改装FPSO生活区设计优化

高 剑，刘 伟

(大连中远海运重工有限公司，辽宁 大连 116113)

0 引 言

浮式生产储油卸油装置 (Floating Production Storage and Offloading，FPSO)是集生产、储存和运输等功能于一体的海上浮式产油基地，截至目前，超过50%的可用FPSO是由常规运输船改造而成的。常规运输船的生活区一般定员在30人左右，改装为FPSO之后一般承载130人以上。因此，制订一个良好的生活区定员扩容方案对于FPSO改装项目而言具有非常积极的意义。随着国际劳工组织(International Labour Organization,ILO)对船员居住舱室的要求越来越高，传统的局部改造方案的弊端越来越明显，长期以适用性为核心的设计理念逐渐向舒适性方向发展。在此情况下，整体新制方案被提出并加以运用。本文结合FPSO改装项目实例，通过对相关数据进行分析，证明新制方案在FPSO改装项目中具有良好的适用性，同时针对设计过程中存在的问题提出优化方案。

1 扩容方案对比分析

1.1 主要差异

本文以一艘服役巴于西海域的可容纳160人的改装FPSO“Carioca MV30”为例进行分析，总结2种扩容方案的主要差异，具体见表1。

表1 局部改造方案与整体新制方案的主要差异

1.2 优势和劣势分析

1.2.1 优势分析

1) 整体新制方案各系统设计流程简化，无需考虑原船生活区各种不确定的最终完工状态，设计质量可控。

2) 整体新制方案的生活区不受实船进厂时间的限制，可提前在场地预制，同时能避免在船上交叉作业，减少新旧系统接口连接，降低建造管理难度，保证建造周期。

3) 整体新制方案的生活区设计的灵活性提高，由于不受原船的限制，新标准和新技术的客观植入性更强。安全、舒适、环保的发展趋势被更好地融入，与当下FPSO的发展趋势相适应。

1.2.2 劣势分析

从表1中可看出，整体新制方案不能利用部分原有结构，但通过对实际项目进行完工测算得知，当前节省下来的钢材采购成本已不足以抵消局部改造方案的额外人工成本和管理费用，因为随着人性化设计要求的提高，采购设备和特殊系统所需的费用已远超过节省的钢材原料成本。

2 整体新制方案设计优化点

2.1 舱室的确定与布置优化

该项目入美国船级社(American Bureau of Shipping，ABS)，生活区可容纳160人，除了需满足《海事劳工公约》(Maritime Labour Convention，MLC)、《海上人命安全公约》(SOLAS公约)和ABS规范的要求以外，还需满足巴西当局监管规则(Norme Regulamentadore,NR)对舱室的特殊要求。表2为主要技术参数确定。

表2 主要技术参数确定

从表2中可看出，NR在满足ILO 92/133的基础上，结合巴西本国的特点提出了额外要求。因此，在关键技术参数确定之后，可按NR和ABS规范[1]逐条核对检查舱室的空间要求。

根据各舱室的特点，将其布置在合适的甲板层和平面位置；根据各舱室的功能性，将功能相近的舱室集中布置；考虑噪声和振动的干扰，调整舱室所在甲板层；考虑舱室面积，调整舱室位置；考虑防火分隔要求，调整舱室的相对位置，优化绝缘使用。基本布置原则[2]如下：

1) 闹-静分离，安静的区域与吵闹的区域分开布置；

2) 净-脏分离，干净的区域与较脏的区域分开布置;

3) 功能集中，同类型功能区分区集中布置;

4) “四线”畅通，逃生路线、食品与垃圾运输路线、物料运输路线和工作更衣路线无遮挡，少交叉。

参考上述布置原则，该项目采用7层甲板布置，分别为Lower Deck、Upper Deck和A/B/C/D/E Deck。Lower Deck主要是换衣间和公共浴室，方便人员在工作完毕之后进入生活区；Upper Deck主要设置2类房间，一类是厨房和餐厅，另一类是电气控制室；A Deck设置3类房间，一类是鱼肉冷库和干货储藏室，一类是医疗服务室(另外，由于A Deck布置有紧急集合区,因此中控室设置在该层);B Deck为会议和办公区;C/D Deck为人员居住区;E Deck为高级船员居住区、健身娱乐区域和直升机乘降等候区。

2.2 结构可靠性设计

为减少生活区与主船体的干涉，提高合拢效率，在生活区最下层甲板以下位置增加一个由T型材组成的600 mm高的永久过渡层，分布在生活区四周和主要舱壁下面。该过渡层的主要功能有：用作生活区的底座支撑；作为管系、电缆、通风和梯道的接口预留区域；用作吊运、拖运和滑移等过程的永久性工装。该优化设计能保证最下面一层生活区的内装板、地板、家具和设备提前完整安装，避免生活区与机舱接口的补漆工作。

生活区作为上层建筑，不直接参与船体梁的总纵强度校核，其结构强度较弱。为提高结构的可靠性，FPSO生活区的设计流程如下：

1) 规范计算。按ABS船规[3]对构件进行初步试算，确定板厚和型材规格。

2) 站位分析。在设计环境和操作环境下，分别对风压和波浪引起的加速度进行合成，同时进行屈服强度分析计算。对于高应力区域的板，再次进行屈曲校核。该项目生活区最大应力位于底座的4个角隅处，应力值约为84 MPa，结构强度满足要求。整体计算模型和应力最大位置分别见图1和图2。

图1 整体计算模型

图2 应力最大位置

3) 吊装分析。该生活区外形尺寸为42.0 m×21.5 m×21.8 m，吊装重量为2 470 t。地面分段中心距离船首51 m，船上安装高度为105 m。起重船的主钩额定起重量为2 600 t,抬升安装高度极限为135 m，可满足使用要求。在所有吊点钢丝绳索具末端约束x、y和z等3 个方向的位移，采用杆单元模拟钢丝绳索具的目的是计算钢丝绳的拉力，同时计算浮吊各钩头实际分担的载荷，防止单个钩头过载。根据GL Noble Denton 的吊装流程操作指南相关要求，采用工作应力法[4]设计，极限状态衡准系数取0.75，吊耳结构载荷系数为1.67，吊点支撑结构载荷系数为1.48，其他结构载荷系数取1.29，计算结果表明整个生活区满足强度要求。实船吊装场景见图3。

图3 实船吊装场景

2.3 噪声控制

噪声是评判生活环境舒适度的重要指标，从IMO-A468标准到NORSOK S-002标准，噪声级控制越来越严格。降低噪声最有效的方法是从源头抑制。生活区噪声的来源主要有空调通风系统(管路和风口)的噪声和机舱设备振动的噪声传递2类，其中空调通风系统为生活区的主要噪声源，该项目规格书要求噪声标准满足IMO-A468决议(见表3)的要求。

表3 IMO-A468决议

由表3可知，控制室允许的噪声值相对宽松，因此一般将噪声值较大的空调机设在此处，加装具有吸引棉/孔的风机盒，通过吸声法从源头降低噪声。此外，为减少结构噪声的传递，增设生活区过渡层，增大生活区与噪声源之间的距离。一般情况下，生活区的地面可通过铺设浮动地板，吸收通过钢甲板传递的噪声和振动。更有效的措施是为设备安装减振装置，通过在设备与风管之间增加软连接,阻断噪声传播的连续性，从而达到降噪的目的。风机盘管特殊定制[5]，在制作风机盘管时对风机进行降噪处理，提供低噪声风机盘管。针对医务室等要求较高的处所，在选择风机盘管时可降档考虑，有效降低噪声。

2.4 逃生布置相关要求

1) 逃生通道：按照SOLAS公约的要求，生活区每层甲板至少设计2条互相远离的由梯道或通往开敞甲板的门或两者组合构成的脱险通道。本文所述目标船生活区前壁贴近油气处理模块，通过在艏部横舱壁前设置消防控制室，将危险区域与安全区域分隔，保证通道的安全性。生活区内每层甲板布置一条横向贯穿到两舷侧的走廊并延伸到室外的逃生梯道，同时向艉部集合登乘区索引(见图4)。甲板与甲板之间(内/外)用楼梯实现上下立体连接，通道宽度为1 200 mm，在竖直方向上保证最小高度2 200 mm无遮挡。

图4 生活区内逃生通道布置

2) 第一集合区：餐厅(位于顶甲板上)在紧急时刻作为第一集合区，每人占有0.8～1.0 m2的净地板面积，满足逃生集结区面积的要求。

3) 临时避难所：控制室(位于A甲板上)在紧急时刻作为临时避难所，每人占有0.56 m2的净地板面积，临时避难所规范要求必须采取一定的措施保证与外界隔离，设有采用防火风闸隔离的独立通风系统；能维持60 min的耐火完整性，尽量靠近救生艇布置。

4) 第二集合区：该区位于A甲板上的救生艇登船区，每人至少占有0.35 m2的净地板面积。该区不被其他设施或设备占用，配有应急通信、报警和应警照明设备[6]。必须配备满足全员需求的救生艇和救生筏。为满足要求，该项目两侧延伸平台总面积达到350 m2，在甲板上标识出集合点，每舷分别设置2个定额80人的救生艇和7个定额25人的救生筏，配置2个救生筏吊。两侧各1艘救助艇。

5) 直升机平台：设置2条逃生通道，一条与主甲板连接，另一条通过连接步桥与生活区E甲板连接(用作医疗紧急撤离通道，宽度为2.1 m，可供担架顺利通行)。图5为直升机平台通道布置示意。

图5 直升机平台通道布置示意

3 结 论

通过预先对周期和成本进行评估，船厂放弃了对原船老旧结构的修改方案，采用整体新制设计理念，将生活区模块化设计与建造技术运用到FPSO改装项目中，成功完成了对生活区的设计和建造。通过成本核算和实际运营，证明了生活区整体新制方案完全适应FPSO改装项目。

通过对生活区的布置、结构可靠性设计、噪声控制和逃生区域布置进行优化设计，提高了生活区的舒适度和安全性。本文的设计思路可为其他类型船舶和FPSO的生活区设计提供参考。