摘要：FPSO作为海上油气田开采主要装备，可适应于各种海域油田，在当前形势下，油轮改装FPSO可有效降低开发成本，改装FPSO已成为海洋工程装备市场的主流。本文介绍了FPSO的历史与特点，论述了FPSO改装工程的建造流程，并探讨了改进与提高建造工艺和生产管理的策略。
关键词：FPSO；历史；特点；改装
FPSO是浮式生产、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。FPSO的主要特点为机动性和移动性好，具有适应深水采油的能力、在深水水域具有较大的抗风浪能力、大产量的油气水生产处理能力和大的原油储存能力。
一、FPSO概述
FPSO(Floating Production Storage and Offloading)即海上浮式生产储油船，它是对开采的石油进行油气分离、处理含油污水、动力发电、供热、原油产品的储存和运输，集人员居住与生产指挥系统于一体的综合性的大型海上石油生产基地。与其他形式石油生产平台相比，FPSO具有抗风浪能力强、适应水深范围广、储/卸油能力大，以及可转移、重复使用的优点，广泛适合于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发，已成为海上油气田开发的主流生产方式。
FPSO组成：①船体：可完全按要求建造，也可由商业油船改造而成。②生产设备：主要是油、气、水分离设备及储罐。③系泊系统：可分为单点和多点系泊方式。④输送管道：将油气从海底输送到FPSO的生产设备中。
二、FPSO的历史
人类自19世纪晚期起就开始了对近海石油和气体的勘探工作。1896年，第一只近海井在加利福尼亚海岸钻探成功。这些井在离码头100～150m长的距离开始钻探，有的甚至挖到了水深200m的地方。1938年，在离路易斯安娜海岸2km的墨西哥海湾勘探了Creole地区，这标志着首次在不受保护的公海的钻探成功。这只勘探井是由一只20m×90m的钻井平台钻探成功的，该钻井平台紧固在一个水深4m处的木质桩子上。
在近海海域勘探石油和气体的过程中，石油行业不断拓展和提高钻探及生产技术。从早期使用的与海床相连的固定式结构，演变到大型钢质千斤顶和矗立于300多米水深处的加强型实心生产平台。另外，在早些时候的近海石油和气体的勘探和生产活动中，固定式平台一直是生产的发展方向。固定式结构，不管是管状的钢质千斤顶，或加强型实心结构，都为干舷的设施提供了地方，这些设施包括钻机、处理设备、控制系统、输出系统和生活区而实心结构通常都能增加石油的贮存。
20世纪60年代，由壳牌石油发起的深海生产油系统被发展起来，因此相应地使浮动式生产系统的发展有了可以预见的计划，进而降低成本的必然趋势，以及开发越来越深的海域的必需性，促使除了固定式平台以外的其他概念形式的发展。在此情况下，才为浮动式生产系统的发展铺平了道路。FPSO满足了这种发展的需求，而且人们又发现了它的其他优点，这些优点在早些时候可能都是无法想像的，但现在却在多用途的近海生产船舶的使用中广为显现。
FPSO系统的核心优势是：能经济有效地发展边际石油地域、适用于偏僻区域，在这些区域中没有近海或陆岸基础设施，几乎适用于所有水深、资金成本低廉、相对能在较短时间内快速开采初油、可移动，使其能重复利用、能方便和廉价地废弃。
1976年，壳牌石油首次引入FPSO概念，那是一艘在Castellon海域由油轮改装成的FPSO。到90年代FPSO的数量迅猛增加，这是一个技术快速更新的阶段，也是一个扩张到更深的地理位置，产生更大地生产效率，进入更深的海域的阶段。
三、FPSO特点
FPSO始于20世纪70年代中期，其不仅体型庞大，船体一般从5～30万吨，一艘30万吨的FPSO甲板面积相当于3个足球场。而且功能较多，FPSO集合了各种油田设施，对油气水实施分离处理和原油储存，故被称为“海上工厂”、“油田心脏”。FPSO一般适用于20～2000米不同水深和各种环境的海况，通过固定式单点或悬链式单点系泊系统固定在海上，可随风、浪和水流的作用进行360度全方位的自由旋转，规避风浪带来的破坏力。
1、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，工况适宜大型油船。
2、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。
3、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。
4、FPSO技术发展趋势随着科技发展和海上作业难度加大，海洋油气开采工程装备正在向大型化、自动化、专用化方面发展。
四、FPSO改装工程分析
FPSO改装主要包括常规修理换新、改装两大部分，主要考虑以下工作内容：
1、常规修理换新需要考察VLCC船龄、船体强度、抗疲劳寿命，对原船进行全船测厚，了解船体钢板及管线的腐蚀程度，确保船体适用程度。在此基础上，进行总体强度计算和疲劳计算，必要时进行模型试验，包括水池试验、系泊系统的分析验证等。此外，还要确定船体加固和钢结构置换方案，上部结构布置、生产设施设备和生活模块等升级改装方案。
2、改装项目要完成船体适应性改造，如多点系泊区域、甲板设备区域等区域更换材料、局部结构加强改装；增加人员与功能型房间，甚至整座生活楼换新；新增直升机平台、生产模块、火炬塔、立管平台等钢结构；新增外输油系统、系泊系统、监测报警与火警系统等；新增以及更换电缆、管线、空调系统等。此外，FPSO改装项目的超大工程量，对船企的生产管理模式提出了更高要求，尤其是安全、质量管理要求之高，远超现有修造船和普通改装项目。
五、FPSO改装建造流程
FPSO是海洋工程船舶中的高技术产品，其改装工程系统复杂、难度高、工作量大。
1、甲板改装建造流程。甲板分段首先在胎架上制作，按图1所示的工艺流程，完成分段制作；然后，对甲板、水密舱壁上的所有焊缝进行密试(尽量在分段阶段完成)；最后，进行模块支撑预装。
图1
2、多点系泊建造流程。多点系泊分段在胎架上制作，按图2所示的工艺流程，完成分段制作，整体吊运至指定场地。
图2
3、输油平台建造流程。输油平台分段在胎架上制作，与多点系泊建造的工艺流程类似，以此来完成分段制作，整体吊运至指定场地。上输油平台的喇叭口和法兰在分段阶段安装，输油平台所有的密性工作在分段阶段完成，除了涂装进出必需的工艺孔保留外，其余工艺孔全部在分段阶段封回。
4、上部模块制造流程说明。上部功能模块种类较多，附加值也较高，包括发电模块、原油处理模块、气处理模块、主燃气压缩模块、堆放/化学注入模块、回注/公用水模块、流量计模块等。虽然模块内部设备种类繁多，但都由框架结构和设备组合而成，基本都按照先设备成撬、后撬块拼装成模块的步骤制造。大型模块质量可到达一两千吨，且大型模块移运、吊装也是模块制造过程的关键技术。
六、建造工艺和生产管理的改进与提高
1、优化改装工艺。1)主甲板改造工程。采用加强主甲板工艺替换整体换新，不仅减少大量的钢材消耗，还可节省工时，降低建造成本。2)减少进出坞次数和码头停靠次数。建造过程中进一步优化和创新建造工艺，采用更加合理的施工方案，减少进出坞次数和码头停靠次数，可进一步减少工时和成本，特别是对某些设施(如船坞)需要外部协作的情况，减少使用次数尤为关键。3)模块化建造。FPSO改装项目中，上块建造的附加值较船体改装高，而模块的建造对工艺、精度、质量、进度和场地等要求严格，需要较强的设计、建造及场地配套能力，模块化建造将成为未来的发展趋势。
2、生产管理体系建设。FPSO改装是一项复杂的系统工程，船东对建造过程中的管理体系有严格的要求，如“5S”管理体系、质量控制体系、安全管理体系、过程文件的可追溯性等，工厂需加强适应海工建造的生产管理体系建设。
参考文献：
[1]张翊飞.FPSO改造工程研究[D].天津：天津大学，2013.
[2]杨坤荣.FPSO改装建造工艺流程研究[J].船舶工程，2016(09).
论文作者:唐硕
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/14
标签：模块论文; 船体论文; 油船论文; 甲板论文; 系统论文; 石油论文; 近海论文; 《基层建设》2019年第21期论文;