大型FPSO浮托装船总体设计研究
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摘 要：大型FPSO干拖运输相对于湿拖运输，具有拖航速度快，航行稳定的特点，且能保护FPSO船体免受波浪拍击。浮托装船是大型FPSO干拖运输过程中的关键一步，对其总体设计进行研究分析，对大型FPSO浮托装船工程设计有一定的参考价值。
關键词：大型FPSO 浮托装船 总体设计 半潜船
1.引言
FPSO（Floating Production Storage and Offloading）即浮式生产储油轮，一般不具备航行动力，需依靠运输船或拖轮拖至指定海域，运输船一般为半潜船。
大型FPSO浮托装船用于大型FPSO 干拖运输，即将FPSO像货物一样装载到一艘运输船上，使其在运输过程完全脱离水面。相比于常规的湿拖运输，干拖运输具有拖航速度快，航行安全稳定的特点，并且能保护FPSO船体免受波浪拍击。但由于FPSO体型巨大，对实施干拖运输的半潜船要求较高，故干拖运输的费用要明显高于湿拖运输。
在大型FPSO干拖运输过程中，FPSO的浮托装船是非常关键的一步，同时也是一项高风险的作业，图1为巴西FPSO P67浮装到半潜船“先锋号”上的作业现场。
大型FPSO浮托装船总体设计主要包括以下几方面工作：
（1）半潜船选型
（2）海域与环境条件评估
（3）FPSO浮托装船方案设计
（4）数值模拟与计算分析
（5）附属结构设计
2.半潜船选型
半潜船选型主要考虑两点，一是半潜船的性能，能否满足FPSO干拖运输要求，二是半潜船的船期能否满足项目的施工窗口。
FPSO在集成上部模块后，船体排水量会远大于空船重量，选择半潜船时要先充分评估FPSO的干拖重量，并且要考虑一定的富余量，用于增加压载水和其他附属设施。
半潜船的尺寸要满足FPSO装船要求。一是FPSO湿拖至半潜船上方的路径上无障碍物，且FPSO与半潜船浮箱或其他结构要留有一定间隙。二是FPSO的船底要尽量全部落在半潜船的主甲板上，半潜船主甲板上还要有一定空间对FPSO进行装船固定，FPSO总长可略大于半潜船船长。三是半潜船的下潜深度要满足装船要求，半潜船下潜后主甲板要与FPSO船底留有足够的间隙。
3.海域与环境条件评估
FPSO浮托装船作业一般选择在FPSO集成码头附近的开阔水域，水深要大于半潜船下潜后的最大吃水。
项目组可通过FPSO浮托装船初步分析和以往经验，确定浮托装船作业对浪高、风速、流速等海况的要求。一般来说，大型FPSO浮托装船对海况要求很高，项目组需细化施工步骤，准确评估作业时长，然后根据天气预报，择机进行浮托装船作业。
4.FPSO浮托装船方案设计
FPSO浮托装船是一个精确就位的过程，其主要包含以下几步：
（1）半潜船上布置枕木、导向装置、防撞垫等必要结构物或设施
（2）半潜船抛锚就位
（3）半潜船压载下沉到指定吃水
（4）拖轮将FPSO拖到半潜船上方指定位置，
（5）半潜船排载上升到指定吃水，FPSO完全脱离水面
（6）FPSO装船固定
FPSO浮托装船初步方案确定后，要校核FPSO与半潜船的结构干涉。一是在FPSO浮托装船的进船路径上，半潜船上没有障碍物，且FPSO左右舷与半潜船要留有一定的安全距离，二是FPSO船底下方一般会有扶手、海底门等结构，半潜船上枕木布置一定要避开这些结构，FPSO船底下方超出枕木高度的突出物要提前拆掉。因而，对FPSO和半潜船的现场调查是非常必要的，确认两船现况是否与完工图纸一致，后期是否因改造等原因而有新的突出结构。
FPSO和半潜船的定位和运动控制是浮托装船的关键。半潜船主要通过抛锚的方式控制其运动。FPSO一般会配一个主拖轮和若干个定位拖轮，同时半潜船上也会布置若干绞车，并通过锁具连接到FPSO，帮助FPSO调整方向和最终定位。
这样，FPSO浮托装船相应的图纸是必不可少的，包括拖轮布置图、锁具及设备布置图、浮托装船步骤图、枕木布置图、装船固定图、系泊布置图等。
5.数值模拟与计算分析
FPSO浮托装船数值模拟需要先建立半潜船与FPSO水动力模型和结构模型，然后根据不同的设计工况，输入相应环境参数，调整分析模型，分析项目主要包括：
其一，调载分析，半潜船下潜和上浮的每一步都要进行调载分析，确定每个舱压载水的增减量，半潜船调载泵的能力同样需要校核，因为调载速度直接关乎整个浮托作业能否在规定的天气窗口按时完成。
其二，稳性分析，半潜船和FPSO在浮托装船期间均需进行完整稳性分析和破舱稳性分析，半潜船调载的每一步都需要稳性分析。
其三，运动分析，半潜船和FPSO在浮托装船期间，受风浪流的影响，会产生六个自由度方向的运动，其中船体横摇对浮托作业影响最大。通过船体运动分析，可以得到船体的运动加速度，从而校核两船之间的导向装置和防撞垫是否能抵御两船的相对运动。
其四，船体强度分析，船体强度校核分总纵强度校核和局部强度校核。FPSO浮托装船期间，要校核半潜船每一步调载过程的总纵强度，FPSO船体与导向装置接触位置的局部强度， FPSO船体受拖轮侧推位置的局部强度，FPSO船底与枕木接触位置的局部强度。FPSO浮装后，要校核半潜船和FPSO的总纵强度， FPSO船体装船固定位置的局部强度。
其五，系泊分析，根据系泊系统布置图，建立系泊系统模型，校核系泊缆绳张力、锚机作业能力、拖轮系柱拉力。
6.附属构件设计
FPSO浮托装船需要用到一些附属构件，本文主要介绍下面三种构件，导向装置、定位装置和装船固定结构。
导向装置一般提前布置在半潜船上，FPSO浮装作业时，可沿着导向装置拖拉到半潜船上方。大型FPSO浮托装船的导向装置一般是数个均匀布置在半潜船左舷或右舷，FPSO一侧通过拖轮的推力使FPSO另一侧顶到导向装置上。
定位装置一般布置在半潜船的浮箱上，事先在FPSO船体指定位置通过刷漆的方法，做上标记，半潜船浮箱的定位仪器可以根据标记监测FPSO是否拖至最终位置。
装船固定结构主要目的是避免FPSO与半潜船直接产生相对运动，主要分接触型和焊接型两种，接触型主要限制一个方向的相对运动，焊接型可限制多个方向的相对运动。若FPSO两端探出半潜船，则只能在FPSO两侧焊接装船固定结构来限制FPSO纵向运动。
7.结束语
本文所述的由半潜船选型、海域与环境条件评估、FPSO浮托装船方案设计、数值模拟与计算分析、附属结构设计组成的FPSO浮托装船的设计方法已在实际项目中得到应用。随着技术发展和海洋的进一步开发，浮托装船的方法会不断完善和提高，并广泛应用到各类浮式海上结构。
参考文献：
[1]冯志根.半潜船船型特点及其发展前景[J].上海造船，2006（1）：49-51.
[2]张伟，袁洪涛，杨勇，等.半潜船生产平台陆地移运方案及浮托流程分析[J].船海工程，2015，44（6），116-124.
[3]马延德.浮式生产储油船（FPSO）设计建造研究[D].大连理工大学，2008年.
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