永久系泊FPSO在极端天气下的防损策略

杨轶

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

FPSO由于其海域适 应性强、可解脱、可重复利用、经济性好等诸多优势，广泛应用于海洋石油开发生产,极端天气的出现会对永久系泊FPSO产生重大影响，甚至重大威胁。为此，针对极端天气会导致FPSO及系泊系统损坏、生产中断并造成巨大经济损失的问题，分析应对措施，提高FPSO在极端天气下的防损能力。

1 FPSO设计环境条件

FPSO通过单点系泊系统固定在海上，可随风浪流的作用进行360°的自由旋转，同常规船舶相比，FPSO对环境有更大的依赖性，作为FPSO设计的先决条件，对目标海域的环境条件进行调查和分析是十分必要的。FPSO设计所关注的环境条件主要是风、浪、流。南海海域和渤海海域分别采用100年一遇和50年一遇环境条件设计，部分FPSO设计环境条件见表1。

表1 渤海、南海FPSO设计环境

2 极端天气对FPSO的影响

极端天气是指天气的状态严重偏离其平均态，在统计意义上属于不易发生的小概率事件，但随着全球气候变暖，而且是这么快速的、迅速的变暖，显然打破了过去的气候格局。大气环境的改变会影响到气候状况相应的变化，历史上百年一遇的小概率事件可能发展成为几十年、甚至几年一遇的常态事件。

极端天气对FPSO存在以下影响，当FPSO系泊在单点系泊系统上时，如果波浪是规则的，则除了产生与波浪频率一致的摇荡运动外，还伴有浮体平均位置的偏移；如果波浪是不规则的，则伴有长周期的漂移运动，这一运动的频率远较不规则波的特征频率为低，而且振荡运动的平均位置也将不在浮体原先的平衡位置上，产生了漂移。当不同方向风浪流共同作用时，FPSO船体长期受到风浪流载荷影响，反复产生浮、沉、荡、倾、摇运动，在不断运动中找寻平衡位置，系泊系统和船体承载很大的横向力、纵向力和回转力矩，极易造成FPSO及单点系泊系统疲劳损伤。若超过安全载荷，FPSO可能拽离系泊系统，造成FPSO失控漂移或单点系泊系统损毁，失控漂移的FPSO承载风浪流载荷的能力大大降低，在失控漂移过程中可能撞毁其他设施，如过往船只、井口平台等，导致溢油、船舶碰撞、火灾爆炸、人员伤亡等次生事故。近年来，发生的几起事故虽未造成人员伤亡，但直接经济损失和间接经济损失都很大。1995年“渤海明珠号”单点YOKE压载舱尖顶戳破艏尖舱；1997年“渤海明珠号”单点YOKE横撑梁断裂；2000年“渤海友谊号”单点主轴承破裂；2005年“南海奋进”单点液压紧固装置损坏4个、单点舱进水；2006年，“南海胜利”锚缆断7根，未断裂的3条锚系受损严重，被迫停产坞修；2009年“南海发现”锚缆被拉断4根，3个海底基盘分别遭到移位或变形破坏；2009年，“海洋石油113”水下软刚臂系泊塔倒塌；2011年，“渤海长青号”软刚臂系泊单点损坏，被迫停产解脱。

3 防损策略

3.1 实施持续性检验计划，提高结构可靠性

每5年1个周期，对FPSO分别实施年度检验、中间检验、换证检验和必要的附加检验。船东或油田作业者应根据检验合同、入级检验规范，结合生产和设备实际，与验船师协商制定检验周期的持续性检验计划，严格按计划检查、维护、检验关键设备和系统。台风季节前后，增加水下检验频次，对单点系泊系统的锚链、船体水下结构等进行重点检验，及时发现各种潜在损害，对受损部分进行技术分析，查找损坏原因并予以修复和更换，提高结构的可靠性。如果超过FPSO设计寿命还需继续使用，应委托权威机构按最新环境载荷进行延寿评估，对关键结构进行必要的更换或加强，或者将FPSO降级使用。

3.2 优化配载，降低系泊力

由于FPSO及系泊系统强度设计基于风、浪、流、配载等最不利条件组合，所以，通过优化配载，减少静水弯矩可提高波浪弯矩余量，使FPSO承受更大的环境载荷。以南海某FPSO为例，通过建立水动力模型，利用NAPA和Ariane软件，以所在海域百年一遇环境条件(见表2，采用JONSWAP波谱)为依据，计算FPSO在不同环境条件和不同装载工况的最大系泊力(见图1)和浮筒系固锚链承受的最大张力(见表3)。对于永久系泊FPSO单点系泊系统在极限环境荷载作用下的安全特性、系泊力监测和分析，主流方法主要通过数值模拟、模型试验及现场实测。

表2 南海某FPSO所在海域百年一遇环境条件

表3 不同海况和不同装载工况下锚链线所承受的最大张力分布 kN

图1 不同海况和不同装载工况下FPSO系泊力分布

系泊系统中系泊张力受FPSO船体位移影响较大，而船体位移又与吃水深度有关。吃水过深会加大船体受到的波浪力及海流力，此情况不利于船舶运动；吃水过浅会造成船体的受风面积过大，船体运动随之增加。在相同环境条件下，不同装载工况导致FPSO承受的系泊力差异较大，海况B1最为明显，不同装载工况导致FPSO系泊力差异高达64.8%；最安全的状态(锚链张力最小)处于空载和满载之间的某个装载工况(lC7或lC9)下。在FPSO储油量及环境条件一定的情况下，通过优化配载，将货油合理分配到不同的货油舱并调整边舱压载水，可有效减小系泊力，lC9/lC7或相近装载工况系泊力较小。系泊系统锚链最大张力发生在海况B1、满载(lC1)工况下，除A1海况外，其余海况满载工况下系泊力都很大。所以，极端天气下应尽量避免满载，保证FPSO弯矩和剪力在安全值范围内。

3.3 提前做好设施设备的预紧加固

对永久系泊FPSO，台风季节前后要对单点系泊系统的钢丝、浮筒、卸扣、挂耳等进行重点检查，调整检验、检测周期，撤台前，重点检查/关闭水密门、窗、通风口，关闭甲板上所有因修理而打开的舱口和通风孔以及水密门，维持水密完整性；拆除甲板上的脚手架、作业工棚及其他临时搭设的建构筑物，减少受风面积，用钢丝绳绑扎固定好甲板上可移动的甲板料箱等移动物体，减少冲击载荷对船体的不良影响。

3.4 提高设计标准

自2000年以来，在我国登陆的超强台风就有18个。2014年“威马逊”、2016年“莫兰蒂”中心风力超过17级,远远超过现役FPSO设计环境条件(极限抗风能力62.2 m/s)，突破了百年一遇重现期。为提高FPSO自存能力，以下3方面值得深入探讨：①提高FPSO设计建造标准，以最新实测风浪数据为准，或将重现期从百年一遇提高到五百年一遇甚至千年一遇，可大大提高FPSO自存能力。如SBM公司为一超大型LNG船设计永久系泊转塔可抵御澳大利亚海域万年一遇环境条件；②与厂家讨论FPSO安全解脱的环境条件，对现有系泊系统进行改造，实现快速解脱功能，在遭遇台风前，快速解脱后拖航避台。但此举需要功率拖船的协助配合，拖船动员、拖航方案审查等准备工作，会耗费大量时间；③新/改建FPSO按航行船舶设计、建造，带动力并安装船舶自动识别系统，遇台风快速解脱后自航主动避台，台风后迅速返航、回接复产，但目前FPSO是按海上固定设施管理，如果按船舶管理，涉及相关的法规，较为复杂。

3.5 加强日常管理

FPSO应对极端天气要坚持“十防九空也要防”的原则，安排专业人员提前评估不同设施，尤其是老旧设施的防抗台状态和局限性，做好针对性的防台应急部署。对关键结构和设备进行摸底，重点评估单壳单底、老旧FPSO的防台能力和局限性，提前对潜在的避台锚地、避风港，拖航航道水深、靠泊码头前沿水深，码头系泊缆、系缆桩设计抗风能力等进行深入调研，以应对FPSO解脱后撤离避台的可能性。针对各种应急事件，经常性开展演习演练，提高应急响应速度、缩短应急撤台和复产时间。 持续优化防台决策闭环管理，以从台风生成预报至复台完毕的全过程为主线，将整个防台/撤台工作全过程划分台风预报、预警跟踪确认、撤台部署决策、撤台应急等7个阶段，特别是针对1 500、1 000、500 km 3个警戒圈，按阶段进行信息统计、资源落实、趋势预判、方案拟定、响应执行。台风季节前，召开防台工作会议对防台工作进行部署，检查应急物资准备情况，如FPSO上长期配备的应急拖带设备是否检验合格并随时可用，检查人员是否熟悉撤台预案等，了解可用船舶、直升机等应急资源的救援能力，如直升机载客总人数、起降条件限制、机组成员总值勤时间限制，拖轮马力等；台风临近前，多渠道监测灾害天气的强度和动态，跟踪FPSO生产储油状态、人员动态等，按应急部署做好生产关断和人员撤离工作。

3.6 应急信息集成管理，提升应急处置能力

FPSO存储大量油(气)、人员相对集中且远离陆地，使抢险和救援的难度很大。一旦发生应急事件，时效性很重要，正确有效的应急指令能否及时下达，在很大程度上依赖于陆地应急指挥中心各个应急职能组提供给应急指挥长的信息和数据支持。通常情况下，FPSO应急需要获取气象信息(台风路径演示等)，FPSO生产储油、人员动态，FPSO周边可用应急资源，FPSO技术资料(设计图纸等)，FPSO附近航道、过路船舶动态及航迹，海事局等政府主管部门联络信息等，待处理的信息量非常庞大。将所需信息集成化，搭建应急管理信息平台(系统)，可为应急决策提供辅助支持，包括但不限于将收集整理后的应急基础信息资料电子化录入，在FPSO上安装AIS终端、将船舶动态监控系统集成，分类建立FPSO图纸资料便于快速查取，在FPSO上建自动气象站、实现气象实时数据接入，在FPSO和系泊系统安装监测预警系统(包括FPSO姿态方位导航仪、系泊系统锚链倾角仪等)，实时提供现场环境参数、船体运动姿态、系泊系统受力等监测数据，上述信息数据集成到一个平台-应急管理信息系统后，经自动检测并匹配有关数据信息，全面提升作业公司应急处置能力。