第十二章 浮式生产储卸装置FPSO

第二节 FPSO 系泊系统
FPSO 系泊系统设计的使用周期一般为 100 年，在设计时需要考虑周围环境 的影响，主要有冬季暴风雪以及热带龙卷风。 根据不同海域／海况条件，目前世界上 FPSO 主要采用的系泊方式有单点系 泊系统和多点系泊系统。 一 单点系泊系统 单点系泊系统是英文 Single Piont Mooring System 的中译词（简称 SPM） ， 指锚泊系统与船体只有一个接触点。它的主要作用是将 FPSO 定位于预定海域， 起着输送井流、电力、通信等功能，同时使 FPSO 具有风向标效应，在各种风浪 流作用下使 FPSO 受力最小， 从而保证 FPSO 在海上能长期持续作业。单点系泊系 统是海洋石油开发的重要设施之一。 单点系泊系统被用于海洋石油开发，主要有两种作用，其一被用于定位系泊 FPSO，其二被用于外输原油终端。 （一）单点系泊装置的主要部件 1、浮筒：除了固定塔式单点系泊装置之外，其余类型的单点系泊装置大多 装设一个浮筒，以提供正浮力以及安装转盘和流体旋转头之用。 2、桩腿构件：单点系泊系统的桩腿是将浮筒支持在安装点的部件，基本上 分为锚链类（或锚链—立管）和刚性构件两种，按数量划分有单桩腿和多桩腿之 分。桩腿构件之间的连接一般采用万向接头。 3、系泊缆绳：系泊缆绳是系泊船只的主要部件。按 APS 规范规定，系泊缆 绳最多只能由两根组成。它由系泊负荷决定。 4、输油软管：单点系泊系统的输油软管，通常分为两段，一段是从海底管 道的末端管汇连接到浮筒上的流体旋转头，称为水下软管（或者称为柔性立管） ； 另一段是从流体旋转头连接到储油轮，称为漂浮软管。 5、 流体旋转头：流体旋转头是单点系泊系统的关键部件，它是连通固定部 分和旋转部分之间各种流体管道的转换设备。流体旋转头采用一个双密封系统， 它具有模块化结构，在需要作多通道布置时，可以把几个旋转头叠装在一起。 （二）单点系泊装置的类型及发展 单点系泊装置主要有两种基本类型，即悬链式浮筒系泊装置和单锚腿系泊装
第十二章
浮式生产储卸装置 FPSO 第一节 FPSO 简介
FPSO 是英文 Floating Production Storage &Offloading 的缩写，中文翻 译：浮式生产储存卸货装置。从外形上看，它和油船十分相似，但实际上，却与 一般油船有很大的不同。它集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一体，油 气生产装置系统复杂程度和价格远远高出同吨位油船，FPSO 装置作为海洋油气 开发系统的组成部分，一般与水下采油装置和穿梭油船组成一套完整的生产系 统，将采集的原油储存在舱内，在进行加工处理后通过卸载系统输往穿梭油轮。 是目前海洋工程船舶中的高技术产品。同时它还具有高投资、高风险、高回报的 海洋工程特点。它通过单点系泊系统固定在海上，可随风、浪、流的作用进行 360 全方位自由旋转，总之，它是一个技术密集的海上采油的重要设施。
P3 模块是上部模块中的固体（砂）处理及冷却介质系统模块。是所有上部 模块中分层最多的模块。固体处理系统主要设备有两台 Slurry Injection Pumps ， 三 台 decanters, 两 台 solid Centrifuges ， 两 级 的 Solid
Hydrocyclones，两个巨大的 Solid Collection Tanks 等等。冷却介质系统主要 包括一些循环泵，膨胀罐和换热器等。主要设计思路为：用海水冷却冷却介质， 冷却介质再去冷却其他工艺流体。另外，氮气发生器系统也在该模块中。P3 模 块总重超过 2300 吨，在胜宝旺船厂的 14 号泊位（Berth 14）处建造。 4）P4 模块组装 P4 模块是开始处理来自井口平台流体的第一个模块。在整个原油的处理流 程中，在该模块的部分压力较高，故称该模块为高压分离模块。蓬勃号号设计有 两条原油分离处理生产流程， 或称为原油处理生产线。 P4 所在的生产线为 “Train 1” 。S4 模块与 P4 模块基本对称，模块内的设备也基本是一致的，S4 所在的生产 流程称为“Train 2” 。P4、S4 模块的主要设备以静设备为主，这些主要设备包 括一个 Solid Slug Catcher，这是井口流体引入 FPSO 后进入的第一个三相（油、 气、水）分离器；两台加热器 Inlet Feed Heater 以提高下一级的分离效果；一 个游离水分离器 Free Water Knockout Drums，这也是上部模块中最大的一个罐 类容器; 两台原油乳化液加热器 Emulsion Heater; 一台 Gas Foam Heater 及一 台 Produced Water Surge Drum。主要的动设备只有 一台 Sand Jet Circulation Pump。P4 模块总重超过 1700 吨，在新加坡胜宝旺船厂的 12 号泊位（Berth 12） 处建造。
C、方便生产操作和设备维修。设计主甲板和生产甲板之间的距离时，要考 虑到最大设备的高度、 高架管线的高度和维修操作的高度， 一 般选择 3m 以上。
危险区与非危险区两模块的间距不小与 3 m。非危险区的通道宽度不小于 2m。设 在甲板上的吊机一般布置在左右两舷，前后错位布置，使吊机能够覆盖绝大部分 生产甲板 二 FPSO 模块化实例 海洋石油 117 号是我国第一艘完全自主设计并建造的 30 万吨级海上浮式生 产储油轮(FPSO)，这是国内迄今为止建造的吨位最大、造价最高、技术最新的 FPSO 建造项目，是全球最大的 FPSO 之一，同时具有全球最大的上部模块系统。 标志着我国在 FPSO 领域的设计与建造已居世界先进行列。 该船船体为双底双壳结构，船长 323 米，型宽 63 米，相当于 3 个标准足球 场的面积。从船底到烟囱 71 米，相当于 24 层楼高。可日加工 19 万桶合格原油， 储油能力可达 200 万桶原油， 配有 140 人工作居住的上层建筑及直升机平台。该 船设计寿命 25 年，通过安装在船艏的软刚臂单点系泊装置，长期系泊于固定海 域，25 年不脱卸，可抵御百年一遇的海况 海洋石油 117 号 FPSO 采用模块化组装，总共有 P1，P2,P3,P4 四个模块： 1）P1 模块组装 P1 模块是海洋石油 117（FPSO 蓬勃号）上部模块（Topsides）中左舷从船 首算起的第一个模块。是两大主配电间之一（ FWD Switchgear Building） 。P1 模块在新加坡胜宝旺船厂第 15 号泊位（Berth 15）处建造。 2）P2 模块组装 P2 模块是海洋石油 117 的两大主发电模块之一。S2 模块与之基本对称，是 另一个主发电模块。 该模块有两台主要设备，一台燃气透平发电机和一台废热回 收蒸汽发生器。透平由通用电气（GE）旗下的位于意大利的 Nuovo Pignone 公司 制造，型号为 MS5001A，发动机部分额定功率约为 26300kW，整个撬块约重 87 吨。废热回收装置则由美国 The G.C. Broach Company 制造，额定蒸发量为 68 吨/小时。 发电和废热回收联合装置可以大大提高燃料的利用效率。整个 P2 模块 重量超过 2100 吨，在胜宝旺船厂的 11 号泊位（Berth 11）处建造。 3）P3 模块组装
不良天气周期、水深条件等因素确定，以使储油和外输相协调，达到最佳经济指 标。在外输形式上分为漂浮式软管外输、卷筒式外输、滑道式外输等。 4、系泊系统 将 FPSO 的船体与海底连接，调节在风、浪、流作用下的运动，保证 FPSO 长期安全地在海上作业。 一般采用单点系泊，以便在环境里作用下全方位自由旋 转， 达到受力和运动最小的状态。 根据油田的水深、 海况、 产量以及油气的特点， 选择不同形式的单点系泊。 5、海底系统 海底系统由基座、水下卧式采油树、海底管汇、液压井控、立管及输油管系 统，井口平台与 FPSO 连接的控制监控系统以及油井服务系统等组成。 以陆丰 22-1 油田为例，海底井口布置成紧凑的扇型，长宽各 9m，各井口的 原油通过各自的采油树汇集到中心管汇中，然后由两条 177.8mm(7in)的海底生 产管道输送到储油轮上。设计中未考虑修井功能，但设置了水下泥线增压泵和 ROV 水下机器人，增压泵的排量为 25000 桶/d，由 400kW 的马达带动，增压泵 的电缆有 3 种不同的功能（供电、信号传输、补压） ，电缆（10000v，246A）可 以进行湿式接头作业。井控所需的各种信号以及中控室对电、液、阀等各种指令 通过海底电缆传送。 有人把海底井口系统称为具有高技术含量、富有挑战的环节 之一。 6、卸载系统 包括卷缆绞车、软管卷车等，用于连接和固定穿梭油轮，并将 FPSO 储存的 原油卸人穿梭油轮。 其作业原理是通过海底输油管线把从海底开采出的原油传输 到 FPSO 的船上进行处理，然后将处理后的原油储存在货油舱内，最后通过卸载 系统输往穿梭油轮 7、供电供热系统 开发油田所用的大量的机械设备离不开电和热，FPSO 利用生产过程中分离 出来的废气作为燃料进行发电和加热锅炉，锅炉生产的热量供生产流程加热使 用，所发的电除供 FPSO 本身生产和照明外，还需通过海底电缆输送到各井口平 台。供生产操作人员生活和休息的场所。它提供 几十人到上百人的所需住房、餐厅、会议室、办公室、娱乐室和中央控制室等， 不仅为平台提供支援、服务，而且是油田的指挥中心。生活模块一般布置在艏部 或是艉部。此外还有直升机平台，供海上人员往来或应急之用。 （二）FPSO 的特点 随着海洋油气开发、生产向深海不断进入，FPSO 应用已很普遍。它可以通 过锚泊系统固定于油田的井口区域，当立管系统与海底生产系统对节后，可以进 行油田的开发生产。 它可应用于边际油田的开发、大油田的早期开发及长时间的 井口试验。其它海洋钻井平台相比，优势明显，特别是在经济上具有很大的吸引 力。 （1）适用各种环境条件，各种不同类型的油田，应用前景好。 （2）生产系统投产快，投资低，若采用油船改装成 FPSO，优势更为显着。 而且目前很容易找到船龄不高，工况适宜大型油船。 （3）甲板面积宽阔，承重能力与抗风浪环境能力强，便于生产设备布置； （4）储油能力大，船上原油可定期、安全、快速地通过卸油装置卸入穿梭 油船中运输到岸上，穿梭油船不仅可与 FPSO 串联，也可傍靠 FPSO 系泊。最新 FPSO 还具备了海上天然气分离压缩罐装能力，提高了油田作业的经济性。 （5）应用灵活，移动方便，其海上自航能力是其它海洋平台系统所不具备 的，因此，FPSO 可根据作业需要和实际情况迅速转换工作海域和回厂检修。 （三）FPSO 的总体布置原则 A、安全可靠，符合规范。总体布置必须满足规范对防火、防爆、逃生等要 求，使生活、指挥、消防设备、应急电站、救生设备、直升飞机平台等（安全区） 与油气处理区（危险区）尽量远离。对无自航能力的 FPSO，其安全区模块一般 布置在船艏。 B、大容积设备靠近中轴线布置。甲板上部的生产设备根据功能不同，常按 模块划分， 每个模块之间都设有通道。由于波浪作用在船体上发生横摇的几率比 纵摇大的多， 而横摇会使船体产生巨大的扭曲应力， 该应力的集中部位正是通道。 因此， 在模块布局上尽量将大容积设备如斜板隔油器、 分离器等靠近中轴线布置， 以减少船体摇摆产生的扭曲应力。