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3、0-26 18:09 上傳下載附件 (14.6 KB) 2012-10-26 18:09 上傳下載附件 (32.29 KB) 主要內容FPSO簡介國內外FPSO的研制及發展現狀FPSO的組成結構及主體設計FPSO的生產工藝流程FPSO的未來發展趨勢1. FPSO概念    FPSO是英文Floating Production Storage and Offloading的縮寫，中文譯為浮式生產、儲油、卸油船。這種船并不是一種真正意義上用于運輸的船，它兼有生產、儲油、卸油的功能，一般與水下采油裝置和穿梭油船組成一套完整的生產系統，是目前海洋工程船舶中的高技術產品。近年來FPS

4、O船市場十分興旺，世界各大船廠都紛紛加入到FPSO建造大軍中，競爭十分激烈。我國也是這一建造大軍中的一員，并在FPSO建造方面取得了突破性進展。一. FPSO簡介       FPSO外形類似油船，但其復雜程度要遠遠高于油船，涉及的復雜系統包括二十幾個大類，例如：單點錨泊系統、動力定位系統、油處理系統、廢水處理系統、注水處理系統和直升機起降系統等，這類系統在運動型船中很少遇到。其他的惰性氣體發生系統、消防救生系統、監控系統、發電系統等都要高于運輸型船舶的建造要求。2. FPSO特點        

5、60;FPSO 的主要特點為機動性和運移性好，具有適應深水采油（與海底完井系統組合）的能力、在深水域中較大的抗風浪能力、大產量的油氣水生產處理能力和大的原油儲存能力。FPSO可以與導管架井口平臺組合，也可以與自升式鉆采平臺組合成為完整的海上采油、油氣處理和儲油、卸油系統，但更主要的是用于深水采油，與海底采油系統（包括海底采油樹、海底注水井、海底管匯等）和穿梭油輪組合成為完整的深水采油、油氣處理、原油儲存和卸油系統（如下圖）。浮式生產設施的應用已很普遍，在全世界已有100多艘FPSO正在操作運行，甚至有取代固定式平臺的趨勢。FPSO是把生產分離設備、注水（氣）設備、公用設備以及生活設施等安裝在一

6、艘具有儲油和卸油功能的油輪上，油氣通過海底管道輸到單點后，經單點上的油氣通道通過軟管輸到油輪（FPSO）上， FPSO上的油氣處理設施將油、氣、水進行分離處理，分離出的合格原油儲存在FPSO上的油艙內，計量標定后由穿梭油輪運走。3. FPSO功能 （1）兼有生產和儲油的作用，是一座海上油氣加工廠，具有小至幾千立方米，大到幾百萬立方米的油氣處理能力。（2）是一座儲油輪，目前世界上正在服役的FPSO，其儲油能力已達35萬噸。（3）適應能力強，可在20-1000m 水深范圍內工作。（4）可省去外輸海底管道，用穿梭油輪將商品油運往外地。（5）設計重現期高（100年），抗風浪能力強，可長期系泊、連續工作

7、。（6）與“固定式導管架平臺+海底管道”方案相比，具有投資省、見效快、可重復使用、風險小等特點，特別適用于遠離海岸的中、深海及邊際油田的開發。有人將FPSO列為近10年來海上油氣開發的主流方式，稱之為海工裝備中最耀眼的“明星”。4. FPSO種類     從總體結構上看， FPSO是被系泊約束了的船。因此系泊系統是FPSO的關鍵技術之一。按系泊方式不同可分為以下三種類型：（1）轉塔式：在船艏部位設STP內轉塔筒體結構，在錐型筒體結構與船體之間，設置若干加強板。 STP內轉塔高度一般與船的型深相同，下部直徑超過10m。 STP內轉塔底部用多點錨鏈與海底固定。中海油的“南海發現

8、”號、“南海開拓”號就屬于內轉塔式浮式生產系統。（如圖）（2）軟剛臂式：軟剛臂式浮式生產系統由導管架、旋轉接頭、系泊鉸接臂以及儲油輪上的支架組成。由于剛臂連接處為鉸接，可繞著導管架上的將軍柱隨風浪、潮流轉動，隨涌浪在一定范圍內升降、搖擺，所以稱之為軟剛臂式單點系泊。如渤中28-1、渤中34-2、綏中36-1 等就屬于軟剛臂式浮式生產系統（如圖）3）硬剛臂式：硬剛臂與軟剛臂有許多相似之處，也可隨風浪、潮浪轉動，但剛臂與船體之間為剛性連接，錨固單點與船體保持同步升降。5. FPSO主要優點    隨著海洋油氣田的開發、生產向深海不斷進入，FPSO與其他海洋鉆井平臺相比，優勢明顯

9、，主要表現在以下四個方面：生產系統投產快，投資低，若采用油船改裝成FPSO，優勢更為顯著。 而且目前很容易找到船齡不高，工況適宜的大型油船。甲板面積寬闊，承重能力與抗風浪環境能力強，便于生產設備布置。儲油能力大，船上原油可定期、安全、快速地通過卸油裝置卸入穿梭油船中運輸到岸上，穿梭油船不僅可與FPSO串聯，也可傍靠FPSO系泊。最新FPSO還具備了海上天然氣分離壓縮罐裝能力。應用靈活，移動方便，其海上自航能力是其他海洋平臺系統所不具備的，因此，FPSO可根據作業需要和實際情況迅速轉換工作海域和回廠檢修。國外FPSO的發展及研制現狀國內FPSO的發展及研制現狀FPSO海工結構至今不過30多年的歷

10、史。1976年殼牌石油公司用一艘59000t的舊油輪改裝成了世界上第一艘FPSO，1977年應用在地中海卡斯特利翁油田(西班牙近海)。由于FPSO具有儲油多、投資省、可轉移等優點，所以得到迅速發展。    據資料統計，截止到2003-08，全世界投入運行和在建的FPSO為119艘(根據Penn Well公司調查，FPSO的數量為137艘)，其中舊船改造65艘，占54.6%；新建54艘，占45.4%，截止到2003-09，全世界正在建造的FPSO有11艘，其中韓國現代重工為Exxon Mobil 公司建造的FPSO 排水量達到了3618 萬噸，至2009年，全世界投入運行FP

11、SO有149艘。目前FPSO 的工作水深主要在100500 m，但隨著采油工作水深的增加，大于500 m工作水深的FPSO將逐年增加。由Roar Ramde和挪威海事技術公司聯合設計、韓國現代重工施工建造的Ramform Banff 號FPSO 工作水深達1 524 m(5 000英尺)，屬英國所有，由Conoco公司作為操作者計劃用于北海的Banff/Kyle 深水油田，其抗風浪能力為百年一遇，浪高可達16.76 m (55 英尺) 。   另一艘英國所有、工作水深達2 000 m(6 560英尺) 、堪稱目前世界頂級采油水深的浮(船)式生產儲油卸油船，由Harland&

12、amp;Wolff 負責全部設計和建造，由巴西國家石油公司承擔操作，用于深海海底完井系統組合的采油。這些FPSO 的適應風暴能力大都為50a 或100a 一遇，有相當數量屬于非解脫型，即在大風暴來臨時，仍然錨泊在采油原位而無需將船用液壓連接或脫卸機構快速解脫而避風浪。   目前在用的FPSO 的原油儲存能力在10 ×10420 ×104 m3 的占了大多數，最大原油儲存能力達到31.8 ×104 m3 ， 因此船的主要尺寸也相當大，如巴西國家石油公司的巴油31 、巴油32 、巴油33 、巴油35 、巴油37 和FPSO 、“N”kossa N

13、KP號等FPSO ，其長度達到344.2 m(1 130英尺) ，寬度達到54.3 m (178 英尺) ，型深達到28.3 m (93英尺) ，最大吃水深度達到22 m ;日處理能力在5 00010 000 m3 的占了近1/ 2 ，最大日處理能力已超過30 000 m3 ，其中，由新加坡遠東利文斯頓船廠(簡稱FEL S) 建造、挪威國家石油公司所有并操作使用的Norne 號FPSO 日處理能力達到3.5 ×104 m3(220 000 bbl) ，生產水處理能力也較大， 為19 900m3 / d ，注水能力高達40 000 m3 / d。  該船設計使用壽命

14、為25年，可以做到20年不靠岸，它具有抗強臺風的能力，強臺風襲來時，即使130名船員全部撤離，整個FPSO仍可保證自動采油、加工、儲存和發電。“海洋石油-113 號”從設計啟動到投產，目標工期為22 個月。設計、施工由上海外高橋造船有限公司、中海油渤海公司、中海油海洋工程公司和中國船舶工業第708研究所共同完成，上海船檢局監造，設計工時累計達30萬小時，項目總投資超過17億元人民幣。      FPSO由海底系統、船體系統、系泊定位系統、動力系統、油氣處理系統、消防監控系統、儲油與外輸系統、生活系統等十幾個大類組成。（1）海底系統   

15、;    海底系統由基座、水下臥式采油樹、海底管匯、液壓井控、立管等組成。以陸豐22-1油田為例，海底井口布置成緊湊的扇型，長寬各9m，各井口的原油通過各自的采油樹匯集到中心管匯中，然后由兩條177.8mm(7in)的海底生產管道輸送到儲油輪上。設計中未考慮修井功能，但設置了水下泥線增壓泵和ROV水下機器人，增壓泵的排量為25000 桶/d，由400kW 的馬達帶動，增壓泵的電纜有3種不同的功能（供電、信號傳輸、補壓），電纜（10000v，246A）可以進行濕式接頭作業。  井控所需的各種信號以及中控室對電、液、閥等各種指令通過海底電纜傳送。有人把海底井

16、口系統稱為具有高技術含量、富有挑戰的環節之一。陸豐22-1井口底盤，由挪威KOS海洋工程公司與FMC井口設備制造公司共同研制，中心模塊重300kN。中心模塊和中心管匯在海上安裝共用了331h。如圖所示：       2）船體系統          FPSO外形類似油輪， 但復雜程度遠高于油輪。         其一，船體在風、浪、流、潮作用下，能夠長期被約束在一定范圍內，所受的外載荷比普通油輪復雜得多，結構局部強度要做特殊設計。

17、0;        其二，作為載體，其上面包容著動力模塊、生產模塊、儲油模塊、消防模塊、生活模塊等，在布局和分隔上更加講究， 安全性問題要作重點考慮。在設計時除了要達到船舶建造入級規范、移動式海上平臺入級建造規范、浮式生產系統入級建造規范等通用性規范外，還要顧及到國際海事組織（IMO）的MARPOL和SOLAS 公約等一些行業技術標準（共38 種標準），安全、救生、環保等要求高。        其三， FPSO的業主一般要求長期系泊在海上，進行不間斷生產，因此設計風險等級高（100年一

18、遇的重現期）， 防腐等耐久性措施要求嚴，一般能做到20年或更長時間不進塢維修。（3）系泊定位系統          系泊定位系統是FPSO中最有特點的系統。它通過導管架或吸力錨提供足夠的系泊力。按系泊方式分為單點系泊和多點系泊。如圖：   單點系泊是指錨泊系統與船體只有一個接觸點，多點系泊是指錨泊系統與船體有多個接觸點。如南海流花11-1油田的FPSO ，該海域水深310m，由半潛式生產平臺和浮式儲油、卸油兩套裝置組成。其中，半潛式生產平臺采用了11條127mm的錨鏈+深水吸力錨組成的系泊系統， 為多點系泊；浮式儲

19、油、卸油裝置也用吸力錨提供錨固力，其特別之處是采用了10條114mm 的錨鏈系泊在一個沉沒式浮筒上，再由浮筒通過專用接頭與船體相連，為單點系泊。  系泊定位系統具有機械強度高、密封性好的機械旋轉頭。該旋轉頭可隨風、浪、流轉動，不僅承受著巨大的動荷載，而且還要在運動中保證管道暢通、供電和信號的傳輸。例如“睦寧號” FPSO的旋轉頭有2 條直徑203.2mm 的原油生產立管、6條高壓電纜、1組液壓動力管和1組信號采集與傳輸電纜。這些從海底傳接過來的立管（電纜）包括生產集液旋轉頭、電刷接頭、液壓控制接頭和電信號接頭，根據其尺寸大小依次從上到下分層布置，通過可解脫接頭實現管道與船體

20、的連接。這種可解脫接頭技術含量高，目前尚未國產化，一直被國外公司所壟斷。（4）油氣處理系統           FPSO的油氣處理系統與陸上油氣處理系統大體相同，包括油、氣、水分離系統、計量系統、污水處理系統和火炬燃燒系統等。所不同的是FPSO油氣處理系統總體布局更加緊湊，安全規定更加嚴格；工藝流程在確保順暢的同時，重要模塊的布局要順應船體運動要求并留足維修空間；具有比陸上集成化更高、配置更完備的自動化控制系統。          在油氣處理設備的選擇上力

21、求高效、緊湊。如在流花油田的FPSO上采用了電脫鹽/脫水合二為一的技術裝備，在一個罐內可同時完成脫鹽/脫水，日處理液量可達4.77 ×104 m3。（5）儲油與外輸系統        儲油和外輸是FPSO的另一重要功能。設計儲油能力一般依據油田產油量、不良天氣周期、水深條件等因素確定，以使儲油和外輸相協調，達到最佳經濟指標。在外輸形式上分為漂浮式軟管外輸、卷筒式外輸、滑道式外輸等，如圖所示：  外輸系統中所用的軟管為專用管材，由萬向接頭、液壓快速接頭等組成的外輸連接設備，在機械強度、耐腐蝕、抗疲勞能力、密

22、封性能等方面技術要求高，這一關鍵設備也被少數外國公司所壟斷。如BZ-34 油田的旋轉接頭，由固定部分的內環和旋轉部分的外環組成。在內環和外環之間，有直徑152.4mm 的環形槽，即輸送液體的通道。在全天候工作狀態下，主軸承的軸向位移不得超過0.8mm。旋轉接頭上設有4道密封，即環形槽上下兩端各有2 道密封。每道密封之間設有檢漏孔，當檢漏孔發現1 道密封漏油時，可通過檢漏孔將第1道密封堵死，第2道密封開始起作用，如圖所示：（6）生活系統       FPSO的生活樓無論怎樣布置，都是處于危險油氣之間。所以，生活樓布置在船艏或船艉，各有利弊。但特別要注意生活

23、樓本身的安全性。       生活樓在船艏、外輸油系統及火炬塔在船艉的布置格局：生活樓處于生產工藝流程模塊和尾部外輸油系統的危險油氣上風向，但處于首部輸油管危險油氣的下風向。       生活樓及外輸油系統在船艉、火炬塔在船艏的布置格局：生活樓處于艉部外輸油系統油氣上風向，但處于艏部輸油管和生產工藝流程模塊危險油氣的下風向。生活樓布置在船艉，還需注意動力模塊主發電機組排出的廢氣很可能隨著風向飄向船艉，從而對生活區有影響，并有可能干擾直升飛機的起降。最大儲油量：5.1697×104t型長：215.6m型寬：

24、31m型深：17.6m生產分離器：2臺電脫水器：1臺注水系統：1污水處理系統：1供熱系統：1發電系統：1原油計量外輸系統：1生活模塊：69人直升飛機坪：1最大儲油量：4.48×104t型長：208m型深：17.6m吃水深：10.5m生產分離器：2臺電脫水器：1臺空氣壓縮器：2臺污水處理系統：1供熱系統：1發電系統：2×2500kw+630kw原油計量外輸系統：1生活模塊：69人直升飛機坪：12.FPSO的布置        FPSO設計與猶如油船一樣，首先應了解FPSO有哪些部分構成，確定基本的布置格局。FPSO的

25、構成基本前面已經簡單敘述，包括船體系統、系泊系統、生產工藝流程模塊、生活系統等部分。FPSO比油船多了火炬塔、生產工藝流程模塊以及直升機平臺等部分。FPSO布置時，就是要全面考慮這些構成之間合理布局與協調。       人們將FPSO比喻為一枚“定時炸彈”，說明FPSO安全性是絕對的重要。所以確定FPSO布置基本格局時，要綜合考慮涉及作業、安全等各方面要求，并結合FPSO運動性能一起考慮。FPSO的總體布置應依據下述原則進行：（1） 安全可靠，符合規范要求a壓載水艙的寬度要滿足FPSO最小的吃水要求。一般的FPSO可以設計成單底結構，但是對于淺吃水型FP

26、SO，為滿足國際防污染公約，船體應該為雙底雙殼。設置雙底的主要優點是：有利于儲油艙保溫，有利于保護船底免受破壞，平直的內底便于洗艙，并且便于從雙底的夾層對構件進行檢查。b滿足國際防污染公約和破艙穩性的要求，對原油儲藏艙與邊壓載艙的長度、寬度和數量要進行優化。c滿足相關規范對防火、防爆、安全區域劃分和安全逃生方面的要求。例如生產甲板位于主甲板以上4 米（船中心線處）；熱站模塊和工藝模塊之間留有隔離區等。（2） 便于操作a主電站、熱油鍋爐、油氣處理設備等均布置在生產甲板上，便于操作、檢測和維修保養。b油氣處理流程的控制、原油外輸的計量與控制、液艙的液位遙測、火災探測、報警、消防與應急關斷控制等均集

27、中在中控室內，便于操作和集中控制。（3） 滿足實際需要a設置足夠的工作、居住、休息和娛樂等生活設施，為采油工人提供安全、舒適的工作、生活和休息環境。b設置足夠的柴油艙和淡水艙，保證本船具有一定的自持力。（4） 滿足實際工藝流程的需要。FPSO的布置應該注意的問題（1） 吊機的布置        吊機一般布置在主甲板的左右舷。原則上要覆蓋從生活樓/飛機甲板到所有上部模塊的區域。吊機的高度不但要考慮發電機和爐子的煙筒高度，又要滿足吊直升飛機的要求，還要滿足把深井泵從工藝甲板上吊出的要求。單點系泊系統和尾輸油系統（位于FPSO尾部的原油外輸

28、系統）可以單獨考慮吊機。（2）逃生通道的布置       總體布置首先要保證人員的最大安全。生活樓靠近工藝模塊的一側墻壁要求達到H120的要求。在主甲板和工藝甲板的左右兩側要分別布置有一條通往生活樓的主逃生通道。并且每個工藝模塊的左右兩側要有通往主甲板的斜梯。（3）火炬塔高度的確定       尤其是火炬塔位于船首的布置方式。一定要按照API RP521的相關要求來計算火炬的最大熱釋放量，然后確定火炬高度。（5）考慮油氣處理量的變化和將來的改造。       由于有的油田產量

29、高峰期和末期的差別比較大，所以有的設備在某個特定階段是不使用的，所以在進行總體布置時要考慮這種情況下的左右對稱。還有，由于FPSO的投入比較大，一般一艘FPSO不是一直在一個油田生產，所以在進行FPSO的總體布置時，要適當預留將來改造的空間，并且盡量不要占據堆場的空間。（6）主甲板面的布置        FPSO的大體分艙確定后，需及時確定優先考慮主甲板面的系列開口。因為這些開口直接影響到結構中剖面模數的計算。因為一旦開口斷掉一根縱骨，該縱骨就不會參與總縱強度的計算，計算中剖面模數也要相應減少。主要指的是深井泵的開口和儲油艙艙口。主甲

30、板的深井泵開口與工藝甲板的相應深井泵檢修口要對應。（7）工藝甲板開式排放管線的布置         主甲板到工藝甲板的垂直間距一般為34米，結構本身要占去大約500mm的空間。所以要保證一根100多米的開式排放管線的100：1的坡度是非常困難的。這時候開式排放罐的位置可以考慮船體本身是首傾還是艉傾。同時可以減小管線坡度的要求。3.FPSO主體設計(1)主體尺寸選擇依據               FPSO主體尺寸選擇主要取決于原油產量、

31、儲存量和甲板工藝模塊的體積等因素。原油儲存量可由下式計算：2.載荷組合與規范              船體結構是FPSO的載體，是傳遞模塊重力、承受浮力的焊接鋼結構。根據BV Class. Rules for the Classification of Offshore Units. April 1998 建議， 要考慮以下荷載工況：靜水工況、生產期間外部環境工況、外輸工況、單點解脫前的極限工況、檢修期間工況、拖航工況。荷載組合主要考慮上述6種工況與工藝模塊引起的誘導荷載，與破損工況的局部應力

32、以及與碰撞工況引起的沖擊載荷的組合。在設計初始階段，對于全部結構來說，將上述荷載都考慮是不現實的，只能先解決整體強度及主要構建的屈服強度，再用不同工況載荷去校核其他構件的可靠性。海浪是典型的隨機荷載，船體在海浪作用下的運動可分為縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和搖艏6種。為了使復雜的計算具有可操作性，國際船級社協會（IACS） 推薦對1/20 波高進行修正，采用傳遞函數來計算波浪彎矩和剪力。挪威海洋工程大學則開發出了MASHIMO等軟件，可以計算波浪彎矩的傳遞函數，根據波浪譜求波浪彎矩短期分布特征值，進而求出船體在壽命期內最大響應值。3.特殊部位強度分析     &#

33、160;        在FPSO設計中，從結構力學角度講，一般分為特殊結構、一類結構和二類結構。特殊部位包括：系泊關聯結構、重要設備支撐結構、直升飛機平臺結構、外輸裝置結構等。這些部位之所以特殊就是因為動荷載（沖擊荷載）大，必須進行疲勞分析。如模塊與主甲板連接的支墩，是普通剛架連接形式（如圖所示）。支墩除了承受上部模塊的重力，還要承受搖擺、升沉引起的巨大慣性力FPSO生產工藝流程的組成       FPSO生產工藝流程的功能是進行油、氣、水等生產處理，大致分為三大類系統:(1)主要工藝系統是指

34、將各井口平臺輸送來的生產流體進行脫氣、脫水及脫除雜質等的原油處理系統，以達到外輸標準，同時要保證原油回收率最大。尚應考慮除砂、防蠟、破乳、消泡等措施。( 2)輔助工藝系統主要包括生產污水處理系統、火炬放空系統、化學藥劑注入系統、開式排放及閉式排放系統、燃料氣處理系統。( 3)公用系統主要包括熱介質系統、儀表氣系統、海水系統、淡水/熱水系統等。1. 原油處理系統    海洋石油開發是高投入、高風險、高產出的行業，對原油處理系統的技術要求高，均采用國內外較先進的設備，主要技術要求如下：根據該油田油氣性質、儲量和該海域的海況、環境，采取合適的工藝措施，最大限度地滿足油田高速、經濟

35、合理開發；要有一定的儲備能力， 以保證每次銷售油輪到來前維持正常生產； 流程密閉， 防火、 防爆、 防污染； 安全可靠性好、 保險系數大、 運行效率高， 儀控自動化程度高， 便于操作管理； 適應性強，能適應油田較高速開發和滾動開發周邊油田的生產要求，適應油田生產過程中的調整和改造；工藝布局緊湊合理； 結構牢固， 適于防臺、 防凍和耐腐蝕。    該流程中從單點來的原油將直接進入高高壓分離器，利用設備內的空間進行減壓、緩沖，同時配合加注的化學藥劑，初步實現氣液分離，形成穩定的可以進行處理的原料儲存器。        

36、從高高壓分離器出來的原油進入原油換熱器，利用處理完成后的原油余熱進行能量轉換。將熱轉換后已經處理完畢的原油輸送到原油脫水艙，將需要處理的原油輸送到生產加熱器，利用熱介質油的高溫對原油進行加熱，確保原油進入生產分離器后能夠正常分離。        進入生產分離器后的原油將繼續在容器內進行緩沖、穩壓、減壓的過程，并繼續利用容器的空間進行氣液分離。分離出的原油進入原油處理流程，而容器下部的含油水在集聚到一定的液位時被排放到脫油水艙中。在油水界面接合部位的原油，被間歇油泵送到乳化油艙，并注入化學藥劑輔助進行油水分離，同時熱介質油繼續對乳化油進行加熱并保持恒溫，防止乳化油低溫凝固。在乳化油艙液位達到一定高度后，啟動乳化油泵，將乳化油再送回到原油加熱器，再次進入原油處理工藝流程。        那些處于油水接合部位以下的含油水被間歇油泵輸送到脫油水艙，使用化學藥劑對它們進行促進分離，然后利用物質密度不同的特性進行沉降分離。  在脫油水艙內的液位達到一定的高度后，撇油泵將上部的含水原油輸送到乳化油艙，按照乳化油的處理流程再進行處理，再次進入原油處理循環;位于下部的含油水則被污水泵輸送到生產污水處理