間的法蘭間距，使法蘭螺栓孔對齊。完成兩節軟管之間的法蘭管理。在完成兩節軟管連接后，打開法蘭支撐臂，轉動滾筒，盤卷軟管至滾筒上。其他軟管按上述步驟依次完成軟管連接和盤卷。軟管在HRT上連接如圖3所示。

圖3 軟管在HRT上連接

2.4 末端軟管和快速接頭的安裝

末端軟管通過快速接頭實現外輸軟管與穿梭油船上接口的連接。快速接頭尺寸和質量較大。吊起軟管完成與快速接頭的連接，整體吊裝至外輸滾筒上方。打開HRT操作平臺，使快速接頭具有足夠的空間落下。在快速接頭落至HRT作業面以下后，通過平移將軟管移入HRT中心內，關閉操作平臺。將軟管整體落在HRT內，落下支撐臂，此時末端軟管連同快速接頭完全落在HRT上。通過操作調整HRT和轉動外輸滾筒，實現法蘭對接，完成法蘭管理，此時外輸軟管整體連接完成。轉動滾筒，盤卷軟管。

2.5 軟管試壓

軟管試壓是對整體連接狀態的檢驗，通過試壓證明所有的法蘭節點安裝正確，在理論壓力下無泄漏。企鵝FPSO項目外輸軟管最大允許壓力為16.8 bar(1 bar=0.1 MPa)。試壓步驟如下：①將外輸軟管升壓至7.5 bar；②繼續將外輸軟管升壓至16.8 bar，保壓3 h無泄漏發生。在試驗過程中應目視檢查所有法蘭連接點。一旦發現在加壓過程中滾筒和軟管之間的間隙沒有增加，加壓應立即停止，在滾筒下方采取措施，檢查所有連接點。最終試壓順利完成，外輸軟管未出現法蘭節點泄漏。

3 結 語

通過對比不同FPSO項目建造過程中的外輸軟管安裝方法，并結合企鵝FPSO項目的實際施工條件，采用盤卷安裝法進行外輸軟管的整體連接和安裝。相比于其他安裝方法，盤卷安裝法不需要額外預制工件和投入其他場地資源，具有顯著優勢。通過船用起重機和外輸系統操控相互配合，實現外輸軟管的整體連接、安裝和試壓。