楊昌逢

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226100）

0 引言

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置（Floating Production Storage and Offloading，F(xiàn)PSO）是集人員居住與生產(chǎn)指揮系統(tǒng)于一體的綜合性大型海上石油生產(chǎn)基地，具備油氣分離、含油污水處理、動(dòng)力發(fā)電、供熱、原油產(chǎn)品儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)裙δ躘1-2]。FPSO 的外形與油輪相似，但其復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于油輪，所受的外部載荷也比普通油輪復(fù)雜得多[3]。

為提高船舶的安全性和可靠性，本文基于某FPSO，對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，并對(duì)建造過(guò)程中的控制要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 概況介紹

本文研究的FPSO 為鋼質(zhì)船體，全船焊接，直立型艏柱，方艉，總長(zhǎng)335 m，型寬60 m，型深33 m，排水量46 萬(wàn)噸，可存儲(chǔ)200 萬(wàn)桶原油。該FPSO 是當(dāng)今世界噸位最大、儲(chǔ)油量最大的新型FPSO，適用于深水海域。該FPSO 配置了多點(diǎn)系泊系統(tǒng)，能滿足多個(gè)海域的海洋環(huán)境條件。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 主船體區(qū)域

FPSO 的船體結(jié)構(gòu)一般包括底部結(jié)構(gòu)、舷側(cè)結(jié)構(gòu)和甲板結(jié)構(gòu)。

1）底部結(jié)構(gòu)

FPSO 不屬于航行船舶，故其不必滿足《國(guó)際防止船舶造成污染公約》（InternationalConvention forthePreventionofPollutionfromShips）關(guān)于油船雙殼保護(hù)的要求。因此，在設(shè)計(jì)FPSO 貨艙區(qū)的底部結(jié)構(gòu)時(shí)，可根據(jù)作業(yè)海域的水深情況及其他要求，將底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單底或雙底結(jié)構(gòu)。

2）舷側(cè)結(jié)構(gòu)

FPSO 貨艙區(qū)域的舷側(cè)通常設(shè)計(jì)為壓載艙，其舷側(cè)結(jié)構(gòu)一般為雙殼結(jié)構(gòu)的形式。舷側(cè)雙殼結(jié)構(gòu)主要包括橫向強(qiáng)框架、水密橫艙壁、水平結(jié)構(gòu)平臺(tái)、縱骨、縱艙壁和舷側(cè)外板等組成部分。

3）甲板結(jié)構(gòu)

甲板結(jié)構(gòu)由甲板強(qiáng)框架、甲板縱骨、甲板縱桁和甲板板面組成。FPSO 典型中橫斷面見(jiàn)圖1。

圖1 FPSO 典型中橫斷面圖

2.2 船體結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

通常情況下，F(xiàn)PSO 在全生命周期內(nèi)不會(huì)進(jìn)塢維修，其不斷受到海浪作用，船體結(jié)構(gòu)承受不間斷的交替變化的載荷，這往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的疲勞破壞問(wèn)題。為便于監(jiān)測(cè)FPSO 船體結(jié)構(gòu)的健康情況，在設(shè)計(jì)階段需要對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置位置進(jìn)行考慮，確保覆蓋全船的各個(gè)區(qū)域。

2.3 多點(diǎn)系泊加強(qiáng)結(jié)構(gòu)

多點(diǎn)系泊系統(tǒng)對(duì)稱分布于艏部和艉部，在設(shè)計(jì)系泊結(jié)構(gòu)時(shí)，要考慮百年一遇的極限環(huán)境載荷以及鎖鏈破斷的偶然載荷。在正常操作工況下，系泊結(jié)構(gòu)還應(yīng)能承受長(zhǎng)期低周期疲勞載荷的作用。

多點(diǎn)系泊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)密度高，板厚較大，且多使用高強(qiáng)度鋼，系泊結(jié)構(gòu)往往具有大量全熔透T 型接頭焊縫，對(duì)焊接工人專業(yè)水平的要求較高。

2.4 輸油平臺(tái)

輸油平臺(tái)作為FPSO 的特有結(jié)構(gòu)，通常由底板、頂板、橫向支撐板、縱向支撐板和圓管組成。本項(xiàng)目的輸油平臺(tái)位于FPSO 的外板左舷，輸油平臺(tái)涉及區(qū)域廣，覆蓋面大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，存在大量有限焊接空間。輸油平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)均為全焊透形式，節(jié)點(diǎn)多，焊接工作量大，船長(zhǎng)方向精度要求高，要綜合考慮收縮量的加放，保證分段的準(zhǔn)確性。

2.5 海水提升管

作為FPSO 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一，海水提升管是甲板上所有水冷設(shè)備的唯一冷卻水來(lái)源。海水提升管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和制作質(zhì)量直接影響船體的結(jié)構(gòu)安全，在設(shè)計(jì)和建造中應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注。海水提升管體的周圍均為全焊透結(jié)構(gòu)，無(wú)損檢測(cè)（Non-Destructive Testing，NDT）量大。海水提升管下部鑄件的采購(gòu)環(huán)節(jié)對(duì)建造周期有很大影響。

2.6 主甲板模塊支撐結(jié)構(gòu)

FPSO 設(shè)置在主甲板上的上部模塊的質(zhì)量可達(dá)上千噸，布置范圍涉及整個(gè)貨油艙主甲板的上部區(qū)域，通常通過(guò)多個(gè)縱向和橫向的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。模塊支撐結(jié)構(gòu)是上部模塊與FPSO 船體主甲板之間的連接結(jié)構(gòu)，對(duì)安裝精度和焊接質(zhì)量的要求很高。

2.7 火炬塔

火炬塔是FPSO 上特有的結(jié)構(gòu)物，是一種以露天燃燒方式處理廢棄物的裝置，也是海上油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分?；鹁嫠话悴贾迷谥鞔w甲板艏部，遠(yuǎn)離安全區(qū)域?；鹁嫠怯射摬暮附佣傻蔫旒芙Y(jié)構(gòu)，頂部設(shè)置檢修平臺(tái)，通常由立柱、三角撐及斜撐等3 部分組成?；鹁嫠装逑路降募訌?qiáng)管式結(jié)構(gòu)全部為全焊透結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空間狹小，返修比較麻煩，需要安排符合資質(zhì)的焊工一次焊接到位。

3 建造過(guò)程控制要點(diǎn)

3.1 焊接質(zhì)量控制

FPSO 常年在條件惡劣的海洋環(huán)境中工作，其對(duì)焊接質(zhì)量的控制非常嚴(yán)格。

3.1.1 焊縫跟蹤

根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同，通常可將FPSO 的構(gòu)件分為特殊構(gòu)件、主要構(gòu)件和次要構(gòu)件。在制作焊縫跟蹤圖時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型分別做好不同的標(biāo)記，確保每條焊縫都有相對(duì)應(yīng)的焊接工藝規(guī)程（Welding Procedure Specification，WPS）號(hào)、焊接材質(zhì)、板厚、焊縫檢驗(yàn)類別、接頭類型、結(jié)構(gòu)類型、焊縫長(zhǎng)度、坡口形式、制作階段、焊工號(hào)、焊接完成時(shí)間等信息。在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員根據(jù)WPS 號(hào)選取相應(yīng)的焊接形式和焊材。WPS 號(hào)選擇錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致焊縫評(píng)價(jià)不合格，在焊接前首先要保證WPS 號(hào)與焊縫跟蹤圖上的編號(hào)一致。

3.1.2 材料追蹤

FPSO 建造材料采用數(shù)字噴碼進(jìn)行標(biāo)記，噴碼信息主要包括零件名、流向信息、板厚、材質(zhì)、尺寸、鋼板爐批號(hào)等，要保證每個(gè)零件都可追溯。在材料的驗(yàn)收階段，所有檢驗(yàn)設(shè)備和工具均需要標(biāo)檢，鋼板信息和鋼印號(hào)需完整準(zhǔn)確，材料堆放需整齊有序，材料追蹤噴碼需清晰準(zhǔn)確。

3.1.3 焊材管理

焊接材料的采購(gòu)、驗(yàn)收、保管、使用均需要嚴(yán)格遵守項(xiàng)目管理規(guī)定，焊材的保管方法、焊材庫(kù)的環(huán)境條件需要滿足項(xiàng)目要求，焊材的領(lǐng)用、儲(chǔ)存、保管、回收要嚴(yán)格做好記錄。

3.1.4 焊接過(guò)程控制

焊接現(xiàn)場(chǎng)的施工條件復(fù)雜，影響因素眾多，往往會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量難以保證。常見(jiàn)的焊縫問(wèn)題一般包括余高、焊趾、包角、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等。需要采取科學(xué)、有效的措施，嚴(yán)格按照WPS 的要求進(jìn)行施工，對(duì)焊接工程進(jìn)行全程控制，以保證良好的焊接質(zhì)量。

3.1.5 焊后質(zhì)量檢驗(yàn)

焊縫焊后質(zhì)量檢驗(yàn)分為外觀質(zhì)量檢驗(yàn)和內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)。焊縫外觀質(zhì)量檢驗(yàn)采用目測(cè)的方法對(duì)焊縫表面質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，待焊縫外觀質(zhì)量檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)。焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)采用射線探傷、超聲波探傷等無(wú)損探傷的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。無(wú)損探傷應(yīng)由專業(yè)的檢驗(yàn)人員根據(jù)無(wú)損探傷布置圖進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可出具合格報(bào)告。應(yīng)做好報(bào)告的存檔工作，以便作為日后的檢驗(yàn)依據(jù)。

3.2 裝配階段控制

在船體分段建造的過(guò)程中，各船體分段由很多零件經(jīng)過(guò)裝配焊接而成。船體裝配一般可分為小組立、中組立、大組立、分段、總組和船塢等裝配階段。小組立是單個(gè)或多個(gè)零件的組合體，也是船體分段裝配的基本單元，控制小組立的裝配精度和裝配質(zhì)量，可有效減少焊接變形和累積誤差，提高船體建造效率，降低生產(chǎn)成本。

從裝配順序來(lái)看，船體裝配主要包括以下6 個(gè)步驟：1）將原材料制成船體零件；2）將零件組裝成部件；3）將部件裝配成組件；4）將零件、部件和組件組裝成分段；5）將分段、零件、部件和組件組裝成總段；6）在船塢或船臺(tái)將分段和總段總裝成船體。

3.3 精度控制

船體建造精度控制是船舶建造最重要的技術(shù)之一，精度控制可將船體尺寸誤差控制在允許范圍內(nèi)，確保船體的航速、載重量符合設(shè)計(jì)要求；精度控制還能減少造船過(guò)程的返修，縮短造船周期，提高造船效率。

精度控制貫穿在船舶建造的各個(gè)階段，包括原材料進(jìn)廠和下料階段、開(kāi)坡口和加工階段、裝配階段、焊接階段、搭載階段和完工階段。在日常工作中要嚴(yán)格執(zhí)行精度管理計(jì)劃，合理布置焊接收縮量，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)反饋，注重?cái)?shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的積累。

4 建造過(guò)程其他影響因素

4.1 腳手架

FPSO 對(duì)腳手架的需求很大，一般情況下，腳手架的搭設(shè)、維護(hù)和拆除容易在短期內(nèi)形成進(jìn)度瓶頸，對(duì)建造總體進(jìn)度造成影響。腳手架的合理搭設(shè)可縮短建造周期，節(jié)約成本。

4.2 鐵舾裝件

FPSO 貨艙區(qū)具有很多鐵舾裝件，舾裝件的安裝對(duì)起重設(shè)備的需求較高。在組立階段，很多舾裝件的安裝涉及高空作業(yè)，對(duì)腳手架的需求較多，建議合理前移或后移鐵舾裝件的安裝工序，可節(jié)約腳手架的成本，縮短建造周期。

4.3 臨時(shí)工裝件

船廠應(yīng)制定關(guān)于起重吊耳的管控流程，包括安裝、追蹤、檢驗(yàn)、拆除等內(nèi)容。此外，船廠應(yīng)制定關(guān)于臨時(shí)工裝件的管控流程。對(duì)于工裝和工具，應(yīng)使用滿足安全和質(zhì)量要求的工裝和工具，禁止工人隨意自制。

4.4 不良天氣

FPSO 的建造過(guò)程易受不良天氣的影響，應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備，避免不良天氣對(duì)項(xiàng)目的安全、質(zhì)量、進(jìn)度造成沖擊。針對(duì)潮濕和低溫天氣，應(yīng)制定相應(yīng)的操作規(guī)程和工藝，對(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)，并進(jìn)行有針對(duì)性的監(jiān)督監(jiān)管。此外，還可采購(gòu)足夠的工裝和工具以應(yīng)對(duì)不良天氣。

5 結(jié)論

FPSO 是海洋石油開(kāi)發(fā)的核心設(shè)施，本文基于某FPSO，介紹了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并分析了建造過(guò)程中的控制要點(diǎn)。本文的研究成果可為FPSO 的設(shè)計(jì)與制造提供一定參考。