单点系泊技术的发展及应用(2012年)

茂名石化港口分部邓毅锋2012-10目录五、结束语一、综述二、单点系泊技术的分类与发展三、单点系泊技术的优点及应用四、悬链式浮筒系泊的发展及其在茂名的应用我们所说的“单点系泊”，来源于英文“SinglePointMooring”，简称SPM。应该说SPM是一个总的概念，泛指所有的单点，凡允许系泊船舶随着盛行风和海况的变化而围绕着单个系泊点自由回转，从而不断地处于风、浪、流合阻力最小位置的系泊为单点系泊。单点系泊技术在20世纪40年代由美国海军开发，用于军舰海上加油。为了适应海上石油开发及深海恶劣环境条件的要求，经过70多年来的发展，单点系泊技术日新月异。在装卸原油终端领域，目前主要使用悬链式单点浮筒系泊系统（CALM）来系泊超大型油轮,该类型单点系泊从1958年开始投用，作为软式（系泊缆式）单点系泊系统的主流产品，技术已趋于完美；而在海上油气田开发方面，单点系泊系统主要用来系泊FPSO（FloatingProductionStorage&Offloading）油轮，由于新技术层出不穷，产品更新换代较快，经历了由初期的软式系泊→刚臂式→软刚臂式→转塔式的发展，目前的主流产品是软刚臂式及转塔式单点系泊系统，初期的刚臂式技术已被淘汰。“单点系泊”是什么？？我们所说的“单点系泊”，来源于英文“SinglePointMooring”，简称SPM。应该说SPM是一个总的概念，泛指所有的单点，凡允许系泊船舶随着盛行风和海况的变化而围绕着单个系泊点自由回转，从而不断地处于风、浪、流合阻力最小位置的系泊为单点系泊。单点系泊技术在20世纪40年代由美国海军开发，用于军舰海上加油。为了适应海上石油开发及深海恶劣环境条件的要求，经过70多年来的发展，单点系泊技术日新月异。在装卸原油终端领域，目前主要使用悬链式单点浮筒系泊系统（CALM）来系泊超大型油轮,该类型单点系泊从1958年开始投用，作为软式（系泊缆式）单点系泊系统的主流产品，技术已趋于完美；而在海上油气田开发方面，单点系泊系统主要用来系泊FPSO（FloatingProductionStorage&Offloading）油轮，由于新技术层出不穷，产品更新换代较快，经历了由初期的软式系泊→刚臂式→软刚臂式→转塔式的发展，目前的主流产品是软刚臂式及转塔式单点系泊系统，初期的刚臂式技术已被淘汰。按锚泊系统分类：固定塔式单点&浮式单点单点系泊（SPM）固定塔式系泊装置漂浮式系泊装置桩式系泊塔重力式系泊塔悬链锚腿式铰接式装油平台ALP单锚腿装置SALM多锚腿装置CALM固定塔式（FixedTowerMooring）漂浮式单点系泊装置系泊形式：软式单点&刚式单点单点系泊SPM软式系泊刚式系泊软式，即缆绳式系泊（SOFTMOORING），应用在多锚腿装置（CALM）、单锚腿装置（SALM）、漂浮式装油平台（FLP）及铰接式装油平台（ALP）等单点系泊装置上,目前主要为CALM系统）刚臂式系泊（RIGIDMOORING），应用在单锚腿式（SALS&SALMRA）、单浮筒储存（SBS）等单点系泊装置上。（1970s­1990s）软刚臂式（SOFTYOKEMOORING），主要应用在塔式（THETOWER/JACKETSOFTYOKE)单点系泊装置上（油气田系泊FPSO）。（1980s­目前）转塔式（TURRET）,又分为内转塔（INTERNALTURRET）及外转塔（EXTERNALTURRET），主要应用在的多锚腿单点系泊装置上（1980s­目前）刚臂式单点系泊（RIGIDMOORING）软刚臂式单点系泊（SOFTYOKEMOORING）内、外转塔式单点系泊（IT&ET）永久式转塔系泊可解脱式内转塔系泊可解脱式外转塔系泊不占用岸线资源，可以用来替代深水良港，无需花费巨资建设深水码头。单点系泊技术是边际油田、深海油田及离岸遥远油田实现经济开采的先进技术手段。可以系泊超大型油轮进行原油装卸作业，发挥超大型油轮运输成本低廉的优越性。对海域条件要求宽松，作业环境条件较宽,抵抗恶劣海况能力强，可按需要设计可抵御50-100年一遇台风。优点海上油田开发：用来系泊浮式生产储油装置FPSO（FloatingProductionStorage&Offloading）或FSO。海上中转终端：用于系泊超级油轮（VLCC），作为装卸原油终端。应用开发FPSO的单点系泊技术的主要公司有：SBM-IMODCO、SOFEC、BLUEWATER及APL。FPSO的主要特点为机动性和运移性好，具有适应深水采油（与海底完井系统组合）的能力、在深水域中较大的抗风浪能力、大产量的油气水生产处理能力和大的原油储存能力。穿梭油轮组合成为完整的深水采油、油气处理、原油储存和卸油系统。FPSO是近10年来海上油气开发的主流方式，称之为海工装备中最耀眼的“明星”，甚至有取代固定式平台的趋势。可省去外输海底管道，用穿梭油轮将商品油运往外地。FPSO海工结构至今不过30多年的历史。1976年壳牌石油公司用一艘59000t的旧油轮改装成了世界上第一艘FPSO，1977年应用在地中海卡斯特利翁油田(西班牙近海)。截止到2003-08，根据PennWell公司调查，FPSO的数量为137艘；至2009年，全世界投入运行FPSO有149艘。另一艘英国所有、工作水深达2000m(6560英尺)、堪称目前世界顶级采油水深的浮(船)式生产储油卸油船。3.1FPSO的系泊内转塔FPSO，安哥拉DALIA油田水深1200米内转塔FPSO结构简图SBM公司的FPSO产品1•中国海洋石油总公司是国内目前惟一应用FPSO的公司，1986年在我国北部湾油气开发中首次采用了FPSO，该FPSO由法国道达尔公司设计，新加坡胜宝旺船厂承建，是由一艘载重17×104t的旧油轮改造而成，命名为“南海希望”号。2•我国自行设计建造的第1艘FPSO是在1989年由中国船舶工业第708研究所设计、上海沪东造船厂建造的“渤海友谊”号，采用软刚臂系泊方式，工作水深23m。3•截止到2004年，中国海洋石油总公司共有FPSO13艘，最小的是在渤中28-1油田的“渤海友谊号”，载质量5.2×104t；最大的是在渤中25-1油田的“海洋石油-113号”，储油量16.5×104t，2004-06建成。至今，最大的为“海洋石油-117号”，储油量30×104t，“海洋石油-117”号是由中国海洋石油有限公司和康菲石油中国有限公司共同投资建造的，是我国迄今建造的吨位最大、造价最高、技术最新的海上浮式生产储油轮。FPSO在国内的应用海洋石油117号中海油部分FPSO的系泊方式单点的原始设计始于CALM系统，当这一技术应用于海上油田开发时，出现了塔式(FixedTower)采油终端。60年代末，为解决塔式单点易被油轮碰撞这个问题又诞生了单锚链系泊(SALM)系统，并由此而衍生出一种深水CALM系统和“柱式”单点。目前，悬链式浮筒系泊系统的技术发展已经相当成熟，一般都设计为无人值守型，流程的更改大都是通过液压或其它自动的方式实现，能够在各种恶劣的天气海况条件下生存。在单点系泊系统应用最广泛的是悬链式浮筒系泊系统（CALM），世界上目前有500多座在使用，主要分布在亚州（东南亚、中东海湾地区）及欧洲地中海沿岸。但在中国大陆，由于受各种因素制约，该项技术未能得到推广，到目前为止，悬链式浮筒系泊系统仅有广东茂名（中石化，1994年）及广西北海涠洲（中海油，1998年）单点共两座。3.2海上中转终端——CALM悬链式浮筒系泊世界上第一套悬链式（CALM）单点系统，1958年4月由美国IMODCO公司建成，供瑞典海军使用。世界上CALM单点系统分布图SBM-IMODCO公司的CALM系统Refinery/PowerPlant/TerminalCALMBuoyTankerSubseaPipelineManifoldHawserRefinery/PowerPlant/TerminalCALMBuoy海上中转终端—CALM悬链式浮筒系泊中海油涠西南油田工程开发示意图中海油涠西南油田—单点（CALM）三种不同的浮筒旋转结构1浮筒轴承2锚泊系统3系泊缆总成4浮筒旋转头5水下软管及漂浮软管6茂名单点其它设施7茂名单点作业船舶的配置8茂名单点历年数据统计9主要内容茂名单点15.3公里茂名单点地理卫星图片悬链式浮筒系泊系统组成示意图按浮筒旋转结构的类型分转塔式（Turrettype）转盘式（Turntabletype）滚轮轨道式（Bogietype）作为单点技术发展的先驱，滚轮轨道式单点系泊的最有实力的生产商是IMODCO公司，而转盘式的主要生产商是SBM公司，1998年，SBM公司与IMODCO公司合并，牢固地占据了单点系泊技术领域的领导地位。截止到2010年，该公司就向世界各地提供了508套的各种类型的单点，其中433套CALM系统。转塔式浮筒的生产商为荷兰的BLUEWATER公司，与滚轮轨道式和转盘式最大的不同是它的浮筒体可以自由转动。BLUEWATER公司成立于1978年，在单点领域的市场占有率虽然不大，但却是非常重要的一个竞争力量。浮筒旋转结构示意图转盘式浮筒滚轮式浮筒转塔式浮筒茂名单点浮筒的更替IMODCO1047#(199411~199707)滚轮轨道式IMODCO1560#(199708~200503，200904~目前)滚轮轨道式SBM17160#(200504~200903)转盘式IMODCO1560#浮筒旋转头轴承)SBM17160#浮筒旋转头轴承)SBM17160#浮筒主轴承茂名单点2012年选用的新型防水主轴承茂名单点1560#浮筒（滚轮式）的旋转机构由旋转头的2个双列滚锥轴承及三臂平台6个滚轮组成。茂名单点17160#浮筒（转盘式）的旋转机构由三臂平台的1个三列滚柱主轴承及旋转头的1个三列滚柱轴承组成。三列滚柱主轴承内部结构茂名单点1560#浮筒滚轮导轨系统•6套滚轮(Φ457)•6段等弧长的导轨(圆周Φ11米)•茂名单点在2012年7月已实现滚轮导轨系统国产化，节约成本超过300万元。轴承润滑方式的改进：自动润滑装置主轴承密封的改进用于单点系泊系统的悬链有三种型式：全钢索式、全锚链式和索链混合式。全钢索式适用于深水海域，因为在同样破断强度的情况下，钢索的重量仅为锚链的1/4~1/5，用索可以减轻重量，并且索的恢复力也比链大得多；全链系统适用于浅水（h=100m）海域。计算分析表明，在浅水时，索与链的回复力几乎相等，虽然索的重量比链轻，但索比链长得多，考虑到布置、操作、使用寿命以及锚链吸收动载荷方面优于钢索等，多采用全链式；钢索锚链混合式多用于深水及中等深度海域，目的是发挥链和索各自的优点。锚链是CALM类型单点系泊系统起主要控制作用的弹性源，锚链系统的刚度由两个参数确定：锚链在水中的单位长度重量越大，系统的刚度越小；锚链的预张力越大，系统刚度越大。因此，选择适当的锚链参数直接关系到单点系泊系统的运动和受力特性。关于锚链末端的固定方式，有抓力锚、吸力锚和锚桩三种方案：抓力锚难于准确定位和不能承受上拔力；吸力锚就位准确，安装方便，但承受的拉力有限；茂名单点最终决定选用锚桩。锚泊系统吸力锚：将锚筒用大吸力泵吸入海床拉力锚：像船舶锚泊锚桩：用液压锤将桩打进泥里单点系泊的桩基模式转盘式浮筒锚链安装调整转盘式浮筒锚链止链器HAWSEPIPERATCHETCHAINSTOPPER轮轨式浮筒止链器转盘式浮筒止链器CHAINSTOPPER止链器转盘式浮筒的止链器由初期的人工锁紧式发展为自动锁紧式最大张力均发生在锚链进入浮筒的导链孔(Fairleader)处。根据美国船级社1975年版“单点系泊装置建造与入级规范”的规定：操作工况下每根锚链须按抗破断安全系数为3进行设计，生存工况下每根锚链须按抗破断安全系数为2.0进行设计。目前，该规范的最新版本为1996年版，国内与其对应的有中国海洋石油天然气行业标准《SY/T10032-2000单点系泊装置建造与入级规范》。锚泊系统安全系数的调整ABS“单点系泊装置建造与入