必维技术固定式单点系统的若干关键技术探讨.pdfVIP

【必维技术【必维技术】固定式单点系泊系统】固定式单点系泊系统 （水下软刚臂形式（水下软刚臂形式 ）的若干关键技术探讨）的若干关键技术探讨 【【必维技术必维技术】】固定式单点系泊系统固定式单点系泊系统 （（水下软刚臂形式水下软刚臂形式））的若干关键技术探讨的若干关键技术探讨 单点系泊系统SPM （Single point mooring system ）or Single buoy mooring (SBM)，它的 主要作用是将FPSO 定位于预定海域，起着输送井流，电力、通信等功能。同时，使FPSO 具有风向标的效应，在各种风浪流作用下FPSO 的受力为最小，从而保证FPSO 在海上能 长期连续工作。 目前，全球大部分FPSO 的系泊系统属于单点系泊系统，单点系泊系统的特点是：容许FPSO 绕单点自由转动，从而有效地减少风浪流的作用力，这样锚链的尺度也相应地减少。单点系 泊系统十分有利于输油轮卸油：输油轮可与FPSO 首尾连接，输油轮、FPSO 同时绕单点 自由转动，具有操作方便、安全、可操作率高等优点。单点型系泊系统的缺点是制造成本高， 技术复杂。 我国采用的单点系泊系统主要分为两种：内转塔式系泊系统，软刚臂式系泊系统。而软刚臂 系统又分为水上软刚臂和水下软刚臂系泊系统。 图一：内转塔式 图二：水上刚臂式 图三：水下刚臂式 在复杂海洋环境下，单点系泊系统技术的复杂性会给安全生产带来许多隐患。以水下软刚臂 式系泊系统为例，其主要特点是1.单点围绕固定塔回转，形成风向标效应；2.主回转机构（轴 承）位于水下, 主要故障表现为轴承过度磨损和偏磨、上部组块设备振动失效、极端气象条 件下回转塔倒塌等等。 当主回转轴承存在过渡磨损及偏磨现象，轴承固定销、紧固螺丝存在松动、断裂现象时，单 点回转性能将下降，风向标效应即削弱，单点系统的实际承受载荷有可能超出其设计值。必 维国际检验集团石油天然气技术中心 （以下简称“必维技术中心”）在研究中发现，FPSO 在大幅回转过程中伴随有小幅往复震荡运动，增大了回转轴承的实际行程；软刚臂系统对轴 承产生水平载荷，使得主回转轴承偏心承载，从而导致过渡磨损和偏磨；系泊力的反复冲击 特性，使得轴承螺丝松动，并且承受交变载荷，容易导致疲劳断裂。轴承表面经过微观电镜 扫描，发现存在大量的 “犁沟”，显示有杂质侵入，分析其化学成分为SiO2，判断为海砂， 结论显示杂质侵入轴系，造成轴承过度磨损和失效。 当Yoke 连接螺栓松动、断裂，会造成FPSO 脱锚，系泊塔倒塌。必维技术中心研究发现螺 丝在反复交变系泊载荷作用下产生疲劳。 单点上部模块电仪等精密设备故障频繁发生，必维技术中心研究发现是由于回转驱动机构设 计装配间隙过大，对上部模块形成冲击，导致振动危害。 必维技术中心根据项目经验及研究成果，对单点设计、建造、营运提出以下几点建议： 1.水下回转轴承： • 设置唇形密封，防止杂质侵入； • 加宽、加厚轴承片，改善接触状态； • 加设辅助润滑系统，提高轴承磨损寿命。 2.水下螺丝/螺栓连接： • 改螺栓连接为焊接，提高连接强度。 3.上部模块振动： 设计中改进回转驱动机构的联接形式 （如改螺栓连接为焊接、减少装配间隙）， 并在设 计中考虑振动控制系统 （如碟形弹簧）。 4.单点型式： 水下软刚臂系统在可靠性、可维修性方面存在一定缺点，在目前的技术水平下尚无法完全解 决，宜暂缓采用。 建议采用水上软刚臂单点系统，回转轴承全部位于水上，方便营运中检修、维护 。 5.主回转轴承： 建议根据载荷计算的结果 （偏心载荷），合理选择具有抗偏心能力的回转轴承 （如锥形滚柱 轴承），以适应单点的运动特点。同时，严格控制轴承初始安装水平度，减少安装误差，同 时监控营运中轴承的润滑状态。 必维国际检验集团有一个包括全球140多个国家，拥有1330个办公室和实验室以及超过 60,000名员工的运营网络，有10个主要的石油天然气技术中心分布在世界主要的石油天然气 国家，这些由各专业的专家和工程师组成的技术中心为客户提出的具体需求与技术问题提供 全力的支持。 必维技术中心在单点故障调查方面有丰富的项目经验，我们的调查方法如下图所示： 通过各种分析手段，包括 FPSO 瞬时水动力分析、单点强度分析、轴承详细应力分析、轴 承塑性扩孔分析、螺栓应力分析以及断口微观电镜扫描等调查故障原因，为业主提出可行性 方案，最大程度排除隐患，实现安全生产。