[科普中國]-單點系泊裝置

概述

單點系泊是指一個系泊和運轉裝置，它在海底管道和系泊船舶（海上浮式油氣處理及儲存裝置、油輪等）之間提供一種聯(lián)系以供輸送流體貨物用，船舶可系固其上，且在環(huán)境載荷作用下所系船舶能繞系泊點轉動，單點系泊裝置簡稱單點系泊，英文“Single Point Mooring”，簡稱“SPM”。它是伴隨海上油田早期生產(chǎn)和邊際油田開發(fā)而發(fā)展起來的。1

海上油田的原油輸出，目前大多采用鋪設海底管道輸送或油輪駁運兩種方式。海底管道輸送在第十五章講述，油輪駁運需設單點系泊供?？?。單點系泊的技術越來越先進并納人規(guī)范，美國船級社(ABS)1975年頒布了單點系泊系統(tǒng)建造入級規(guī)范，各廠商均按此規(guī)范建造入級。

單點系泊系統(tǒng)從20世紀50年代后期發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為廣泛使用的一種海上系泊油輪方式。它對海上油田的開發(fā)起著極為重要的作用，具有很多優(yōu)點，而且這種技術本身還在不斷發(fā)展之中。歸納起來，它適用于以下幾個方面。

(1)可作為進出口原油的深水港，供大型或超大型油輪系泊和裝卸原油，能充分發(fā)揮大型油輪經(jīng)濟運輸?shù)膬?yōu)越性，而不必花費巨額投資去建設深水港。

(2)海上大型油田的開發(fā)是十分復雜的，固定生產(chǎn)設備的投資大，建設時間長，在儲量尚未充分掌握之前，很難做出切合實際的技術決策。采用單點系泊裝置為核心的早期生產(chǎn)系統(tǒng)，可以提早開發(fā)油田，為油田永久性開發(fā)的技術決策提供依據(jù)。

(3)單點系泊裝置是邊際油田、深海油田及離岸遙遠油田經(jīng)濟開采的先進技術手段。

(4)可在經(jīng)濟上或技術上不宜鋪管的海域代替海底輸油管道。

(5)能系泊海上石油加工處理廠，回收和利用石油伴生氣，使海洋石油資源得到合理的利用。

單點系泊裝置主要有兩種基本類型，即懸鏈式浮筒系泊裝置和單錨腿系泊裝置。根據(jù)海上油田開發(fā)的需要和海況條件的要求，在這兩種基本類型的基礎上，單點系泊技術不斷改進，逐步發(fā)展為多種類型的系泊裝置。2

懸鏈式浮筒系泊裝置這種裝置是單點系泊裝置中最早出現(xiàn)的一種型式，也是數(shù)量最多的一種。它使用一個大直徑(10～17m)的圓柱形浮簡作為主體，以4條以上的長垂曲線錨鏈同定在海底基座上。浮筒是具有彈性的(即能吸收外力沖擊能量)，能在一定范圍內(nèi)漂移。浮簡上部是一個裝有軸承可旋轉360°的轉臺，上面配有系泊樁柱、輸油管線、閥門、流體旋轉頭、航標燈以及必要的起重設備等。中心部位的流體旋轉頭下面連接著水下軟管和海底輸油管匯，上面連接著漂浮軟管并通向油輪。油輪是用纜繩系泊在浮筒轉臺的樁柱上，在風、浪、潮、流的影響下，油輪能圍繞系泊點漂移轉動，使之處在最小受力位置，這就是該系泊裝置獨特的系泊彈性——風標性。它大大降低了系泊負荷，緩沖了風浪對系統(tǒng)的沖擊，也是單點系泊系統(tǒng)的主要特點之一?？傊?，它的主要優(yōu)點是結構簡單、便于制造和安裝；它的組成部件除旋轉頭和軟管之外，都是常規(guī)產(chǎn)品，設計、制造、安裝簡便，造價低廉。它的缺點是要求海底地貌平坦，浮筒的漂移、升沉隨環(huán)境條件的惡劣而增長，這將使水下軟管過度撓曲而易于損壞；在持續(xù)搖蕩期間，工作艇難于靠近，給維修保養(yǎng)工作帶來不便。2

單錨腿系泊裝置該裝置有一個細長的圓柱形浮筒，通常直徑為6～7m，高度約為15m。浮筒下面用錨鏈拉住，錨鏈的下端固定在海底基座上。由于浮筒具有正的剩余浮力，所以錨鏈始終保持一定的張力。海底基座是以承受浮筒的正浮力和最大系泊載衙為條件的。錨鏈與浮筒之間、錨鏈與海底基座之間都用萬向接頭相連接；這種結構能使整個浮筒和油輪罔繞系泊中心轉動，而無需在浮筒上面安裝軸承和轉臺。輸油管路不通過浮筒，水下軟管與漂浮軟管合為一條，直通油輪。這種系泊裝置既適用于淺水區(qū)，又適用于深水區(qū)，如果用于深水區(qū)，則錨鏈下端需連接一段內(nèi)有輸油管的立管，立管上頭與錨鏈鉸接，下頭鉸接在海底基座上。立管可在任意方向擺動。流體旋轉頭安裝在立管頂部。2

單浮筒剛臂系泊裝置該裝置是在懸鏈式浮筒系泊裝置的基礎上發(fā)展起來的，其主要差別是用剛性軛臂系泊取代纜繩系泊。剛性軛臂與儲油輪之間的鉸鏈連接，允許產(chǎn)生縱搖；它的另一端支持在浮筒上，可以圍繞浮筒旋轉，并通過萬向接頭連接在一起，這樣就可使浮筒、剛性軛臂和油輪的搖擺角各自獨立。2

單錨腿剛臂系泊裝置該裝置是在單錨腿系泊裝置的基礎上發(fā)展起來的。剛性軛臂與油輪是鉸鏈連接，并通過一個允許有相對縱搖和橫搖運動的鉸鏈接頭與系泊立管相連。鉸鏈接頭通過滾柱軸承連接到立管頂部，使軛臂和油輪能隨風擺動。與立管組合在一起的浮力艙趨于使立管保持垂直位置，從而為油輪保持在停泊點位置提供了恢復力。立管底部是通過萬向接頭與海底的錨定底座相連的。

這兩種類型的系泊裝置使用的剛性軛結構，可以減少油輪的自由度，改善其作業(yè)狀況，使整個系泊系統(tǒng)的性能更為穩(wěn)定。系泊油輪與單點系泊之間的剛性連接，可以避免在較惡劣海況下，油輪對浮筒的碰撞和失控飄移以及油輪和浮筒之間的激勵振蕩。這就是使用剛性軛臂的效應。油輪無需倒車推進器或拖輪控制，作業(yè)比較安全可靠。2

桅式單浮簡儲油系泊裝置桅式單浮筒儲油系泊裝置由一個大而長的垂直浮筒構成，通過數(shù)根定位錨鏈固定，在波浪中比較穩(wěn)定，無論是在海上縱蕩、升沉還是橫搖狀況，都比懸鏈式浮筒系泊裝置穩(wěn)定，適用于惡劣海況條件。

這兩種系泊裝置的一個重要特點，就是能延長最易磨損的漂浮軟管、水下軟管和系泊纜繩的壽命。當不使用時，漂浮軟管和系泊纜繩由絞車卷起而不再漂浮在海面上，減少破損問題；水下軟管長度較短，又處于波浪影響區(qū)域之外，故漂動很小。

另一個重要特點是在惡劣海況條件下，浮筒在任何方向都只有一個低振幅漂動，原因是沒入水下浮簡體積大，重心低，而且與海面相交的浮筒段直徑較小，使波浪阻力減至最低限度。

這兩種系泊系統(tǒng)配備的設備較多，除了必要的流體旋轉頭、管線、閥門、吊機之外，還裝有絞車、發(fā)電機組、居住設施、救生與防火設備、直升機平臺等，是一個具有多功能的海上石油裝置。它們的最大缺點是費用昂貴，設備、制造、安裝工作量較大．故盡管優(yōu)越性明顯，至今安裝實例卻很少。2

導管架塔式剛臂系泊裝置我國渤海某油田采用的導管架塔式剛臂系泊裝置，浮式生產(chǎn)儲油輪是借助于系泊剛臂連接到導管架上。系泊頭安裝在導管架頂部中央的將軍頭上。系泊頭上安裝有轉輸油、氣、水的流體旋轉頭和一個轉動軸承．它可以使生產(chǎn)儲油輪和系泊剛臂一起繞著導管架轉動。

系泊臂是一個剛性“A”字形鋼管構架，其前端依靠橫搖一縱搖鉸接頭與系泊頭相連接，后端依靠系泊腿與生產(chǎn)儲油輪的系泊構架連接。

在系泊剛臂后的壓載艙中裝有防凍的壓載液。當系泊系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，懸吊系泊剛臂的系泊腿是垂直的；當生產(chǎn)儲油輪由于環(huán)境力而移動時，系泊剛臂被抬起，從而產(chǎn)生恢復力，迫使生產(chǎn)儲油輪回到平衡位置。系泊腿的上、下端均用萬向節(jié)分別與系泊構架和系泊剛臂相連接。系泊剛臂的前端和系泊頭的連接是橫搖一縱搖鉸接頭，再加系泊頭上的轉動軸承，這就使生產(chǎn)儲油輪在風浪中能自由地進行所謂的六向運動(即縱搖、橫搖、艏搖、垂蕩、縱蕩、橫蕩)。

系泊剛臂懸吊在海面以上，通過活動棧橋，人們可以從生產(chǎn)儲油輪走到導管架上。油田產(chǎn)出的原油和天然氣從海底管道進入系泊頭上的流體旋轉頭，分別輸往生產(chǎn)儲油輪。2

固定塔式單點系泊裝置南海北部灣某油田采用的固定塔式單點系泊是一個固定在水深37．5m海床上的柱狀結構物，它通過一條纜繩系泊一艘的浮式生產(chǎn)儲油(FPS0)。