圆筒形FPSO特点与总体布置策略分析

景江成　罗子良

摘要：以圆筒形WIDP FPSO为例，从技术性、经济性、安全性和可操作性等方面介绍并分析了船体系统、主甲板区域、上部模块的设计方案特点及其总布置策略。

关键词：圆筒形；主甲板；工艺甲板；上部模块

引言

DANA WIDP FPSO浮式生产储油船作业于英国北海大陆架，隶属于DANA 石油公司旗下，COSCO执行EPCI总承包合同，其主体直径70米，主甲板高度32米，工艺甲板高度36.5米，日产4万桶油，总储量40万桶，分别有主船体、主甲板、工艺甲板、上部模块、生活模块和系泊系统组成，其圆筒形设计， 相比船型FPSO，体积小，结构紧凑，更适用于北海复杂多变的工况条件，见图1。

1.圆筒形FPSO特点分析

1.1 主船体系统

圆筒形的FPSO与船型的FPSO相比，在相同储油量的情况下，具有更大的水线面面积，提高了稳定性和工作甲板的承载能力，紧凑的结构设计实现了构件的弯曲载荷和疲劳强度最小化，各种管缆大为减少，浮体的储油效率明显提高；对称形状的浮体，结构简洁，建造工艺比船型FPSO简单，适合模块化的设计和建造，成本低，周期短。由于模块结构相似度比较高，降低了建造难度。圆筒形的设计消除了艏摇激励，也使浮体水下部分水动力完全相同，不仅适用于浅海，其深海复杂的环境条件下更加凸显出其优越性。

主甲板之下船体部分除了最外圈的压载舱，其余都是货油舱和部分淡水舱，没有泵舱和机舱，舱内除了安装有深井式的货油泵、压载泵和一些液压控制管线，没有其他大的管缆，干净简洁，充分利用了浮筒的有效体积，见图2。为减小舱内积液的腐蚀，FPSO的设计在操作状态下有一个面向艉部的静态侧倾，这样有利于深井泵将各个舱内的积液排放干净，确保船体结构的完整性。

系泊系统采用常规的多点系泊设计，分三组，每组四根锚链并和布置在主船体最下端的三组滑轮式导链器组成的十二点定位系统；立管区域布置在压载舱，由十七根刚性管道组成导向立管，从主船体最下端延生到主甲板，柔性立管自下而上贯穿在刚性立管中，在主甲板立管区域與模块的进口管汇系统相连。

1.2 主甲板区域

主甲板与工艺甲板之间的区域，主要用于船用设备及管缆的布置，基本相当于把船型FPSO机舱、泵舱和主甲板上的设备都放在了这个区域，主要有货油泵、压载泵、海水提升泵、消防水泵机组、惰性气体发生器、造水机、换热器、锚绞机和生活油水输送泵等，并且在主甲板外围和工艺甲板之间设计有向外延伸的防浪墙，而且在主甲板圆周处，接近防浪墙附近还有高度为750mm的挡板，有效地保护了区域内的设备及管缆等不受到海水和潮湿气体的侵蚀。如图3.

1.3 上部模块系统

WIDP FPSO最终服役于英国北海的四个油田，分别是 Lewis， Harris， Uist 和 Barra，其主要用于原油处理，处理后的原油储存在油舱里，分离的水通过注水模块经过脱氧处理，加压回注到油层中，确保油田的压力平衡，伴生气经过天然气压缩系统加压一部分用于注井，一部分输送到其他平台，另一部分用于动力模块燃气透平发电机发电，燃气透平发电机产生的高温排烟又用于废气锅炉，为全船的热循环系统提供了动能，充分而有效地将热能利用到最大化。

所有的上部模块都在工艺甲板上，处于安全考虑，工艺甲板由防爆墙分割为两部分，一部分为工艺模块区域，即危险区，其模块都采用桁架结构，支撑根部与从主甲板升起的立柱进行焊接；模块和模块之间是两米的安全通道，通道三米以上用于管缆之间的布置和连接； 另一部分为生活公用模块区域，即安全区。安全区有生活楼、办公室、配电及操作控制间、直升机平台和一些安全救生设备，为全船提供了安全保障措施。

按照功能类型上部模块主要分为如下九大部分，如表1，其中工艺模块有五个，P10、P20、P30、P40，F10，生活公用模块有三个，分别是U10，L10，O10，动力模块一个U40。

2.总布置策略分析

FPSO常常根据模块的大小、功能性、危险性、以及服务区的海况条件做出总体布置策略，其布置的优劣直接关系到FPSO的安全性、操作性、人员居住环境、建造与作业成本及总体性能的发挥等。

英国北海相对东南亚及东非海域常年风向变化较大，占主导风浪的时间周期较短，所以不适合多点系泊的船型FPSO，而转塔式的船型FPSO造价和维护成本又极高，所以北海的地质海况条件更青睐于圆筒形的FPSO。

根据全年风向频率、浪涌方向和浪高等因素来定位货油卸载、立管布置的安全操作范围，模块、火炬塔、生活楼以及系泊系统在主甲板上的相对位置和FPSO自身在服务海域的停泊方向定位。

工艺甲板位于主甲板之上4.5米，不但满足了规范至少3米的安全设计范围，而且宽裕的空间还可以保证主甲板上设备的维修吊装及其工艺甲板下管缆的布置，而且在工艺甲板之上1.5米处还有一个通道甲板，保持和各个模块的底层平齐，这样既可以满足工艺区模块之间通道和运输的平整性，还保证了模块与模块之间、模块与主甲板之间的管线布置。左右两舷侧靠近防爆墙处各有一吊机，同时一个卸货缓冲区布置在左舷靠近吊机的生产区域，另一个布置在生活楼顶部，这样吊机可以交错兼顾覆盖生产区和生活区，完成货物运输和设备维修吊装等任务。

各个模块之间的层高要尽可能布置在同一高度，这样便于通道和设备吊装运输及其满足逃生的安全要求。右舷的吊机回转区域限定在防爆墙安全区一侧，这样可以避免货物跌落在生产区域破坏工艺设备，而生产区域的设备则通过防爆电梯输送到吊装区域或试验间。

在工艺生产区，为尽可能减少危险源对生活区域的影响，火炬塔需位于下风口，延伸于舷侧之外，做到离生活区最远；象高温、高压的油水处理模块、天然气处理模块都尽可能靠近艉部，远离生活区；而相对危险性小点的注水模块或其他设备则可以放置在离生活区较近的防爆墙附近。火炬汽缓冲罐则要靠近火炬塔，一方面节省大口径管线的布置，另一方面有助于火炬气的充分燃烧，防止长距离排放带来的冷凝气。清管球模块则要尽可能靠近立管区域且要远离生活区，尽可能把海底高温、高压的高危险管线压缩在立管范围之内，减少高压管在工艺区的布置。

根据安全分析的结果，为减少爆炸、火灾带来的影响，在油水分离模块P20和压缩机模块P30之间布置一道防爆墙，将两个高危险区域隔离开，从而减少了最大着火区域面积，减少了消防水的需求量，缩减了消防水泵的最大总量要求，节省了整个建造成本。主防爆墙附近的P40模块布置在危险区P30、P20模块和与安全区公用模块之间，同样是充当一个爆炸缓冲的作用，相当于一个防爆屏障。立管管汇在主甲板区域同样有一道防火防爆墙与主甲板隔离，保护主甲板区域的设备不受破坏。通过全年风向的分析，动力模块则布置在了右舷安全区，一是为了避免排烟对工艺甲板和生活居住区的影响，二是通过防爆墙也有效地降低了危险源对全船主动力系统的破坏。

救生艇和救生筏各一组布置在安全区生活楼的左右舷，分别互成九十度方向，以确保FPSO在任何极端倾斜条件下，都能有其中的一个救生艇正常运作。救生集合点的逃生通道分别延伸到工艺甲板、主甲板，确保应急逃生的安全需求。

3.结论

圆筒形设计具有更好的稳定性，较高的甲板载荷能力和更多的存储空间，可以适用于全球绝大多数海域和海况，逐渐为全球海工市场所接受， 不但浮式生产储油平台FPSO， 还有圆筒形钻井平台、液化天然气装置FLNG，和生活平台都已逐步地走入市场，圆筒形的产品在未来高端平台市场上将会极具有竞争力。

参考文献：

[1]王天英.新概念FPSO最新研究发展. 船海工程， 第40卷 第5期 2011.

[2]李艳. PYRENEES FPSO 改/建造方案与总体布置策略分析， 中国造船， 第50卷 增刊 2009.