小型多边形FPSO两点外输方案分析

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多边形FPSO通过多点系泊固定在某海域, 122
其中,系泊大缆及拖船的拖力见表5、6。 系泊大缆单缆安全因子为大缆破断负荷与最 大设计张力的比值,根据BV船级社NR494规范 要求,选定单缆安全因子为3,即大缆允许的破断
2021 年 第3期
时光志,等:小型多边形FPSO两点外输方案分析
船梅工程 第50卷
外输大缆静态下的计算结果解读如下。
1) 该外输方式在南海作业,其静态大缆张力
满足安全系数。
2) 每个浪向均有可能达到大缆极限张力,故
大缆张力与入射浪向角无关。
3) 静态大缆张力与风浪相对夹角也无关。 4) 静态大缆张力与拖船角度有关,如拖船A 角度,拖船B角度,拖船A、B相对角。 5) 最大静态张力发生在拖船A与拖船B同
接管过程
拖船送油管风险大,提油船接管风险大,油 管易受损
不需拖船送油管,接管自动化程度高,降低作业风险
接管
冬季 夏季
单拖船拖觀,状态稳定,大风浪中大缆张力 峰值较大
具有自然风标效应,单拖船拖錠,状态稳定。大风浪
中提油船受遮蔽,风速降低70%,大缆张力峰值降低, 稳定性好
单拖船拖醍,受风标效应,提油船处于下风侧
九以及水池实验模拟分析的结果表明,大缆张力和偏移角可控,两点外输方案可行。
关键词:首装载;多边形;两点外输;多点系泊
中图分类号:U674.38
文献标志码:A
文章编号:1671 -7953 (2021)03-0120-06
中国海域环境恶劣,目前投产的FPSO均为 船形,多采用具风标效应的单点系泊式尾部输油 方式,关于系泊式外输方式,已有的报道[⑷未见 涉及类似无风标效应FPSO的外输方案比选、外 输方式配置、大缆张力及偏移角计算、外输操作模 式及其可靠性分析。本文提出基于多点系泊方式 的多边形FPSO两点外输方式,论证其外输方案 可行性。
1方案基本情况
采用多边形FPSO,储油量约3万~ 5万t,5 口水下井口开发,电潜泵开采,由于浮体各向同 性,采用张紧式多点系泊方式定位,动态电缆、脐 带缆及柔性立管从浮体底部穿入,通过舷侧舱室, 在主甲板穿出,接至管汇。多边形FPSO在作业 海域永久系泊,台风不解脱。作业于南海深水海 域,约为330 m,环境条件极为恶劣。主船体外径 为62 m,主甲板处外径为68 m,模块甲板处外径 为72血,阻尼板处外径为82 m,主甲板处型深28 m,工艺甲板处型深32m,设计吃水和压载吃水分 别为16.2 m与11. 5 m。采用10边的多边形,5 对货油舱舱容为40 577 m3,压载水33 327 m3 o
摘 要:针对多边形FPSO没有风标效应的问题,提出该类型FPSO货物传输的两点外输方案,通过动力 定位(DP)油船、Hiload卸载方式及常规油船外输方式比较,确定采用常规油船方案,针对双外输点可提高作
业窗口、首侧推可增加作业灵活性、首部接油可缩短软管长度和作业风险、尾部拖船可确保作业安全距离的分
析论证,以及两点外输与传统外输对比、常规油船与动力定位(DP)油船对比,确定采用常规油船两点外输在 外输设备配置和外输作业风险方面的综合优势,对外输环境条件、环境方向、拖船角度等不同组合下大缆张
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2021 年 第3期
时光志,等:小型多边形FPSO两点外输方案分析
船梅工程 第50卷
用双拖船拖媲,确保安全外输,双拖船为2个独立 动力源,功能可靠、冗余度高、安全性好;降低使用 FPSO应急解脱的几率,减少FPSO回接油管和大 缆的时间。
3外输方案比较
与难度、提油船靠泊难度与风险等方面的对比见 表1。
A 在荷兰Marin水池进行模拟实操,模拟的船舶参
数与假定一致,以测试本模式的可行性,结果
见表7。
2 OO
OO O
8oO
6oO

4oO
朝 2oO0OOY来自OO-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 角度/(° )
-50 -30 -10 10 角度/(° )
30 50
2 a)棘态人缆张力与波浪入射角的关系
波浪方向 A B C D E F G
表3外输环境方向
艄向(coming from)/( ° ) -60 -30 0 30 60 90 120
表4多边形FPSO外输操作条件
有义波高 谱峰周期 谱峰因子 风速 流速
2.4 m 6.13 s
3.3 10.289 m/s 0.514 m/s
载荷为2 160 kN。根据南海的作业经验,拖船的 系柱拖力利用率分别考虑90% ,50%。见图8、9,
2方案关键技术
如图4和图5所示,多边形FPSO采用两点 外输方案,包含2个外输平台,2套外输系统,布 置在工艺甲板,该层甲板依次为生活区,电站、热 站及公用区,油气处理区,水处理区,包含预留区。 多边形FPSO是相对固定不随风浪流旋转的,采 用常规油船串靠外输方式,提油船距离FPSO约 100 m时,值守拖船从FPSO向油船传送外输系泊 大缆及漂浮软管,根据风向选择东北或西南外输 点,使提油船利用风标尽量处于迎风位置,根据作 业天气确定采用1艘或2艘拖船在提油船艇部辅 助外输操作。外输的常规油船配置踊侧推、赠部 装载系统。
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时光志,等:小型多边形FPSO两点外输方案分析
丄艺屮板
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吊机2
电站 _[_= ___1_ □ 口口 兰
外输点2
图3 Hfload外输方式
示范应用未取得理想效果,技术成熟性有待提高, 故考虑采用常规油船方案。中国南海常年风向分 别为夏季西南风与冬季东北风,最大利用风标效 应,在多边形FPSO的东北和西南2个主环境方 向上分别设1套外输系统,采用常规提油船,油船 配艄侧推、赠装载和驢部拖船。
第50卷第3期 2021年6月
船海工程 SHIP & OCEAN ENGINEERING
DOI: 10.3963/j. issn. 1671-7953.2021.03.030
Vol. 50 No. 3 Jun. 2021
小型多边形FPSO两点外输方案分析
时光志,夏华波,黄国良,王司祺,吴昊
(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司,天津300452)
3) 艄侧推。提油船配置赠侧推,具备以下特 点:更加灵活可靠的操纵性,协助靠泊,提高靠泊 成功率;停在泊期间能有效降低大缆瞬间张力,减 少碰撞风险;若油船受到较大的横向力将发生艄 向偏转时,艄侧推能够抵消横向作用,使油船尽量 保持在较小的环境力踊向上;国内带艄侧推的油 船有8艘,其中一半在南海使用过;该功能和DP 提油船的艄部侧推相当,费用约30万美元。
独立3套:冗余度更高 更可靠
本船]套
4外输分析
如图6所示,风浪流同向,从A~G方向来 风、流和浪进行计算,具体数值见表3〜4。根据 南海以往的外输条件经验,确定多边形FPSO外 输条件见表4。以恶劣环境时,1艘提油船正在提 油作业,2艘醍部拖船牵引为例进行分析,其中提 油船为5万t,拖船分别为3 000 t和6 000 t。
图8 90%系柱拖力时外输关系
-200 -100
0 100
200
向或近似同向时,随着相对夹角增大而大缆张力
减小。
2O
4 2 0
图7外输作业布置示意
表5系泊大缆及拖船参数限制 kN
系泊大缆破断负荷
6 500
系泊大缆平均张力 拖船A系柱拖力 拖船B系柱拖力
1 000 860
1520
表6各船舶相对运动角度限制
角度
限制角/(。)
0A
-50,70
-70,50
0c
无限制
为了进一步确认该外输方式的安全可靠性,
4) 醍部拖船。当外输大缆松弛或距FPSO较 近时,利用媲部拖船进行拖拽定位,确保外输的合 理角度与安全距离。拖船兼具作业守护、大缆和 软管传输、辅助消防等功能。天气良好时,采用1 艘拖船系泊于提油船的11部拖带作业,气候条件 较差时则采用2艘拖船系泊于提油船的艦部拖带 作业。弱风标配置2艘拖船,则弱风标效应时,采
▼72根柔性「
混输立锂/
日1尼板
J动态电缆 7单根562m
VSPDU
吸力锚;9个
水下电缆 配单元
.
/I芋粮跨接
4拓慎二曲根脐带缆 弹UUTH脐带缆
乙* 彳单根562mj_. 如水下采油井7加置浮勿鮒 终端接头
76根跨接管缆
图1多边形FPSO总体方案示意
效应,不能采用传统在醍部设置一套外输的方案。 初步考虑以下3种外输卸油方案。
国外圆筒形FPSO提油方式为DP穿梭油船 输油,多边形FPSO与国外圆筒形FPSO提油方式 在外输方案及设备配置方面的对比见表 2。
两点外输与传统外输在大缆配置、接管方式
表1 2点外输与传统外输提油作业外输配置与作业难度比较
船形FPSO
多边形FPSO
系泊大缆 大缆长度65 叫部分FPSO无应急释放装置 设备
弱风标使用双脛拖
冬季外输点
聃侧推
強风标使用单駅
拖轮
舖装载
图4外输方案示意
1)双外输点设计。外输时提油船视风向系 泊在两点中的其中I个外输点,使提油船具有风 标效应,双外输点核心理念是如何充分利用该风 标效应,确保其在安全的下风侧外输作业。双外 输方案使其外输在多数情况下与船形FPSO 一样 实现风标作业,夏季风时在东北侧外输点作业,冬
该多边型FPSO不同于船形FPSO具有风标
收稿日期:2020-12-01 修回日期:2021-04 - 30 第一作者:时光志(1984-),男,硕士,高级工程师 研究方向:船舶与海洋工程设计管理 120
穿梭滑轮|
系泊缆:9根〔|:端链'
_______ 、聚師缆
下端I 900 m 300 m
L 125 m
外输油管 船肿接油管
冬季靠泊 下风侧靠泊,大缆张力峰值较高
大缆长度100 H1,具备应急释放功能,大缆缓冲能力 增加,降低大缆拉力峰值,有利于降低碰撞凤险
船艄接管,油管长度短,背压降低,具备应急释放装 置,2套外输滚筒和系泊绞车 下风侧靠泊,遮拦效应使大缆张力峰值大幅降低
夏季靠泊要黑豔泊'艄向不稳定'靠泊角度需系泊点固定,提油船赠侧推协助靠泊,快速安全有效
b)静态大缆报力与风浪相对夹角的关系
2 200
2
2 000
I
I
I 800
1
1 600
I
1 400
1
I 200
I 000
800
100 角度/(° )
600
200
-150 J00 -50
0
50 100
角度/(° )
d)静态大缆张力与拖船B和提汕船 相対夹角的关系
e)静态人缆张力与2艘拖船 相对角度的关系
1)常规DP油船卸油方案,应用于北海和巴 西,适用于多点系泊,见图2。
图2 DP穿梭油船外输方式
2) HILOAD定位卸油,增加1套装置,常规卸 油船在多点系泊FPSO位置的卸油(巴西进行了 试验应用),见图3。
3) 常规油船(加装艄侧推、艄装载)加拖船辅 助定位。
国内暂无DP油船,Hiload方式在巴西工程
外输平台\
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外输点I
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图5外输方案布置
季风时在西南侧外输点作业,基本能覆盖南海外 输作业窗口,实现下风侧安全外输。
2) 赠部接油方式。中国海域FPSO外输为船 肿接油,方案采用油船艄部装载,属国内首次拟应 用案例。外输时,提油船停泊在距FPSO约100 m 的下风侧待命,值守拖船完成FPSO与油船间系 泊大缆和漂浮软管的传输,系泊大缆和外输软管 分别连接至油船艄部系泊设备及油船艄装载系 统,实现赠部接油。与船肿接油相比,赠部接油有 如下特点:艄部接油方式在国外应用较普遍;可免 去拖船从艄部到船肿传输软管带来的风险;避免 外输时软管与FPSO或提油船的碰撞;缩短软管 长度,减少约2/3软管传输时间,节省软管投资; 艄装载具备应急解脫功能;是OCIMF的推荐操作 模式,具有简易、便捷、通用的优点。
对比项 外输点
常规油船双外输模式 DP外输模式
双外输点:充分利用风 单外输点:
标效应
动力抵抗
2艘艇部拖船在FPSO霊部拖拽,方向及夹角见
艄装载 采用艄装载系统
配置艄侧推 功能
艄侧推 配置艄侧推功能
配置艄侧推 功能
牖侧推/拖船 双牖拖:双动力源更可靠醍侧推
监控报警系统多船监控:全面监控 本船监控
动力源
双拖船拖牖;原则上受风标效应,提油船位于(或转 移到)下风安全侧
乱流、强对 FPSO外输点摆动速度快,提油船跟随困难, 外输点固定,双拖船拖醍,可避免部来乱流的情 流天气影响单拖船拖醍困难,尤其艦部乱流,风险较大 况,加之提油船侧推配合,可降低乱流带来的风险
提油船船赠应急释放油管,时间短,风险小
表2常规油船双外输点与DP外输方案及设备配置对比 外输时系泊大缆两端分别连接FPSO和提油船,
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