单点系泊是指一个系泊和运转装置,它在海底管道和系泊船舶(海上浮式油气处理及储存装置、油轮等)之间提供一种联系以供输送流体货物用。
基本介绍
单点系泊是指一个系泊和运转装置,它在海底管道和系泊船舶(海上浮式油气处理及储存装置、油轮等)之间提供一种联系以供输送流体货物用,船舶可系固其上,且在环境载荷作用下所系船舶能绕系泊点转动,单点系泊装置简称单点系泊,英文“Single Point Mooring”,简称“SPM”。它是伴随海上油田早期生产和边际油田开发而发展起来的。
海上油田的原油输出,大多采用铺设海底管道输送或油轮驳运两种方式。海底管道输送在第十五章讲述,油轮驳运需设单点系泊供停靠。单点系泊的技术越来越先进并纳人规范,美国船级社(ABS)1975年颁布了单点系泊系统建造入级规范,各厂商均按此规范建造入级。
单点系泊系统从20世纪50年代后期开始发展,已经成为广泛使用的一种海上系泊油轮方式。它对海上油田的开发起着极为重要的作用,具有很多优点,而且这种技术本身还在不断发展之中。归纳起来,它适用于以下几个方面。
(1)可作为进出口原油的
深水港,供大型或
超大型油轮系泊和装卸原油,能充分发挥大型油轮经济运输的优越性,而不必花费巨额投资去建设深水港。
(2)海上大型油田的开发是十分复杂的,固定生产设备的投资大,建设时间长,在储量尚未充分掌握之前,很难做出切合实际的技术决策。采用单点系泊装置为核心的早期生产系统,可以提早开发油田,为油田永久性开发的技术决策提供依据。
(3)单点系泊装置是边际油田、深海油田及离岸遥远油田经济开采的先进技术手段。
(4)可在经济上或技术上不宜铺管的海域代替海底输油管道。
(5)能系泊海上石油加工处理厂,回收和利用石油伴生气,使海洋石油资源得到合理的利用。
单点系泊装置主要有两种基本类型,即悬链式浮筒系泊装置和单锚腿系泊装置。根据海上油田开发的需要和海况条件的要求,在这两种基本类型的基础上,单点系泊技术不断改进,逐步发展为多种类型的系泊装置。
悬链式浮筒系泊装置
这种装置是单点系泊装置中最早出现的一种型式,也是数量最多的一种。它使用一个大直径(10~17m)的圆柱形浮简作为主体,以4条以上的长垂曲线锚链同定在海底基座上。浮筒是具有弹性的(即能吸收外力冲击能量),能在一定范围内漂移。浮简上部是一个装有轴承可旋转360°的转台,上面配有系泊桩柱、输油管线、阀门、流体旋转头、航标灯以及必要的起重设备等。中心部位的流体旋转头下面连接着水下软管和海底输油管汇,上面连接着漂浮软管并通向油轮。油轮是用缆绳系泊在浮筒转台的桩柱上,在风、浪、潮、流的影响下,油轮能围绕系泊点漂移转动,使之处在最小受力位置,这就是该系泊装置独特的系泊弹性——风标性。它大大降低了系泊负荷,缓冲了风浪对系统的冲击,也是单点系泊系统的主要特点之一。总之,它的主要优点是结构简单、便于制造和安装;它的组成部件除旋转头和软管之外,都是常规产品,设计、制造、安装简便,造价低廉。它的缺点是要求海底地貌平坦,浮筒的漂移、升沉随环境条件的恶劣而增长,这将使水下软管过度挠曲而易于损坏;在持续摇荡期间,工作艇难于靠近,给维修保养工作带来不便。
单锚腿系泊装置
该装置有一个细长的圆柱形浮筒,通常直径为6~7m,高度约为15m。浮筒下面用锚链拉住,锚链的下端固定在海底基座上。由于浮筒具有正的剩余浮力,所以锚链始终保持一定的张力。海底基座是以承受浮筒的正浮力和最大系泊载衙为条件的。锚链与浮筒之间、锚链与海底基座之间都用
万向接头相连接;这种结构能使整个浮筒和油轮罔绕系泊中心转动,而无需在浮筒上面安装轴承和转台。输油管路不通过浮筒,水下软管与漂浮软管合为一条,直通油轮。这种系泊装置既适用于浅水区,又适用于深水区,如果用于深水区,则锚链下端需连接一段内有输油管的立管,立管上头与锚链铰接,下头铰接在海底基座上。立管可在任意方向摆动。流体旋转头安装在立管顶部。
单浮筒刚臂系泊装置
该装置是在悬链式浮筒系泊装置的基础上发展起来的,其主要差别是用刚性轭臂系泊取代缆绳系泊。刚性轭臂与储油轮之间的铰链连接,允许产生纵摇;它的另一端支持在浮筒上,可以围绕
浮筒旋转,并通过万向接头连接在一起,这样就可使浮筒、刚性轭臂和油轮的摇摆角各自独立。
单锚腿刚臂系泊装置
该装置是在单锚腿系泊装置的基础上发展起来的。刚性轭臂与油轮是铰链连接,并通过一个允许有相对纵摇和横摇运动的铰链接头与系泊立管相连。铰链接头通过
滚柱轴承连接到立管顶部,使轭臂和油轮能随风摆动。与立管组合在一起的浮力舱趋于使立管保持垂直位置,从而为油轮保持在停泊点位置提供了恢复力。立管底部是通过万向接头与海底的锚定底座相连的。
这两种类型的系泊装置使用的刚性轭结构,可以减少
油轮的自由度,改善其作业状况,使整个系泊系统的性能更为稳定。系泊油轮与单点系泊之间的刚性连接,可以避免在较恶劣海况下,油轮对浮筒的碰撞和失控飘移以及油轮和浮筒之间的激励振荡。这就是使用刚性轭臂的效应。油轮无需倒车推进器或拖轮控制,作业比较安全可靠。
桅式单浮简储油系泊装置
桅式单浮筒储油系泊装置由一个大而长的垂直浮筒构成,通过数根定位锚链固定,在波浪中比较稳定,无论是在海上纵荡、升沉还是横摇状况,都比悬链式浮筒系泊装置稳定,适用于恶劣海况条件。
这两种系泊装置的一个重要特点,就是能延长最易磨损的漂浮软管、水下软管和系泊缆绳的寿命。当不使用时,漂浮软管和系泊缆绳由绞车卷起而不再漂浮在海面上,减少破损问题;水下软管长度较短,又处于波浪影响区域之外,故漂动很小。
另一个重要特点是在恶劣海况条件下,浮筒在任何方向都只有一个低振幅漂动,原因是没入水下浮简体积大,重心低,而且与海面相交的浮筒段直径较小,使波浪阻力减至最低限度。
这两种系泊系统配备的设备较多,除了必要的流体旋转头、管线、阀门、吊机之外,还装有绞车、发电机组、居住设施、救生与防火设备、直升机平台等,是一个具有多功能的海上石油装置。它们的最大缺点是费用昂贵,设备、制造、安装工作量较大.故尽管优越性明显,至今安装实例却很少。
导管架塔式刚臂系泊装置
我国渤海某油田采用的导管架塔式刚臂系泊装置,
浮式生产储油轮是借助于系泊刚臂连接到导管架上。系泊头安装在导管架顶部中央的将军头上。系泊头上安装有转输油、气、水的流体旋转头和一个转动轴承.它可以使生产储油轮和系泊刚臂一起绕着导管架转动。
系泊臂是一个刚性“A”字形钢管构架,其前端依靠横摇一纵摇铰接头与系泊头相连接,后端依靠系泊腿与生产储油轮的系泊构架连接。
在系泊刚臂后的压载舱中装有防冻的压载液。当系泊系统处于平衡状态时,悬吊系泊刚臂的系泊腿是垂直的;当生产储油轮由于环境力而移动时,系泊刚臂被抬起,从而产生恢复力,迫使生产储油轮回到平衡位置。系泊腿的上、下端均用万向节分别与系泊构架和系泊刚臂相连接。系泊刚臂的前端和系泊头的连接是横摇一纵摇铰接头,再加系泊头上的转动轴承,这就使生产储油轮在风浪中能自由地进行所谓的六向运动(即
纵摇、
横摇、
艏摇、
垂荡、
纵荡、
横荡)。
系泊刚臂悬吊在海面以上,通过活动栈桥,人们可以从生产储油轮走到导管架上。油田产出的原油和天然气从海底管道进入系泊头上的流体旋转头,分别输往生产储油轮。
固定塔式单点系泊装置
南海北部湾某油田采用的固定塔式单点系泊是一个固定在水深37.5m海床上的柱状结构物,它通过一条缆绳系泊一艘的浮式生产储油(FPS0)。