FPSO 结构特点和建造过程控制要点分析1

杨昌逢

（招商局重工（江苏）有限公司，江苏南通 226100）

0 引言

浮式生产储油卸油装置（Floating Production Storage and Offloading，FPSO）是集人员居住与生产指挥系统于一体的综合性大型海上石油生产基地，具备油气分离、含油污水处理、动力发电、供热、原油产品储存和运输等功能[1-2]。FPSO 的外形与油轮相似，但其复杂程度远高于油轮，所受的外部载荷也比普通油轮复杂得多[3]。

为提高船舶的安全性和可靠性，本文基于某FPSO，对其结构特点进行介绍，并对建造过程中的控制要点进行分析。

1 概况介绍

本文研究的FPSO 为钢质船体，全船焊接，直立型艏柱，方艉，总长335 m，型宽60 m，型深33 m，排水量46 万吨，可存储200 万桶原油。该FPSO 是当今世界吨位最大、储油量最大的新型FPSO，适用于深水海域。该FPSO 配置了多点系泊系统，能满足多个海域的海洋环境条件。

2 结构特点

2.1 主船体区域

FPSO 的船体结构一般包括底部结构、舷侧结构和甲板结构。

1）底部结构

FPSO 不属于航行船舶，故其不必满足《国际防止船舶造成污染公约》（InternationalConvention forthePreventionofPollutionfromShips）关于油船双壳保护的要求。因此，在设计FPSO 货舱区的底部结构时，可根据作业海域的水深情况及其他要求，将底部结构设计为单底或双底结构。

2）舷侧结构

FPSO 货舱区域的舷侧通常设计为压载舱，其舷侧结构一般为双壳结构的形式。舷侧双壳结构主要包括横向强框架、水密横舱壁、水平结构平台、纵骨、纵舱壁和舷侧外板等组成部分。

3）甲板结构

甲板结构由甲板强框架、甲板纵骨、甲板纵桁和甲板板面组成。FPSO 典型中横断面见图1。

图1 FPSO 典型中横断面图

2.2 船体结构监测点布置

通常情况下，FPSO 在全生命周期内不会进坞维修，其不断受到海浪作用，船体结构承受不间断的交替变化的载荷，这往往会导致严重的疲劳破坏问题。为便于监测FPSO 船体结构的健康情况，在设计阶段需要对监测点的布置位置进行考虑，确保覆盖全船的各个区域。

2.3 多点系泊加强结构

多点系泊系统对称分布于艏部和艉部，在设计系泊结构时，要考虑百年一遇的极限环境载荷以及锁链破断的偶然载荷。在正常操作工况下，系泊结构还应能承受长期低周期疲劳载荷的作用。

多点系泊系统的结构密度高，板厚较大，且多使用高强度钢，系泊结构往往具有大量全熔透T 型接头焊缝，对焊接工人专业水平的要求较高。

2.4 输油平台

输油平台作为FPSO 的特有结构，通常由底板、顶板、横向支撑板、纵向支撑板和圆管组成。本项目的输油平台位于FPSO 的外板左舷，输油平台涉及区域广，覆盖面大，结构形式复杂，存在大量有限焊接空间。输油平台的主要结构均为全焊透形式，节点多，焊接工作量大，船长方向精度要求高，要综合考虑收缩量的加放，保证分段的准确性。

2.5 海水提升管

作为FPSO 关键结构之一，海水提升管是甲板上所有水冷设备的唯一冷却水来源。海水提升管的结构强度和制作质量直接影响船体的结构安全，在设计和建造中应给予重点关注。海水提升管体的周围均为全焊透结构，无损检测（Non-Destructive Testing，NDT）量大。海水提升管下部铸件的采购环节对建造周期有很大影响。

2.6 主甲板模块支撑结构

FPSO 设置在主甲板上的上部模块的质量可达上千吨，布置范围涉及整个货油舱主甲板的上部区域，通常通过多个纵向和横向的支撑结构进行支撑。模块支撑结构是上部模块与FPSO 船体主甲板之间的连接结构，对安装精度和焊接质量的要求很高。

2.7 火炬塔

火炬塔是FPSO 上特有的结构物，是一种以露天燃烧方式处理废弃物的装置，也是海上油气生产系统中的重要组成部分。火炬塔一般布置在主船体甲板艏部，远离安全区域。火炬塔是由钢材焊接而成的桁架结构，顶部设置检修平台，通常由立柱、三角撑及斜撑等3 部分组成。火炬塔甲板下方的加强管式结构全部为全焊透结构，内部空间狭小，返修比较麻烦，需要安排符合资质的焊工一次焊接到位。

3 建造过程控制要点

3.1 焊接质量控制

FPSO 常年在条件恶劣的海洋环境中工作，其对焊接质量的控制非常严格。

3.1.1 焊缝跟踪

根据结构类型的不同，通常可将FPSO 的构件分为特殊构件、主要构件和次要构件。在制作焊缝跟踪图时，根据结构类型分别做好不同的标记，确保每条焊缝都有相对应的焊接工艺规程（Welding Procedure Specification，WPS）号、焊接材质、板厚、焊缝检验类别、接头类型、结构类型、焊缝长度、坡口形式、制作阶段、焊工号、焊接完成时间等信息。在进行焊接作业时，现场施工人员根据WPS 号选取相应的焊接形式和焊材。WPS 号选择错误可能会导致焊缝评价不合格，在焊接前首先要保证WPS 号与焊缝跟踪图上的编号一致。

3.1.2 材料追踪

FPSO 建造材料采用数字喷码进行标记，喷码信息主要包括零件名、流向信息、板厚、材质、尺寸、钢板炉批号等，要保证每个零件都可追溯。在材料的验收阶段，所有检验设备和工具均需要标检，钢板信息和钢印号需完整准确，材料堆放需整齐有序，材料追踪喷码需清晰准确。

3.1.3 焊材管理

焊接材料的采购、验收、保管、使用均需要严格遵守项目管理规定，焊材的保管方法、焊材库的环境条件需要满足项目要求，焊材的领用、储存、保管、回收要严格做好记录。

3.1.4 焊接过程控制

焊接现场的施工条件复杂，影响因素众多，往往会导致焊接质量难以保证。常见的焊缝问题一般包括余高、焊趾、包角、气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等。需要采取科学、有效的措施，严格按照WPS 的要求进行施工，对焊接工程进行全程控制，以保证良好的焊接质量。

3.1.5 焊后质量检验

焊缝焊后质量检验分为外观质量检验和内部质量检验。焊缝外观质量检验采用目测的方法对焊缝表面质量进行检验，待焊缝外观质量检验合格后方可进行焊缝内部质量检验。焊缝内部质量检验采用射线探伤、超声波探伤等无损探伤的方法进行检验。无损探伤应由专业的检验人员根据无损探伤布置图进行检验，检验合格后方可出具合格报告。应做好报告的存档工作，以便作为日后的检验依据。

3.2 装配阶段控制

在船体分段建造的过程中，各船体分段由很多零件经过装配焊接而成。船体装配一般可分为小组立、中组立、大组立、分段、总组和船坞等装配阶段。小组立是单个或多个零件的组合体，也是船体分段装配的基本单元，控制小组立的装配精度和装配质量，可有效减少焊接变形和累积误差，提高船体建造效率，降低生产成本。

从装配顺序来看，船体装配主要包括以下6 个步骤：1）将原材料制成船体零件；2）将零件组装成部件；3）将部件装配成组件；4）将零件、部件和组件组装成分段；5）将分段、零件、部件和组件组装成总段；6）在船坞或船台将分段和总段总装成船体。

3.3 精度控制

船体建造精度控制是船舶建造最重要的技术之一，精度控制可将船体尺寸误差控制在允许范围内，确保船体的航速、载重量符合设计要求；精度控制还能减少造船过程的返修，缩短造船周期，提高造船效率。

精度控制贯穿在船舶建造的各个阶段，包括原材料进厂和下料阶段、开坡口和加工阶段、装配阶段、焊接阶段、搭载阶段和完工阶段。在日常工作中要严格执行精度管理计划，合理布置焊接收缩量，一旦发现问题要及时反馈，注重数据和经验的积累。

4 建造过程其他影响因素

4.1 脚手架

FPSO 对脚手架的需求很大，一般情况下，脚手架的搭设、维护和拆除容易在短期内形成进度瓶颈，对建造总体进度造成影响。脚手架的合理搭设可缩短建造周期，节约成本。

4.2 铁舾装件

FPSO 货舱区具有很多铁舾装件，舾装件的安装对起重设备的需求较高。在组立阶段，很多舾装件的安装涉及高空作业，对脚手架的需求较多，建议合理前移或后移铁舾装件的安装工序，可节约脚手架的成本，缩短建造周期。

4.3 临时工装件

船厂应制定关于起重吊耳的管控流程，包括安装、追踪、检验、拆除等内容。此外，船厂应制定关于临时工装件的管控流程。对于工装和工具，应使用满足安全和质量要求的工装和工具，禁止工人随意自制。

4.4 不良天气

FPSO 的建造过程易受不良天气的影响，应做好充分的准备，避免不良天气对项目的安全、质量、进度造成冲击。针对潮湿和低温天气，应制定相应的操作规程和工艺，对人员进行培训，并进行有针对性的监督监管。此外，还可采购足够的工装和工具以应对不良天气。

5 结论

FPSO 是海洋石油开发的核心设施，本文基于某FPSO，介绍了结构特点，并分析了建造过程中的控制要点。本文的研究成果可为FPSO 的设计与制造提供一定参考。