的船型布置和结构形式

20.10.1　FPSO的船型布置和结构形式

FPSO主要由以下部分组成：生活模块，中控室和直升机甲板；工艺和公用工程模块，如分离机组、气体压缩、发电机模块；船体和船舶系统；转塔和旋转接头；系泊和立管系统，如图20.10－1所示。

图20.10－1　FPSO的船型布置和结构组成图

20.10.1.1　FPSO的总体布置

FPSO的总布置应符合船级社规范、规则要求，满足操作的需要，便于设备布置，舱室便于调配。油田油气的品质特性决定了布置在FPSO上的工艺模块的处理要求各异，设备数量亦不同。应对模块平台上的生产工艺、惰气、热站、计量、电站、变压器、控制室、外输设施、火炬塔、起重吊和甲板室的布置作详细分析，综合考虑，做到安全、可靠、实用、节约，重点是模块平台的布置。

模块平台离上甲板有一个足够的高度是十分重要的，以避免模块平台上的设施遭受舷侧上浪的损坏。“南海奋进”号FPSO原先设计时，模块平台中心线高3m，后来增加到4m，使上浪海水与模块平台之间保持1～2m的距离，这一距离的合理性得到了模型试验的验证。

1）典型浮式生产系统

FPSO一般处在多个无人驻守的井口平台之间，是整个油田的生产中心和指挥中心。FPSO通过艏的单点系泊系统长期系泊在海上。典型的以FPSO为中心的浮式生产系统如图20.10－2所示。在油田正常生产中，FPSO接收并处理由海底管线输送来的井口平台的原油，处理合格的原油储存在FPSO的货油舱内。穿梭油船定期串靠或傍靠FPSO，并通过特殊的卸油系统将合格的原油输出，以确保整个油田的连续生产。FPSO还能提供油田生产人员、修井人员及临时作业人员的居住；并通过海底电缆向井口平台供电，是整个油田开发的中心。

图20.10－2　典型的浮式生产系统

FPSO上甲板布置系泊设备及卸油系统。上甲板上设置模块平台，布置工艺、惰气、热站、计量、电站、变压器室和控制室等模块。上甲板艉或艏甲板上设置有一定高度的火炬塔。生活区布置在艏或艉。生活区的顶部设有一个由空间钢架组成的直升机平台。鉴于上述工作特性，FPSO的基本特点可以概括为：

—无推进动力；

—特殊海况；

—单点或者多点系泊；

—不进坞检修；

—外载荷复杂；

—系统复杂；

—安全性要求高。

2）主尺度和船型特征

（1）主尺度。油田水深是决定主尺度的重要因素。渤海湾油田水深较浅，平均水深仅20m，FPSO的吃水不宜太大。海况较好，风速低，只要考虑百年一遇的海情下FPSO不碰底，南海文昌油田水深较深，海况较差，风速极高，FPSO的吃水应大。FPSO主尺度和船体形状一般由模型试验验证。表20.10－1列出了我国近年设计的深水和浅水FPSO的主尺度。

表20.10－1　深水和浅水FPSO的主尺度

（2）船型特征。FPSO通常是无自航能力的驳船船型、方尾。但由于FPSO功能特殊、构造复杂，且工作于特定海域，一般不能借助数学分析方法进行可靠性分析。大多数的FPSO都需要进行模型试验或等效的动力分析，以确定立管、系泊系统的配置、船舶的响应、锚链尺寸等。

FPSO常受到波浪作用（特别是艏部）。甲板上浪损坏甲板、设备的事故时有发生。“南海奋进”号的适航性研究表明，在满载条件下的艏部干舷为15.6m时，在严重海况下艏楼甲板有上浪的可能。艏楼甲板上浪的高度，随着离舷墙距离增加而明显地下降。艏楼甲板上浪的最大高度达到4m。另外，根据IMO的海洋环境保护委员会决定，仅用于储存和生产石油、系泊在固定海域的FPSO，除在极端或危险环境外，一般可以不需要遵守MARPOL规范中13F、13G的规定，亦就是不强调双壳结构，可以采用单底结构，除非其工作海域的沿岸国家有特别要求。

FPSO的主甲板之上3～4m设模块甲板及其设备管线，通常称之为上部模块（Topside Module）。上部模块按常规工艺流程可以分为动力模块、热站、油处理模块、水处理模块等。根据实际油田油气的品质特性，工艺模块的处理要求各异，设备体积数量亦不同。如渤海湾秦皇岛32－6油田原油品质较差，天然气少，油处理要求高，工艺模块大。主电站模块需布置5台发电机，加上模块两边的走道，基本可确定船宽40 m的量级。考虑油田水深较浅，型深不宜太大，船宽必需増加。同样，船长方向必须考虑能布置艏部单点、生活楼、堆场、工艺模块、艉输油装置。南海文昌油田原油品质好，天然气多，油处理要求低，工艺模块就小，主电站模块布置3台发电机。

3）布置形式

FPSO主甲板区域可划分为危险区（如生产区）和安全区（如生活楼）两部分，生产工艺模块、输油（外输）系统、火炬塔等均属危险区。因此，生活区的布置要和单点系泊系统、直升机平台、火炬塔的布置综合考虑，要特别注意风标效应的影响（如图20.10－3所示）。生活楼可布置在船艏，亦可布置在船艉，火炬塔位置则正好相反。两种布置方案各有利弊。FPSO的生活楼无论怎样布置，都是处于危险油气之间。因此，要特别注意生活楼本身的安全。

图20.10－3　FPSO的风标效应

我国渤海与南海海域是截然不同的两类海域，因此，两海域在役的FPSO典型的布置形式（自船艏到船艉）应有所不同：

（1）渤海海域。单点→生活楼→堆场→动力模块→热站→油水处理模块→火炬塔→艉输油装置，如“海洋石油113号”号的布置。生活楼处于生产工艺模块和艉部外输油系统和火炬塔的上风向，但处于艏部输油管危险油气的下风向；

（2）南海海域。火炬塔→单点→油水处理模块→热站→动力模块→堆场→生活楼→艉输油装置，如“海洋石油111”号的布置。生活楼处于艉部外输油系统油气上风向，但处于火炬塔和艏部输油管和生产工艺模块危险油气的下风向。

（3）但渤海域也有把火炬塔布置在船艏，生活楼布置在船艉的布置形式：单点→火炬塔→油水处理模块→热站→动力模块→堆场→生活楼→艉输油装置，如“海洋石油112”号的布置。

生活楼顶部设直升机甲板，采用后两个方案时，需注意动力模块主发电机组运行时排出的废气很可能随着风向飘向船尾，从而干扰直升机的起降作业。可采取一定措施，如排气管的布置横向向下直接向船舷外排气。

20.10.1.2　FPSO结构区域划分

与常规船舶产品不同，船级社对于FPSO的结构设计和建造的要求严格。根据DNV规范的规定，将FPSO船体结构分为特殊结构区域、Ⅰ类结构区和Ⅱ类结构区。

1）特殊结构区域

（1）艉输区域的大系缆绞车区域的上甲板结构；

（2）火炬塔的底座，比如PL19－3FPSO项目的火炬塔设计为向左舷斜伸30°的结构，底座设计为两点焊接、一点铰接的形式，底座以及底座附近的甲板区域均将视为特殊区域；

（3）模块支墩结构（Topside Module Stools），PL19－3FPSO项目模块支墩共计106只，重量达到1 000吨，最厚的支墩面板为65mm的EH36－Z向钢；支墩本身以及与其相关联的甲板区域均视为特殊区域；

（4）起重吊的底座，PL19－3FPSO项目共计包括5个起重吊底座，其中一个底座将设计为HALF－HALF型，即一半在舷外，一半在压载舱内，起重吊底座筒体以及附近的船体结构均为特殊区域；

（5）艏楼甲板区域与单点MSS结构的连接部位。

这些特殊结构不仅本身需要全焊透，而且要求与之相关的主船体结构需要局部加强，强框架板需要加厚，以满足该类结构的疲劳寿命的要求。

2）Ⅰ类结构区域

FPSO的Ⅰ类区域的范围也比较大，涉及主船体结构0.4L区内的上甲板和外底板、舷顶列板，0.4～0.6L区内的舭部，纵舱壁与甲板的连接区域等，0.6L区外支墩区的甲板反顶加强。

3）Ⅱ类结构区域

除了特殊区域和Ⅰ类区域外，剩下的都是Ⅱ类区域。

4）各区域检验要求

根据DNV Offshore规范的规定，特殊区域和Ⅰ类区域的检验要求分别为Ⅰ级和Ⅱ级检验要求，具体的探伤要求如表20.10－2所示：船级社对FPSO焊缝的无损探伤要求远远高于民船，这也是FPSO结构建造的难点所在。

表20.10－2　FPSO的NDT检验要求