第十二章--浮式生产储卸装置FPSO

第十二章浮式生产储卸装置FPSO第一节FPSO简介FPSO是英文FloatingProductionStorage&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。图12-1FPSO油田开发系统一、FPSO的组成与特点（一）FPSO组成简单的讲，FPSO是由上部模块、船体和系泊系统三个部分组成的，而实际上其组成与其功能密不可分。下面将从实用角度介绍它的组成。1、油气处理系统油气处理系统与陆上油气处理系统大体相同，相当于一座陆上的油气生产厂。一般在FPSO主甲板以上，设置了油气生产和污水处理所需的设备，包括油、气、水分离系统、计量系统、污水处理系统和火炬燃烧系统等。这些设备用于：处理成合格原油后储存与舱内；处理生产污水，一部分直接排入海中，达标部分作为油田注水的水源；分离出来的天然气作为发电机和加热锅炉的燃料，或者输送出去供客户使用。与陆上油气处理装置所不同的是FPSO油气处理系统总体布局更加紧凑，安全规定更加严格；工艺流程在确保顺畅的同时，重要模块的布局要顺应船体运动要求并留足维修空间；具有比陆上集成化更高、配置更完备的自动化控制系统。在油气处理设备的选择上力求高效、紧凑。如在流花油田的FPSO上采用了电脱盐/脱水合二为一的技术装备，在一个罐内可同时完成脱盐/脱水，日处理液量可达4.77×10^4m3。2、船体系统船体在风、浪、流、潮作用下，能够长期被约束在一定范围内，所受的外载荷比普通油轮复杂得多，结构局部强度要做特殊设计。作为载体，其上面包容着动力模块、生产模块、储油模块、消防模块、生活模块等，在布局和分隔上要比普通油轮更加讲究，安全性问题要作重点考虑。在设计时除了要达到《船舶建造入级规范》、《移动式海上平台入级建造规范》、《浮式生产系统入级建造规范》等通用性规范外，还要顾及到国际海事组织（IMO）的MARPOL和SOLAS公约等一些行业技术标准（共38种标准），安全、救生、环保等要求高。FPSO的业主一般要求长期系泊在海上，进行不间断生产，因此设计风险等级高（100年一遇的重现期），防腐等耐久性措施要求严，一般能做到20年或更长时间不进坞维修。3、储油与外输系统储油和外输是FPSO的另一重要功能。设计储油能力一般依据油田产油量、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。8、生产指挥系统和生活基地FPSO除了生产模块外，还设有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。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3m。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（FWDSwitchgearBuilding）。P1模块在新加坡胜宝旺船厂第15号泊位（Berth15）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NuovoPignone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TheG.C.BroachCompany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（Berth11）处建造。3）P3模块组装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SlurryInjectionPumps，三台decanters,两台solidCentrifuges，两级的SolidHydrocyclones，两个巨大的SolidCollectionTanks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（Berth14）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“Train1”。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“Train2”。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SolidSlugCatcher，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InletFeedHeater以提高下一级的分离效果；一个游离水分离器FreeWaterKnockoutDrums，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EmulsionHeater;一台GasFoamHeater及一台ProducedWaterSurgeDrum。主要的动设备只有一台SandJetCirculationPump。P4模块总重超过1700吨，在新加坡胜宝旺船厂的12号泊位（Berth12）处建造。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SinglePiontMooringSystem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