胡 斌，黃天星，王 領，程 偉

（廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣州 510250）

1 前言

內(nèi)轉塔系泊系統(tǒng)通過與浮式裝置內(nèi)部浮子穴或月池結構將浮式裝置系固在海上，使浮式裝置可隨風浪流進行旋轉，從而降低浮式裝置在風浪流等外界環(huán)境作用下的載荷和運動響應，一般適用于較惡劣海況的海區(qū)作業(yè)，其型式如圖1 所示。

圖1 內(nèi)轉塔式系泊系統(tǒng)

內(nèi)轉塔系泊系統(tǒng)在深海使用具有極大的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在：系泊裝置的噸位大，可安裝多通道旋轉接頭總成，系泊系統(tǒng)抗風浪能力強，操作簡單，便于維護。但其造價較高，比較適合于大儲量油氣田的開發(fā)。

近年來，為了縮短海上油氣田建設周期，海上浮式生產(chǎn)儲卸油裝置（FPSO）逐漸向通用型方向發(fā)展，相應的對于內(nèi)轉塔系泊系統(tǒng)也提出了通用化的發(fā)展需求，針對擬開發(fā)的200 萬桶通用型浮式生產(chǎn)儲卸油裝置，作者提出了一種通用型內(nèi)轉塔系泊系統(tǒng)的初步布置方案。

2 內(nèi)轉塔系泊系統(tǒng)布置方案

內(nèi)轉塔系泊系統(tǒng)一般由系泊系統(tǒng)、水下立管系統(tǒng)、轉塔與浮筒、機械鎖緊裝置與提升系統(tǒng)、旋轉接頭總成裝置、公用設施等組成。

2.1 系泊系統(tǒng)布置

系泊系統(tǒng)主要用于將浮式裝置的環(huán)境載荷傳遞到海底錨固基礎，由系泊纜和海底錨固設施組成。大量的試驗證明：分組式系泊布置具有更好的系泊承載性能和更多的立管布置空間，因此，系泊系統(tǒng)采用分組式布置方案。

常用的分組式系泊纜布置是3×3 形式，即系泊纜分為3 組、每組3 根系泊纜。具體到每個工程，每組系泊纜的數(shù)量與海域的環(huán)境條件及要求的安全系數(shù)有關，適當增加系泊纜數(shù)量可減小系泊纜直徑；另外，某些業(yè)主可能會要求將1根系泊纜破斷作為完整工況、2 根系泊纜破斷作為破損工況進行系泊系統(tǒng)的設計，因此系泊纜的數(shù)量應具有一定的拓展性，能兼容3×3、3×4 乃至3×5 的布置，故本方案使用3×5 系泊纜布置形式，可根據(jù)海域環(huán)境條件的不同選擇布置3×3,或3×4 或3×5 的系泊纜，其主要布置方案如下：

在系鏈浮臺上每間隔120°布置6 個系泊眼板，其中中間4 個眼板為雙層眼板，下層6 個系泊眼板可容納3×3 的系泊纜，4 個雙層眼板的上層形成2 個備用系纜點，從而組成3×5 的系泊纜布置形式，如圖2 所示。

圖2 系泊纜3×5 布置

系泊系統(tǒng)的布置，還需要考慮系泊纜末端與轉塔系鏈浮臺之間錨纜末端固定與安裝方式，常用的固定方式有掣鏈器、插銷、伸縮球抓緊式等。其中：掣鏈器一般用于不可解脫內(nèi)轉塔及外轉塔系統(tǒng)；插銷式常用于解脫型內(nèi)轉塔系泊系統(tǒng)；伸縮球抓緊式為新型的易于海上安裝的末端固定形式。

2.2 水下立管布置

水下立管是指用于連接水面浮式裝置和海底管匯的管路系統(tǒng)，是用于向浮式裝置傳送液體的基本設備，也是海上油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中最復雜的設備。水下立管包括：井液立管、注水注氣立管、氣舉立管、化學劑注入等公用立管。立管的數(shù)量和直徑與水下生產(chǎn)系統(tǒng)有關，立管的布置要通過適當?shù)臉嬓驮O計保證惡劣海況時的立管仍不會產(chǎn)生干涉且有避碰空間。

從立管的特點和結構形式，可以分為鋼懸鏈立管（SCR）、柔性立管（FR）和塔式立管（HTR）或它們的組合：

（1）鋼懸鏈立管

是指使用鋼質(zhì)立管，在立管中間段增加浮力裝置抵抗一部分張力，在水中形成拱彎段和垂彎段。這種形式立管能夠?qū)⒐軈R基盤附近立管的運動和頂端立管的運動隔離，減小立管頂端載荷，提高立管疲勞壽命；

（2）柔性立管

是指立管具有較好的柔度，其構型設計形式非常靈活，根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境和應用要求，柔性立管的截面組成往往是不同的；

（3）塔式立管

是一種以鋼性立管作為主體，通過立管頂部浮筒的張力作用垂直站立在海底，通過浮筒附連的跨接軟管與海上浮式裝置連接的立管結構形式。

上述三種形式中：柔性立管采用復合材料生產(chǎn),設計復雜且造價高,目前國內(nèi)的制造能力較弱，且不適合深水使用; 塔式立管安裝過程特別復雜,需要考慮立管接頭的外形和重量、安裝船的要求以及安裝周期；鋼懸鏈立管結構簡單、造價較低,目前廣泛應用于深海油氣田的開發(fā)。因此，選用鋼懸鏈立管布置形式，如圖3 所示。

圖3 水下立管布置形式

2.3 浮筒與轉塔布置

浮筒是錐形結構，布置在通用型浮式生產(chǎn)儲卸油裝置的船體底部浮子穴內(nèi)，它可產(chǎn)生足夠的浮力保證在解脫后懸浮于水中；浮筒的尺寸主要受水深、系泊錨腿形式、立管數(shù)量、水下立管構型的影響。對于指定油田生產(chǎn)參數(shù)，浮筒下立管和系泊載荷是固定的，對應有最優(yōu)的浮筒尺寸；但對于通用型浮式生產(chǎn)儲卸油裝置，需要考慮較寬泛的油田和環(huán)境適用性，保證有一定的儲備浮力。按照日產(chǎn)15 萬桶原油、日氣處理能力6 Mm3、日水處理能力12 萬桶的要求，初步確定浮筒底徑為24.0 m、總高25.5 m、錐度約1:3，該尺度的錐形浮筒可滿足解脫后的浮筒懸浮要求。

浮筒通過下部設置的下匹配環(huán)和浮筒頂部的鎖緊裝置與浮式生產(chǎn)儲卸油裝置連接與固定：浮筒中心設有中央井，轉塔布置在浮筒的中央井內(nèi)，通過主軸承與浮筒連為一體；系泊主軸承分為上軸承和下軸承。上主軸承布置在浮筒與轉塔的頂部，是大型三排滾柱軸承，需滿足承受系泊載荷要求。但其直徑受轉塔直徑的限制，一般稍大于轉塔的直徑；下軸承布置在浮筒的底部，一般是滑動軸承。

轉塔包括塔筒結構、主軸承安裝座、系鏈浮臺等：轉塔底部的系鏈浮臺與系泊系統(tǒng)連接，水下立管與系鏈浮臺的底部立管法蘭連接，立管通過轉塔內(nèi)部空間到達旋轉接頭總成。對于通用型浮式裝置，轉塔的外徑根據(jù)轉塔內(nèi)立管的布置需求，初步確定為6.0 m。

2.4 鎖緊裝置及提升系統(tǒng)布置

（1）鎖緊裝置

鎖緊裝置負責將水下系泊纜及立管系統(tǒng)的全部垂向載荷通過浮筒傳遞至船體結構。鎖緊裝置的預緊力是一個關鍵的參數(shù)，如果鎖緊力不夠會導致鎖緊裝置卡頭墊塊的固定螺栓切斷，這也是該裝置需要進行定期預緊的主要原因；一般來說，當浮式生產(chǎn)儲卸油裝置被推至最高和最遠位置時，如果浮筒受到錨鏈腿向下的作用力大于預緊提升力，浮筒與船體圓錐形月池之間的上下匹配環(huán)接觸力會變小甚至為負值，從而導致鎖緊裝置卡頭墊塊的固定螺栓受到太大的剪力而破壞，因此應保證預緊提升力大于浮筒受到錨鏈腿向下的最大作用力。

鎖緊裝置是單點系泊系統(tǒng)中關鍵受力結構之一，其的結構形式包括：插銷銷孔、三爪卡盤、弧形卡盤、齒條結構及液壓大鉤卡頭結構。從制造和安裝方便性考慮，鎖緊裝置一般使用液壓大鉤卡盤結構，在操作得當?shù)那闆r下，液壓大鉤卡盤結構是可靠的。

鎖緊裝置一般使用分組式布置，對于8 套液壓大鉤卡盤的形式，一般分為四組均布。但經(jīng)過分析論證，使用10 套卡盤分為兩組的布置形式，在單個液壓大鉤卡盤失效時的冗余度更大。

（2）提升系統(tǒng)

浮筒提升系統(tǒng)，在海上連接時將浮筒拖曳到浮子穴指定位置，其主要包括：提升絞車、提升鋼索、導向輪等。提升絞車由液壓裝置控制，一般設在浮式生產(chǎn)儲卸油裝置單點艙內(nèi)中間甲板以上空間，為降低重心高度，考慮盡量將提升系統(tǒng)布置在主甲板下方的中間甲板。

2.5 旋轉接頭總成布置

旋轉接頭總成是單點系泊系統(tǒng)中的關鍵設備，由井液旋轉接頭、公用旋轉接頭、電旋轉接頭以及配套液壓控制系統(tǒng)組成：

（1）井流旋轉接頭

入口端與水下立管連接，出口端與浮式生產(chǎn)儲卸油裝置的生產(chǎn)處理模塊輸入管線連接，構成原油、注水、氣舉等輸送通道。井液旋轉接頭設有液壓油密封系統(tǒng)，保證井流旋轉接頭在高壓高溫等工況下不泄露。

（2）公用旋轉接頭

作為水下設備液壓動力源及化學藥劑的通道，為應急關斷閥提供液壓動力，為水下生產(chǎn)井注入化學藥劑。

（3）電旋轉接頭

包括電力通道及信號通道。電力通道輸出端通過海纜向水下井口平臺輸送電力，供井口平臺上的設備使用。

旋轉接頭總成一般安裝在龍門架結構上，龍門架結構還包括旋轉接頭驅(qū)動臂、輸出管路及控制閥門、檢修平臺等。旋轉接頭總成的下方，一般布置清管平臺及清管裝置、立管連接平臺等。

2.6 公用系統(tǒng)布置

公用設施包括照明、消防、水下監(jiān)控、艙底排放、通風設備等，一般布置在單點艙內(nèi)或單點艙上方的甲板上：

（1）照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)的燈具，應選用符合要求的防爆型，分電箱一般設在主甲板電氣室。

（2）消防系統(tǒng)

主要包括消防水、泡沫消防、自動噴淋等系統(tǒng)。另外，單點艙內(nèi)設有手提式滅火器及手動火災報警裝置。

（3）水下監(jiān)控系統(tǒng)

主要監(jiān)控浮筒的回接過程。在主甲板電氣室設有顯示屏，通過信號纜將視頻信號傳輸至浮式裝置的中央控制室，可監(jiān)視浮筒對接過程，以及轉塔連接區(qū)、旋轉接頭和電滑環(huán)等處的工作狀態(tài)。

（4）開式排放及閉式排放系統(tǒng)

將單點系統(tǒng)中的氣液混合物進行收集和處理，分離出的含水污油和氣體送到浮式裝置進行處理，設有專用艙底泵用于抽排單點艙艙底水。

（5）通風系統(tǒng)

主要是冷卻艙內(nèi)設備、控制艙的溫度、排除艙內(nèi)滯留的可燃氣體以防爆炸和火災等，一般采用負壓通風。

3 結論

本文對內(nèi)轉塔系泊系統(tǒng)的布置進行了分析，形成初步的內(nèi)轉塔單點系泊系統(tǒng)的布置方案，希望可以為類似單點系泊系統(tǒng)的頂層設計研發(fā)提供參考。