国内外FPSO的研制及发展现状.docx
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国内外FPSO的研制及发展现状
fpscW介
国内外FPSO勺研制及发展现状
FPSO的组成结构及主体设计
FPSO的生产工艺流程
FPSO的未来发展趋势
1.FPSO既念
FPSO^英文FloatingProductionStorageandOffloading的缩写，中文译为浮式生产、储油、卸油船。
这种船并不是一种真正意义上用于运输的船，它兼有生产、储油、卸油的功能，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，是目前海洋工程船舶中的高技术产品。
近年来FPSC船市场十分兴旺，
世界各大船厂都纷纷加入到FPSO®造大军中，竞争十分激烈。
我国也是这一建造大军中的一员，并在FPSO1造方面取得了突破性进展。
一.FPSOW介
FPSO#形类似油船，但其复杂程度要远远高于油船，涉及的复杂系统包括二十几个大类，例如：
单点锚泊系统、动力定位系统、油处理系统、废水处理系统、注水处理系统和直升机起降系统等，这类系统在运动型船中很少遇到。
其他的惰性气体发生系统、消防救生系统、监控系统、发电系统等都要高于运输型船舶的建造要求。
2.FPSOf点
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。
FPSO可以与导管架井口平台组合，也可以与白升式钻采平台组合成为完整的海上采油、油气处理和储油、卸油系统，但更主要的是用于深水采油，与海底采油系统（包括海底采油树、海底注水井、海底管汇等）和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
（如下图）。
浮式生产设施的应用已很普遍，在全世界已有100多艘FPSOE在
操作运行，甚至有取代固定式平台的趋势。
FPSO是把生产分离设备、注水（气）设备、公用设备以及生活设施等安装在一艘具有储油和卸油功能的油轮上，油气通过海底管道输到单点后，经单点上的油气通道通过软管输到油轮（FPSO上，FPSO上的油气处理设施将油、气、水进行分离处理，分离出的合格原油储存在FPSOk的油舱内，计量标定后由穿梭油轮运走。
3.FPSBJ能
（1）兼有生产和储油的作用，是一座海上油气加工厂，具有小至几千立方米，大到几百万立方米的油气处理能力。
（2）是一座储油轮，目前世界上正在服役的FPSO其储油能力已达35万吨。
（3）适应能力强，可在20-1000m水深范围内工作。
（4）可省去外输海底管道，用穿梭油轮将商品油运往外地。
（5）设计重现期高（100年），抗风浪能力强，可长期系泊、连续工作。
（6）与固定式导管架平台+海底管道”方案相比，具有投资省、见效快、可重复使用、风险小等特点，特别适用于远离海岸的中、深海及边际油田的开发。
有人将FPS5U为近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”。
4.FPS◎中类
从总体结构上看，FPS*被系泊约束了的船。
因此系泊系统是FPSO勺关键技术之一。
按系泊方式不同可分为以下三种类型：
（1）转塔式：
在船艄部位设STP内转塔筒体结构，在锥型筒体结构与船体之间，设置若干加强板。
STP内转塔高度一般与船的型深相同，下部直径超过10m。
STP内转塔底部用多点锚链与海底固定。
中海油的南海发现”号、南海开拓”号就属于内转塔式浮式生产系统。
（如图）
（2）软刚臂式：
软刚臂式浮式生产系统由导管架、旋转接头、系泊较接臂以及储油轮上的支架组成。
由于刚臂连接处为较接，可绕着导管架上的将军柱随风浪、潮流转动，随涌浪在一定范围内升降、摇摆，所以称之为软刚臂式单点系泊。
如渤中28-
1、xx34-
2、绥中36-1等就属于软刚臂式浮式生产系统（如图）
3）硬刚臂式：
硬刚臂与软刚臂有许多相似之处，也可随风浪、潮浪转动，但刚臂与船体之间为刚性连接，锚固单点与船体保持同步升降。
5.FPSC&要优点
随着海洋油气田的开发、生产向深海不断进入，FPSOW其他海洋钻井平台
相比，优势明显，主要表现在以下四个方面：
生产系统投产快，投资低，若采用油船改装成FPSO优势更为显著。
而且目前很容易找到船龄不高，工况适宜的大型油船。
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。
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FPS茵联，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。
应用灵活，移动方便，其海上白航能力是其他海洋平台系统所不具备的，因此，FPSg根据作业需要和实际情况迅速转换工作海域和回厂检修。
国外FPSCW发展及研制现状
国内FPSCW发展及研制现状
FPSC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FPSQ1977年应用在地中海卡斯特利翁油田（西班牙近海）。
由于FPSQ具有储油多、投资省、可转移等优点，所以得到迅速发展。
据资料统计，截止到2003-08,全世界投入运行和在建的FPSQ为119艘（根据PennWell公司调查，FPSQ勺数量为137艘），其中旧船改造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FPSCW*11艘，其中韩国现代重工为ExxonMobil公司建造的FPSQ排水量达到了3618万吨，至2009年，全世界投入运行FPSCW149艘。
目前FPS。
的工作水深主要在100〜500m,但随着采油工作水深的增加，大于500m工作水深的FPSCW逐年增加。
由RoarRamd赫日挪威海事技术公司联合设计、韩国现代重工施工建造的RamformBanff号FPSQ工作水深达1524m（5000英尺），属英国所有，由Conoc。
公司作为操作者计划用于北海的Banff/Kyle深水油田，其抗风浪能力为百年一遇，浪高可达
16.76m（55英尺）。
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，由Harland&Wolff负责全部设计和建造，由巴西国家石油公司承担操作，用于深海海底完井系统组合的采油。
这些FPSQ的
适应风暴能力大都为50a或100a一遇，有相当数量属于非解脱型，即在大风暴来临时，仍然锚泊在采油原位而无需将船用液压连接或脱卸机构快速解脱而避风浪。
目前在用的FPS。
的原油储存能力在10X10420X104m的占了大多数，最大原油储存能力达到31.8X104m3因此船的主要尺寸也相当大，如巴西国家石油公司的巴油
31、巴油
32、巴油
33、巴油
35、巴油37和FPSOH、"N'kossaN惭FPSO,其长度达到
344.2m（1130英尺），宽度达到54.3m（178英尺），型深达到28.3m（93英尺），最大吃水深度达到22m旧处理能力在5000〜10000m3的占了近，最大日处理能力已超过300m3,其中，由新加坡远东利文斯顿船厂（简称FEL藻造、挪威国家石油公司所有并操作使用的Norne号FPSO日处理能力达到3.5
X104m3（220000bbj）生产水处理能力也较大，为19900m3/d,注水能力高达40000m3/do
该船设计使用寿命为25年，可以做到20年不靠岸，它具有抗强台风的能力，强台风袭来时，即使130名船员全部撤离，整个FPSOTO可保证白动采油、加工、储存和发电。
海洋石油-113号”从设计启动到投产，目标工期为22个月。
设计、施工由上海外高桥造船有限公司、中海油渤海公司、中海油海洋工程公司和中国船舶工业第708研究所共同完成，上海船检局监造，设计工时累计达30万小时，项
目总投资超过17亿元人民币。
FPSO由海底系统、船体系统、系泊定位系统、动力系统、油气处
理系统、消防监控系统、储油与外输系统、生活系统等十几个大类组成。
（1）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
油通过各白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（100v,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。
陆丰22-
1井口底盘，由挪威KOS海洋工程公司与FMC井口设备制造公司共同研制，中心模块重300kN。
中心模块和中心管汇在海上安装共用了331h。
如图所示：
2）船体系统
FPSO#形类似油轮，但复杂程度远高于油轮。
其一，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。
其二，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^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。
其三，FPSO勺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）系泊定位系统
系泊定位系统是FPS5最有特点的系统。
它通过导管架或吸力锚提供足够的系泊力。
按系泊方式分为单点系泊和多点系泊。
如图：
单点系泊是指锚泊系统与船体只有一个接触点，多点系泊是指锚泊系统与船体有多个接触点。
如南海流花11-1油田的FPSO,该海域水深310m,由半潜式生产平台和浮式储油、卸油两套装置组成。
其中，半潜式生产平台采用了11条127mm的锚
链+深水吸力锚组成的系泊系统，为多点系泊；浮式储油、卸油装置也用吸力锚提供锚固力，其特别之处是采用了10条114mm的锚链系泊在一个沉没式浮筒上，再由浮筒通过专用接头与船体相连，为单点系泊。
系泊定位系统具有机械强度高、密封性好的机械旋转头。
该旋转头可随风、浪、流转动，不仅承受着巨大的动荷载，而且还要在运动中保证管道畅通、供电和信号的传输。
例如睦宁号”FPSO旋转头有2条直径203.2mm的原油生产立管、6条高压电缆、1组液压动力管和1组信号采集与传输电缆。
这些从海底传接过来的立管（电缆）包括生产集液旋转头、电刷接头、液压控制接头和电信号接头，根据其尺寸大小依次从上到下分层布置，通过可解脱接头实现管道与船体的连接。
这种可解脱接头技术含量高，目前尚未国产化，一直被国外公司所垄断。
（4）油气处理系统
FPSO的油气处理系统与陆上油气处理系统大体相同，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。
所不同的是FPSO由气处理
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、配置更完备的白动化控制系统。
在油气处理设备的选择上力求高效、紧凑。
如在流花油田的FPSO1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4.77X104m3
（5）储油与外输系统
储油和外输是FPSO勺另一重要功能。
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，如图所示：
外输系统中所用的软管为专用管材，由万向接头、液压快速接头等组成的外输连接设备，在机械强度、耐腐蚀、抗疲劳能力、密封性能等方面技术要求高，这一关键设备也被少数外国公司所垄断。
如BZ-34油田的旋转接头，由固
定部分的内环和旋转部分的外环组成。
在内环和外环之间，有直径152.4mm的环形槽，即输送液体的通道。
在全天候工作状态下，主轴承的轴向位移不得超过0.8mm。
旋转接头上设有4道密封，即环形槽上下两端各有2道密封。
每道密封之间设有检漏孔，当检漏孔发现1道密封漏油时，可通过检漏孔将第1道密封堵死，第2道密封开始起作用，如图所示：
（6）生活系统
FPSO的生活楼无论怎样布置，都是处于危险油气之间。
所以，生活楼布置在船月首或船艇，各有利弊。
但特别要注意生活楼本身的安全性。
生活楼在船艄、外输油系统及火炬塔在船艇的布置格局：
生活楼处于生产工艺流程模块和尾部外输油系统的危险油气上风向，但处于首部输油管危险油气的下风向。
生活楼及外输油系统在船艇、火炬塔在船艄的布置格局：
生活楼处于艇部外输油系统油气上风向，但处于艄部输油管和生产工艺流程模块危险油气的下风向。
生活楼布置在船艇，还需注意动力模块主发电机组排出的废气很可能随着风向飘向船艇，从而对生活区有影响，并有可能干扰直升飞机的起降。
最大储油量：
5.1697X104t
型长：
215.6m
型宽：
31m
型深：
17.6m
生产分离器：
2xx
电脱水器：
1xx
注水系统：
1
污水处理系统：
1
供热系统：
1
发电系统：
1
原油计量外输系统：
1
生活模块：
69人
直升飞机xx:
1
最大储油量：
4.48X104t
型长：
208m
型深：
17.6m
吃水深：
10.5m
生产分离器：
2xx
电脱水器：
1xx
空气压缩器：
2xx
污水处理系统：
1
供热系统：
1
发电系统：
2x2500kw+630kw
原油计量外输系统：
1
生活模块：
69人
直升飞机xx:
1
2.FPSO勺布置
FPSO^计与犹如油船一样，首先应了解FPSCW哪些部分构成，确定基本的布置格局。
FPSO勺构成基本前面已经简单叙述，包括船体系统、系泊系统、生产工艺流程模块、生活系统等部分。
FPSO比油船多了火炬塔、生产工艺流程
模块以及直升机平台等部分。
FPSg置时，就是要全面考虑这些构成之间合理布局与协调。
人们将FPSO比喻为一枚定时炸弹”，说明FPSCgc全性是绝对的重要。
所以确定FPSOfi?
置基本格局时，要综合考虑涉及作业、安全等各方面要求，并结合FPSO®动性能一起考虑。
FPSO的总体布置应依据下述原则进行：
（1）安全可靠，符合规范要求
a.压载水舱的宽度要满足FPSC最小的吃水要求。
一般的FPSO可以设计成单底结构，但是对于浅吃水型FPSQ为满足国际防污染公约，船体应该为双底双壳。
设置双底的主要优点是：
有利于储油舱保温，有利于保护船底免受破坏，平直的内底便于洗舱，并且便于从双底的夹层对构件进行检查。
b.满足国际防污染公约和破舱稳性的要求，对原油储藏舱与边压载舱的长度、宽度和数量要进行优化。
c.满足相关规范对防火、防爆、安全区域划分和安全逃生方面的要求。
例如生产甲板位于主甲板以上4米（船中心线处）；热站模块和工艺模块之间留有隔离区等。
（2）便于操作
a.主电站、热油锅炉、油气处理设备等均布置在生产甲板上，便于操作、检测和维修保养。
b.油气处理流程的控制、原油外输的计量与控制、液舱的液位遥测、火灾探测、报警、消防与应急关断控制等均集中在中控室内，便于操作和集中控制。
（3）满足实际需要
a.设置足够的工作、居住、休息和娱乐等生活设施，为采油工人提供安全、舒适的工作、生活和休息环境。
b.设置足够的柴油舱和淡水舱，保证本船具有一定的白持力。
（4）满足实际工艺流程的需要。
FPSO的布置应该注意的问题
（1）吊机的布置
吊机一般布置在主甲板的左右舷。
原则上要覆盖从生活楼/飞机甲板到所有上部模块的区域。
吊机的高度不但要考虑发电机和炉子的烟筒高度，又要满足吊直升飞机的要求，还要满足把深井泵从工艺甲板上吊出的要求。
单点系泊系统和尾输油系统（位于FPSO尾部的原油外输系统）可以单独考虑吊机。
（2）逃生通道的布置
总体布置首先要保证人员的最大安全。
生活楼靠近工艺模块的一侧墙壁要求达到H120的要求。
在主甲板和工艺甲板的左右两侧要分别布置有一条通往生活楼的主逃生通道。
并且每个工艺模块的左右两侧要有通往主甲板的斜梯。
（3）火炬塔高度的确定
尤其是火炬塔位于船首的布置方式。
一定要按照APIRP521的相关要求来计
算火炬的最大热释放量，然后确定火炬高度。
（5）考虑油气处理量的变化和将来的改造。
由于有的油田产量高峰期和末期的差别比较大，所以有的设备在某个特定阶段是不使用的，所以在进行总体布置时要考虑这种情况下的左右对称。
还有，由于FPSO勺投入比较大，一般一艘FPSg是一直在一个油田生产，所以在进行FPSO勺总体布置时，要适当预留将来改造的空间，并且尽量不要占据堆场的空间。
（6）主甲板面的布置
FPSO的大体分舱确定后，需及时确定优先考虑主甲板面的系列开口。
因为这些开口直接影响到结构中剖面模数的计算。
因为一旦开口断掉一根纵骨，该纵骨就不会参与总纵强度的计算，计算中剖面模数也要相应减少。
主要指的是深井泵的开口和储油舱舱口。
主甲板的深井泵开口与工艺甲板的相应深井泵检修口要对应。
（7）工艺甲板开式排放管线的布置
主甲板到工艺甲板的垂直间距一般为3~4米，结构本身要占去大约500mm的空间。
所以要保证一根100多米的开式排放管线的100:
1的坡度是非常困难的。
这时候开式排放罐的位置可以考虑船体本身是首倾还是舟尾倾。
同时可以减小管线坡度的要求。
3.FPS0^体设计
（1）主体尺寸选择依据
FPSO主体尺寸选择主要取决于原油产量、储存量和甲板工艺模块的体积等因素。
原油储存量可由下式计算：
2.载荷组合与规范
船体结构是FPSO勺载体，是传递模块重力、承受浮力的焊接钢结构。
根据BVClass.RulesfortheClassificationofOffshoreUnits.April19曜议，要考虑以下荷载工况：
静水工况、生产期间外部环境工况、外输工况、单点解脱前的极限工况、检修期间工况、拖航工况。
荷载组合主要考虑上述6种工况与工艺模块引起的诱导荷载，与破损工况的局部应力以及与碰撞工况引起的冲击载荷的组合。
在设计初始阶段，对于全部结构来说，将上述荷载都考虑是不现实的，只能先解决整体强度及主要构建的屈服强度，再用不同工况载荷去校核其他构件的可靠性。
海浪是典型的随机荷载，船体在海浪作用下的运动可分为纵荡、横荡、升沉、横摇、纵摇和摇艄6种。
为了使复杂的计算具有可操作性，国际船级社协会（IAC0推荐对波高进行修正，采用传递函数来计算波浪弯矩和剪力。
挪威海洋工程大学则开发出了MASHIMO等软件，可以计算波浪弯矩的传递函数，根据波浪谱求波浪弯矩短期分布特征值，进而求出船体在寿命期内最大响应值。
3.特殊部位强度分析
在FPSOS计中，从结构力学角度讲，一般分为特殊结构、一类结构和二类结构。
特殊部位包括：
系泊关联结构、重要设备支撑结构、直升飞机平台结构、外输装置结构等。
这些部位之所以特殊就是因为动荷载（冲击荷载）大，必须进行疲劳分析。
如模块与主甲板连接的支墩，是普通刚架连接形式（如图所示）。
支墩除了承受上部模块的重力，还要承受摇摆、升沉引起的巨大惯性力
FPSO生产工艺流程的组成
FPSO^fe产工艺流程的功能是进行油、气、水等生产处理，大致分为三大类系统：
（1）主要工艺系统一是指将各井口平台输送来的生产流体进行脱气、脱水及脱除杂质等的原油处理系统，以达到外输标准，同时要保证原油回收率最大。
尚应考虑除砂、防蜡、破乳、消泡等措施。
（2）辅助工艺系统一主要包括生产污水处理系统、火炬放空系统、化学药剂注入系统、开式排放及闭式排放系统、燃料气处理系统。
（3）公用系统一主要包括热介质系统、仪表气系统、海水系统、淡水/热水系统等。
1.原油处理系统
海洋石油开发是高投入、高风险、高产出的行业，对原油处理系统的技术要求高，均采用国内外较先进的设备，主要技术要求如下：
根据该油田油气性质、储量和该海域的海况、环境，采取合适的工艺措施，最大限度地满足油田高速、经济合理开发；
要有一定的储备能力，以保证每次销售油轮到来前维持正常生产；
流程密闭，防火、防爆、防污染；
安全可靠性好、保险系数大、运行效率高，仪控白动化程度高，便于操作管理；适应性强，能适应油田较高速开发和滚动开发周边油田的生产要求，适应油田生产过程中的调整和改造；
工艺布局紧凑合理；
结构牢固，适于防台、防冻和耐腐蚀。
该流程中从单点来的原油将直接进入高高压分离器，利用设备内的空间进行减压、缓冲，同时配合加注的化学药剂，初步实现气液分离，形成稳定的可以进行处理的原料储存器。
从高高压分离器出来的原油进入原油换热器，利用处理完成后的原油余热进行能量转换。
将热转换后已经处理完毕的原油输送到原油脱水舱，将需要处理的原油输送到生产加热器，利用热介质油的高温对原油进行加热，确保原油进入生产分离器后能够正常分离。
进入生产分离器后的原油将继续在容器内进行缓冲、稳压、减压的过程，并继续利用容器的空间进行气液分离。
分离出的原油进入原油处理流程，而容器下部的含油水在集聚到一定的液位时被排放到脱油水舱中。
在油水界面接合部位的原油，被间歇油泵送到乳化油舱，并注入化学药剂辅助进行油水分离，同时热介质油继续对乳化油进行加热并保持恒温，防止乳化油低温凝固。
在乳化油舱液位达到一定高度后，启动乳化油泵，将乳化油再送回到原油加热器，再次进入原油处理工艺流程。
那些处于油水接合部位以下的含油水被间歇油泵输送到脱油水舱，使用化学药剂对它们进行促进分离，然后利用物质密度不同的特性进行沉降分离。
在脱油水舱内的液位达到一定的高度后，撇油泵将上部的含水原油输送到
乳化油舱，按照乳化油的处理流程再进行处理，再次进入原油处理循环；位于下部的含油水则被污水泵输送到生产污水处理系统中进行分离排海。
处理完毕的原油被储存在货油舱内，达到一定数量后可以启动原油外输泵外输，完成原油从单点平台的接收、工艺甲板分离、工艺舱内沉淀分离的整个工艺过程。
2.污水处理系统
含油污水处理的目的及要求
含油污水经过处理后，要进行排放或者作为油田回注水、人工举升井动力液等。
处理含油污水的目的是要求排放水或回注水达到相应的排放或回注标准，同时应充分考虑防止系统内腐蚀。
排放的污水水质要求是：
渤海海域排放污水含油量小于30mg/L;南海海域为小于50mg/L。
对回注的污水水质要求是：
达到各油田规定的注水水质标准。
污油水的排海需进行严格的监督和控制，只有将污水处理达到标准要求时才能进行排放。
当脱油水舱中污油水达到一定高度时，污油水泵白动启动，污油水被输送到工艺甲板上的污水收集罐，并在管线中辅助加注化学药剂进行分离。
从生产污水收集罐出来的污油水进入砂滤器，砂滤器内部的吸附填料（石
头、煤炭等）由固体组成，分层堆积，相互之间存在一定的空间。
生产污水从滤器的上部
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