軟鋼臂單點系泊系統(tǒng)系泊腿損壞故障分析及改進措施

1、軟鋼臂單點系泊系統(tǒng)系泊腿損壞故障分析及改進措施摘 要：文章主要針對軟鋼臂單點系泊系統(tǒng)的故障維修進行分析，以 “渤海明珠號”軟鋼臂單點系泊系統(tǒng)左舷系泊腿軸承損壞為例，對其故障 的根本原因進行分析，并針對此次故障，提出臨時性的改造方案，以解決 FPSO在冬季惡劣海況下安全生產(chǎn)的問題。關(guān)鍵詞：系泊腿；系泊臂；萬向節(jié)；單點系統(tǒng)故障；臨時繩索 中圖分類號： U661.44 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1006-8937 （2013） 09-0083-03“渤海明珠號” FPSC是一艘5萬t級FPSO它于1993年9月建成并 在綏中 36-1 油田試驗區(qū)服役， 期間經(jīng)過兩次進塢改造， 分別應(yīng)用于 PL1

2、9-3 和BZ25-1外資合作油田?！安澈Ｃ髦樘枴?FPSC具有鋼質(zhì)的船型船體，主船 體被兩道縱艙壁、十一道水密橫艙壁分割成七個原油儲藏艙、七對邊壓載 水艙、一對燃油艙、一個機艙、一個泵艙（上部為四個除油水艙） 、一個 艉尖艙（壓載艙）和一個艏尖艙（壓載艙） ，還有一對污油水艙。艉尖艙 的上部設(shè)有儲物艙、液壓泵站和油漆間。船體內(nèi)配備有齊全的保船設(shè)備。 油、氣、水處理設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、熱介質(zhì)鍋爐、蒸汽鍋爐和惰性氣體發(fā)生 裝置等均布置在生產(chǎn)甲板上。船體首部為生活樓與單點。生活樓頂部設(shè)有 直升飛機平臺。船的右舷配備用于穿梭油輪旁靠的系泊設(shè)施。它具有對井 流進行工藝處理的能力。在接受井口平臺輸送來的井流

3、之后，將井流處理 后儲存于油艙中，由油輪轉(zhuǎn)運“渤海明珠號” FPSO各近6萬t載重量的儲油輪在海上需要有一個系泊點。此系泊點上安裝有系泊臂，它與FPSO上安裝的系泊腿連接，可以使FPSO繞著系泊點作360°的轉(zhuǎn)動。生產(chǎn)儲油裝置借助系泊臂連接到導(dǎo)管 上，導(dǎo)管架的中心柱上焊有將軍柱，在將軍柱上端安放系泊頭。系泊頭上 有產(chǎn)出液、天然氣和注水的輸送旋轉(zhuǎn)接頭和一個轉(zhuǎn)動軸承，它可使生產(chǎn)儲 油船和系泊臂一起繞著導(dǎo)管架轉(zhuǎn)動。在一次季風(fēng)的影響下，左舷系泊腿上 部一個旋轉(zhuǎn)軸承損壞，導(dǎo)致該系泊腿不能自由旋轉(zhuǎn)。左舷系泊腿依然承受 較大的力，勢必不能維持長期的工作。本文就“渤海明珠號”FPSO單點系統(tǒng)出現(xiàn)的故

4、障原因及改進措施做分析和介紹。1 “渤海明珠號” FPSO單點系統(tǒng)簡介1.1 單點系泊系統(tǒng)環(huán)境條件設(shè)計 單點系泊系統(tǒng)按如下環(huán)境條件設(shè)計：一般風(fēng)暴條件為一年一遇的風(fēng)暴（和生產(chǎn)儲油輪連接時）；有效浪高2.3 m；最大浪高4.3 m平均浪周期：6.1 s ； 1 h 平均風(fēng)速 18 m/s （在 10 m 內(nèi)）；1 min 陣風(fēng) 21 m/s （在 10m 內(nèi)）；表層海流 1.37 m/s 。1.2 單點系泊系統(tǒng)的主要部件 導(dǎo)管架。導(dǎo)管架是一個平面呈矩形的鋼管構(gòu)架，在矩形的四角是四根腿，用水平的和斜的拉筋將四根腿連接起來。導(dǎo)管架全高43.6 m，導(dǎo)管架的底部和頂部的每邊尺寸分別為 15.4 m和5.

5、8 m，四根腿的直徑為1.3 m四根樁通過四根腿打入海底，將導(dǎo)管架固定住。 系泊頭。系泊頭包括轉(zhuǎn)動軸承支座、轉(zhuǎn)動軸承、轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)接頭堆 組、軟管托架。 系泊臂。系泊臂是一個剛性A字形構(gòu)架，其前端借助橫搖-縱搖絞 接頭與系泊頭相連接，其后一端借助于系泊腿與生產(chǎn)儲油輪上的系泊構(gòu)架 相連接。系泊臂懸吊在海面上，通過活動棧橋，人員可以從生產(chǎn)儲油輪上 走到導(dǎo)管架上。系泊頭上的產(chǎn)出液和天然氣通過旋轉(zhuǎn)接頭就保證了產(chǎn)出液 和天然氣不間斷地輸送。 系泊腿。系泊腿是一個剛制管件，其下端用萬向節(jié)與系泊臂壓載艙上的吊耳相連接，其上端用帶有軸向止推軸承的萬向節(jié)與FPSO的吊耳相連接。系泊腿從上萬向節(jié)的上軸到下萬向節(jié)的下

6、軸的總長為13 m鋼管直徑為0.6 m。系泊腿還是應(yīng)急情況時需解脫地裝置。生產(chǎn)儲油輪與系泊臂 的最后解脫是松開兩個系泊腿上的快速連接器，并將系泊臂下放到海面， 需拖輪協(xié)助。 萬向節(jié)。萬向節(jié)的本體是鑄鋼，軸是鍛鋼，并配以自潤滑青銅套。 軸和軸套相摩擦的部分均鍍以不銹鋼。軸向止推軸承可使系泊腿自由地繞 其縱軸線轉(zhuǎn)動。軸承的潤滑方式是油浴式。2 “渤海明珠號” FPSO單點系統(tǒng)故障現(xiàn)象及原因分析2.1“渤海明珠號” FPSO單點系統(tǒng)故障現(xiàn)象渤海灣海上強風(fēng)天氣時有發(fā)生。在冬季一次例行檢查時到發(fā)現(xiàn)SYMS(Soft Yoke Mooring System )左側(cè)系泊腿已經(jīng)旋轉(zhuǎn) 70°，超出了它

7、的自 然調(diào)整角度，同時從系泊腿上部軸承腔室發(fā)出巨大的摩擦噪音，而右側(cè)的 系泊腿卻沒有任何的異常。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，左側(cè)系泊腿上部軸承已經(jīng)變形， 并且無法復(fù)位。2.2 單點系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因及分析以上述對單點系統(tǒng)故障的描述為切入點，首先對系泊腿的潤滑系統(tǒng)進 行了檢查，發(fā)現(xiàn)軸套沒有充足的潤滑油進行潤滑。經(jīng)分析，其可能的原因 主要有以下幾個方面： 設(shè)計缺陷， 由于系泊腿上十字頭與操作臺的距離較遠(yuǎn)， 達到了 1.5 m， 同時又高出甲板13 m,日常的維護保養(yǎng)工作較為困難，屬于高空和弦外作 業(yè)，并且需要守護船的支持。 部分滑油加注管線丟失和損壞，造成上下萬向接軸上的軸套沒有充 足的潤滑油進行加注，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動不

8、靈活。 預(yù)防性維修（PM工作做得不徹底。原本該加注滑油的位置沒有及 時添加滑油。 未及時將更換出的系泊臂旋轉(zhuǎn)節(jié)內(nèi)的滾動軸承潤滑油（標(biāo)號為MOBIL SHC639 油脂清除，造成油脂卸放孔堵塞，清潔的油脂無法注入， 導(dǎo)致系泊腿軸承內(nèi)部缺少油脂潤滑。 檢查下部萬向節(jié)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)潤滑脂通道被堵塞，幾乎不可能加注 滑油。長時間的滑油消耗和損失勢必會造成缺油現(xiàn)象。 檢查系泊臂發(fā)現(xiàn)“ NOSE部件沒有良好潤滑，軸承潤滑脂化驗結(jié)果雜質(zhì)含量超標(biāo)，抽樣檢查 20%的緊固螺栓的預(yù)緊力和上緊標(biāo)志基本符合要 求。但是左側(cè)潤滑脂管線上沒有注油嘴。 檢查主軸承發(fā)現(xiàn)有干磨和水痕跡象，緊固螺栓抽樣檢查有不符合要求項。同時用黃

9、油槍加注黃油時，發(fā)現(xiàn)有些油嘴加不進去；潤滑系統(tǒng)沒有 釋放閥；壓力表校正標(biāo)簽過期。通過對故障原因檢查和分析，經(jīng)單點制造商SBM相關(guān)專家確認(rèn)后得出結(jié)論：左舷系泊腿上部旋轉(zhuǎn)軸承有重大 損壞，有不可接受的扭力傳至下部萬向節(jié)。無法正常工作，必須更換或替 代。3 單點系統(tǒng)故障臨時改進措施及實施3.1 單點系統(tǒng)故障的臨時改進措施SBM設(shè)計了暫時的系泊腿系統(tǒng)以取代原始的系泊腿。在系泊腿上下端 焊接吊點用臨時繩索作為系泊腿。臨時繩索安裝在FPSO系泊頭和SPM結(jié)構(gòu)之間，纜繩的主要參數(shù)如圖 1 所示。臨時繩索的材質(zhì)是聚酯纖維，其內(nèi)部有一個鐵心結(jié)構(gòu)，核心原理是三 股繩索同纜繩的縱軸平行， 增加強度。 此外，它們都有

10、一個外層護套保護。 只有當(dāng)系船纜與原停泊支架的重量差異被補償時，原設(shè)計荷載才施加到這 個臨時繩索。此設(shè)計已通過 DNVtt準(zhǔn)，臨時系泊腿壽命為 18個月。3.2 改進措施的實施過程 原始系泊腿的拆卸。按照拆卸程序先將原始系泊腿上損壞的(Techlock” clamping device )拆卸下來。之后用兩個通過 SBM廠家 設(shè)計的特殊纜繩代替系泊腿。在拆卸過程中確保所有的旋轉(zhuǎn)槽輪都能自由 轉(zhuǎn)動，溝槽潔凈無阻沒有被腐蝕。并且清除了所以尖銳的槽邊，特別是對 系泊腿的溝槽進行了重點清理，如圖 2、圖 3 所示。 搬運吊點至工作現(xiàn)場。此次設(shè)計的吊點重量達到了1.3 t，所以憑借個人的力量是無法移動的

11、?；谶@種情況，最后施工人員確定將它們放 置在特殊的支架上并且和支架固定好，使用吊機吊起支架，將支架放在拖 車上，施工人員將其從吊貨甲板拉到船首甲板。 吊點的吊運。如此大重量吊點的吊運工作是有相當(dāng)難度的，為了將 吊點吊運至工作位置，在船首甲板安裝了滑輪組（要求 3 t ）和升降絞車。 把絞車的基座焊接到甲板上，并且給這個基座加上支架。利用安裝在船首 甲板上的絞車和另一臺在單點上的絞車進行作業(yè)，整個吊運過程需要兩輛 絞車較好的配合，才能將吊點和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)吊到位，如圖 4所示。 吊點的焊接。根據(jù) SBM廠家的設(shè)計要求，安裝新的臨時系泊腿需要在連接系泊腿導(dǎo)管架的上部模塊左右舷各焊接吊臂1個（lif

12、ting bearm），吊點1個（Pad eye）。在左右舷系泊臂的管線內(nèi)部增加 4個支撐。管線的 外部焊接 2 個吊點。 安裝臨時系泊腿。利用掛裝的滑輪組配合首樓甲板上的兩個液壓纜機和SPMLh的絞車將臨時系泊腿連接安裝，然后向壓載水艙壓水使之按照 設(shè)計要求達到受力標(biāo)準(zhǔn)，如圖 5 所示。 斷幵和回收舊的系泊腿。用臨時繩索取代系泊腿后，對原有系泊腿 進行切除作業(yè)，切除以后的系泊腿利用絞車將其底部收至船艏，至此明珠 號單點系統(tǒng)問題臨時改進措施實施項目基本完成。4 結(jié)語 “渤海明珠號”單點系統(tǒng)故障的臨時解決措施整體的項目實施過程風(fēng)險較大。雖然此改造方案已經(jīng)取得了挪威船級社（DNV的批準(zhǔn)，但是此次改造無任何前例可以借鑒，考慮到海上惡劣的天氣情況可能對FPSO造成的影響，強風(fēng)天氣時替代纜繩承受載荷的情況，吊點的強度和去除剛性 系泊腿可能出現(xiàn)的問題等因素，我們認(rèn)為提出合理