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　　摘要：本文描述了内转塔式单点系泊系统的发展、组成和功能，探讨了内转塔式单点系泊系统设计、制造和试验中涉及的主要关键技术，最后给出了装置国产化的一些建议。

　　关键词：单点系泊;内转塔;FPSO;主轴承;旋转接头;密封;立管系统;水动力分析

　　中图分类号：U676文献标识码：A

　　On the Topic of Internal Turret Mooring System

　　LIU Shengfa

　　( Guangzhou Marine Engineering Corporation, Guangzhou 510250 )

　　Abstract: This article describes the development, architecture, key components, functions and features of the Internal Turret Mooring System, probes into the key technologies related to its design, manufacture and test. Some suggestions are given at the end of this article.

　　Key words: SPM ITM FPSO Bearing Swivel Sealing Riser Hydrodynamics

　　1 概述

　　海洋油气装备制造业是国家战略性新兴产业的重要组成部分，是高端装备制造业的重点方向。单点系泊系统是海洋油气工程领域的关键装备之一，它主要包括两大部分，一是实现介质传输功能的浮式装置，二是实现浮体定位功能的系泊系统。其基本原理是将海洋工程结构物通过一个可360°回转的系泊点系固于海上，由于风标效应，结构物将会顺应在环境力最小的方位上；在回转的同时，介质可以在静态结构和动态结构间进行传输。

　　内转塔式单点系泊系统是海上FPSO系统的三大核心组成部分之一，投资（设计、制造和海上安装）约占整个FPSO系统的1／3。FPSO船体部分设计和建造技术国内已完全掌握；FPSO上部工艺处理模块国内已具有系统集成设计能力，但主要工艺处理设备均依赖进口。

　　2国内外发展现状

　　2.1国外发展现状

　　单点系泊系统的关键装置之一－－流体旋转接头，主要由挪威的FRAMO公司和荷兰的BRUCK公司垄断。

　　内转塔式单点系泊系统用多功能旋转接头已经具有多元化的产品和技术，包括集流体旋转接头、电滑环及光纤滑环于一体的旋转传输装置，其中与单点系泊系统旋转接头配套厂家以德国的MOOG为典型；产品涵盖范围广、技术成熟，国际上大多单点系泊系统旋转传输装置均是从MOOG进行配套。

　　2.2国内发展现状

　　国内对单点系泊系统相关的技术已经进行了多年的研究，但其中专门针对内转塔式单点系泊系统的研究非常少，尤其是面向LNG-FPSO和LNG-FSRU的内转塔式单点系泊系统的研究基本没有开展。

　　广州船舶及海洋工程设计研究院自1984年开始从事近海工程的研究和设计，长期对单点系泊系统和旋转接头技术进行资料跟踪、收集、研究和设计。1986~1992年间，成功研制了SS-800型液体旋转接头，并制作了样机进行了台架试验，通过了鉴定及CCS（中国船级社）的认可。该成果于1994年获中华人民共和国国家科学技术委员会颁发的国家科技成果证书。SS-800型液体旋转接头的研制成功填补了我国海上油田开发设备的一项空白。但是样机在高压15 MPa时遇到困难，且通道数仅为2个液体通道，所以离实际应用存在较大距离。2006~2007年，受中海油（中国）有限公司的委托，我院又完成了也是用于近海油田开发的“单点系泊系统流体旋转接头专题研究”项目，设计了与SS-800型密封形式完全不同的、具有3通道的SS-1200型流体旋转接头，并顺利通过中海油公司的验收。但由于经费等原因，未能走到样机试制阶段。

　　2012年，在国家工信部和中船集团公司的支持下，广州船院承担了工信部“悬链腿式单点系泊装置研制”项目，目前该项目正在研发中。

　　近几年来，国内已有大连重工起重、大连中远等单位开始了单点系泊装置的研究工作，有利于国家整体研发能力的提高。

　　3内转塔式单点系泊系统功能和组成

　　3.1 内转塔式单点系泊系统的组成和功能

　　内转塔式单点系泊系统按解脱方式可分为永久式和可解脱式，早期内转塔多为永久式，现在越来越多采用可解脱式，尤其是在可能遭遇恶劣海况的海域。

　　内转塔式单点系泊系统包括几大部分：大型浮体（如FPSO）、内转塔系统、锚泊系统和立管系统（见图1）。对FPSO内转塔式单点系泊系统而言，其主要完成3个功能：

　　（1）通过锚泊系统保持FPSO在特点区域，并允许FPSO围绕单点旋转，以顺应环境载荷（风标效应）；

　　（2）流体从立管通过内转塔系统传输到FPSO上进行工艺处理；

　　（3）传输电力、液压以及其它介质和信号。

　　内转塔式单点系泊系统主要应用在FPSO、LNG－FPSO和LNG－FSRU系统中。

　　3.2内转塔系统组成

　　典型的内转塔系统包含四个主要部分：

　　转塔（T）――主要包括转塔轴，转塔腔体， 主轴承和下部轴承；

　　流体传输系统（FTS）－－主要指多通道旋转接头和管路系统，位于转塔上部，并通过转塔传递系统（TTS）来连接；

　　转塔传递系统（TTS）－－ 主要指中间管汇和转台，转台可围绕转塔旋转，TTS连接转塔和FTS；

　　接口系统（IS）－－主要包括系链浮筒、系泊缆、挠性立管，以及旋转接头检视平台结构和其它辅助设备。

　　常见的单点系泊内转塔结构型式见图1。

　　4内转塔式单点系泊系统涉及的关键技术

　　4.1内转塔式单点系泊系统总体设计

　　总体设计是内转塔式单点系泊系统设计要综合几方面考虑的问题。

　　（1）油气田海域情况，包括海域位置、水文与气象条件、地质条件等，这通常需要委托专门的海洋气象与地质调查局（研究院）来进行，获得专业环境条件数据和土工数据，为锚泊系统的设计和水动力分析提供设计输入。

　　（2）油气品质，包括密度、API重度、粘度、含蜡量、凝点、K值、含硫量、含水量、压力、温度等，这些数据将由业主委托专门的公司进行分析提交给设计方，为流体输送系统（FTS）的设计提供基础数据。

　　（3）FPSO的功能和工艺要求，包括FPSO主尺度、排水量、油气存储量、生产量、服务油气井的数量、注水要求、注气要求、供电要求、通信要求、控制要求等，为工艺系统设计尤其是旋转接头的设计提供依据，如流体旋转接头的类型，流体通道的数量，流体通道的直径，流体通道介质压力和温度，电滑环的数量、额度电流和电压，控制信号、光纤信号滑环的数量和规格，以及公用旋转接头（如化学药剂、仪表气、氮气和蒸汽等）的数量和规格等。

　　（4）内转塔的大小，主要取决于以下几个因素：船宽的限制、多通道旋转接头大小的限制、滚柱轴承直径（制造能力）的限制、滚柱轴承承载力（制造能力）的限制、筒下立管和脐带数量的限制等。

　　（5）内转塔式单点系泊系统布置，根据其功能要求和使用要求，确定内转塔式单点系泊系统的结构类型，确定转塔、转塔传递系统（TTS）、流体传输系统（FTS）和接口系统（IS）的结构型式和布置，以及转塔系统各类辅助装置的设计、选型和布置等。

　　4.2与船体的匹配设计

　　主要包括内转塔式单点系泊系统与FPSO船体之间的匹配设计、结构形式和结构强度、加工精度和装配精度要求等的确定。

　　FPSO船体与系链浮筒的接口也就是这个转塔腔体，转塔腔体的设计就是匹配设计的关键。

　　4.3主轴承和下部轴承

　　主轴承是实现单点系泊风标效应的重要部件，由于其尺度较大（直径约4 m～20 m），所受荷载也较大，又处于海上恶劣环境条件下，所以轴承选型设计时必须充分考虑其受力特点、耐磨性、密封和防腐等方面的要求。同时，轴承部件的端面跳动、定环和动环的圆度、同心度、轴承间隙，以及上下轴承的同轴度等因素均至关重要，处理不好就容易产生不平衡载荷和疲劳载荷，导致轴承迅速损坏。顶部的主轴承是关键承载部件，宜采用三排滚柱轴承以承受轴向和径向载荷。下部轴承受力相对较小，可采用径向轴承以承受径向载荷，安装时确保与转塔轴线对中。

　　4.4锚泊系统设计与水动力分析

　　（1）锚泊系统设计

　　锚泊系统的设计首先是筛选系泊方案，再根据水动力计算分析不断优化，在获得较好结果的情况下通过水池模拟验证方案的合理性。