梁宇轩 李国杰 刘鹏 陈耀辉 刘传峰

摘  要：圆筒FPSO在国内石油生产中得到极高重视度，是多点系泊圆筒浮式生产储卸油装置，在很多环保要求较高的环境中被予以厚望。圆筒FPSO将油气的生产、存储以及外输融为一体。对此本文将对圆筒FPSO平台的结构设计特征和设备选型进行讨论，用系统、科学的研究配合实践经验，研究推广FPSO平台结构的方案，解决设备选型需求。

关键词：圆筒;FPSO;总体设计;结构;关键模块

海洋资源的开发以及利用重点为石油天然气开发。近些年，在国内对于近海不断深度勘探的过程中，海洋油气的开发趋势为深海发展。不过自从国际金融危机的到来，如今的海工设备制造格局发生了很大的变化，尤其是国内靠着国家政策的大力支持，海洋工程成为投资界的重点对象，大量涉海企业纷纷投资，打破了新加坡与韩国垄断市场的场面。在这样的背景下，国内出现了大量圆筒FPSO项目，在环境要求比较苛刻的环境中同样能够发挥很好的使用效果。该技术实现了生产、储存和外输等众多功能为一体，优势巨大。

1平台总设计

有别于传统船型的FPSO，圆筒FPSO的多点系泊圆筒海上油气生产储卸平台非常高，通常可达20层楼，约60米的高度。圆筒FPSO，由圆形的主船体与生产甲板两个部分构成[1]。其中，生产甲板海阔甲板吊、压缩处理模块、油气分离模块、动力模块、办公区模块、公共设施模块、直升机平台、生活区等。平台的生活区能够存放70个床位，平台的液气处理能力每天可以达到5万桶，每天最多能够处理4万4千桶原油。平台的最大气体能力为40mmscfd气体，最大存储量为40万桶原油[2]。足以满足英国的IVB严格要求和挪威的DNV GL规范。以挪威的NORSOK标准，圆筒FPSO平台可以在海洋作业20年。系统拥有极强的可靠性、安全性，并且自动化控制能力很强，拥有多达1万7千个报警点，能够同时满足ATEX防爆、PED压力设备准则、OSCR安全规范等规定。

平台采用圆筒结构设计的船体，甲板下方为空舱、压载舱、污水舱、货舱等舱室。平台的液舱结构和水下船体充分考虑了腐蚀问题，预留了0.5毫米大小的余量应对腐蚀。平台的飞溅区预留了1.5毫米大小的余量应对腐蚀。平台的船体底部，采用了加大环形的裙板结构，为的是依靠水动力阻尼，调整平台运动性。平台的裙板使用斜面框架结构过渡到主船体，有效强化了裙板结构抗疲劳力。评估疲劳能力的时候，充分考虑平台所在环境条件。系统所在区域，并没有准备裙板结构，为的是更好的操作和安装系泊系统。从研究结果可以看到的是，圆筒船体结构，相较于船型结构有着更优秀的运动能力和稳定性。

平臺的主甲板外围，使用的是舷墙结构，舷墙结构向上延伸与外飘，自然通风开敞框架结构，用于解决甲板上浪以及砰击载荷。舷墙结构的设计，保障了甲板的面积，同时也能提高整体稳定性，即便遇到恶劣天气条件，甲板上浪问题也能得到有效应对和处理。该设计方法，既能让空气顺利流通，同时也能降低数量和速度。因为能够自由流通空气，所以可燃气体并不会聚集爆炸，安全性得到了保障。为解决上浪进入到甲板的积水，舷墙的内侧，设置挡浪结构，布置几道排水槽。

主甲板的正上方采用的是工艺甲板，甲板艏、艉布置功能、生活以及生产等模块。模块之间的隔离使用防爆防火的结构。生产模块由燃烧臂、注水模块、压缩模块、分离模块、清管模块组成，都是开敞框架。分离模块与压缩模块中间设置防火墙。发电机、功能区、办公区、生活区为防爆结构向艏，其余采用封闭板结构。直升机甲板在生活区的顶部，设计时候，充分考虑CAP437的规定。工艺甲板与主甲板中间设置了框架结构和立柱结构支持工艺甲板以及各种模块。沿着平台纵向布置大梁结构，预留一定空间用于布置各种管子和电缆托架。

圆筒结构中垂或中拱弯曲力矩不大，有着比较低的疲劳应力状态，能够提高抗磨损性，确保了平台寿命，保障了可靠性。按照规范分析计算疲劳度、局部强度、总体强度，提高结构安全性与可靠性。平台能够在海面维持20年时间生产。

圆筒船体结构有着大水线面的特征，所以有着较大的二阶波浪载荷。为解决系泊系统动力响应问题，系泊链使用159毫米直径的无档锚链和260毫米直径的聚酯缆。聚酯缆有着很高的强度、很强的重量和很好的拉伸性。聚酯缆在水面能够自行浮动，在张紧系泊系统中的使用，能够降低系泊链垂向载荷，系泊系统水平面恢复刚度得到显著增强，改善了系统定位水平，还能减少系泊链最大张力的响应和牵引链链径。通过试验得知的是，聚酯系泊缆与锚链、钢缆相比，耐海水腐蚀性非常突出，不需要增大直径或是牺牲阳极保护也能获得足够的腐蚀余量，有着优秀的疲劳性。在破断强度相等情况下，聚酯系泊缆有着出色的质量和强度，且成本仅仅只有钢缆一半左右。长期使用后聚酯缆蠕变问题，可以使用系泊绞车调整进行处理。

2圆筒FPSO设备选型经验

2.1原油处理

该模块包括货油泵、货油冷却器、电脱水处理器、级间加热器、测试分离器、二级分离器、一级分离器和进料加热器。

级间加热器与金了解热气，使用的是管壳换热器，能够规避板式换热器泄露。设计换热器的过程中，换热管破裂是重点考虑事情。

二级分离器与一级分离器的三相分离器应用高效卧式分离器。所有分离器都配备了高效分离内件，并在分离器的进口，安装了旋液分离器，用于控制流体的动量，可以初步分离井口的流体。分离器内部安装开孔隔板，可以让油水保持柱状流状态，更好的分离气液。在模块中，油水分离器是最重要的工艺设备。为了实现油水界面的有效控制，使用核子界面仪。这种液位计能够准确的获知各种介质的准确液位情况，直观表现介质状况。并且还能构成闭环回路，实现对油水界面的精准控制，解决了化学药剂添加不精准问题，避免了水处理系统受到外界污染，具有节能减排的优势。除了上面的优势之外，分离器还能在线的去除砂介质，防止了管道磨损和堵塞。

2.2天然气处理

在FPSO中，最核心的设备是天然气压缩机，其有着较大的气量处理能力要求，所以只能选择离心压缩机。大型离心压缩机有着比较成熟的技术，设计中，考虑的是如何保障压缩机能够从容应对各种工况，保持稳定运转。设计和选型高压压缩机的时候，需要动态模拟压缩机工况，压缩机系统的确定，需要紧急停车热旁通回路与防喘振控制回路的双重保护，可以防止生产过程中发生异常问题影响压缩机运转。

在稳定了原有以后，此时释放低压溶解器，使用低压压缩机对其进行增加，送到高压压缩机进行回收处理。因为压缩比要求高且气量有着比较大的波动，所以考虑的对象为湿式螺杆压缩机，使用外部回流阀和内部滑阀对压缩机的压力进行控制。为提高压缩机可靠性和操作弹性，可以让多台低压压缩机相互切换运作模式。

2.3火炬

该系统包括火炬、低压火炬缓冲罐、高压火炬缓冲罐等。因为不能排放尾气，所以选择火炬的时候，使用闭路系统。在遇到紧急情况的时候，如果气体的回收系统无法解决问题，才准许点火。点火系统使用的是机械子弹点火方式。将点火子弹发射出去，用于火炬的点燃。点火系统使用多回路控制，及时点火。创新性设计为，排放至高压和低压火炬管网的气体，最后被送回回收系统，能够绿色生产，减少浪费和污染。

3结语

圆筒FPSO打破了传统设计理念限制，有着出色的抗风浪能力，并且还能将生产、存储和卸载融为一体，是性能非常出色的生产储卸油平台。本文研究和分析了各种模块设备选项思路和要求，希望能够为我国的海洋油气开发提供更多支持。

参考文献

[1] 王晓华.简述圆筒型FPSO锚机止链器的安装工艺[J].石油和化工设备，2020，23（10）：74-76.

[2] 袁磊.圆筒型FPSO基准定位分段吊装运输设计[J].海洋工程装备与技术，2020，7（02）：120-125.

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