软钢臂单点系泊系统系泊腿损坏故障分析及改进措施

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摘 要：文章主要针对软钢臂单点系泊系统的故障维修进行分析，以“渤海明珠号”软钢臂单点系泊系统左舷系泊腿轴承损坏为例，对其故障的根本原因进行分析，并针对此次故障，提出临时性的改造方案，以解决FPSO在冬季恶劣海况下安全生产的问题。

关键词：系泊腿；系泊臂；万向节；单点系统故障；临时绳索

中图分类号：U661.44 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）09-0083-03

“渤海明珠号”FPSO是一艘5万t级FPSO，它于1993年9月建成并在绥中36-1油田试验区服役，期间经过两次进坞改造，分别应用于PL19-3和BZ25-1外资合作油田。“渤海明珠号”FPSO具有钢质的船型船体，主船体被两道纵舱壁、十一道水密横舱壁分割成七个原油储藏舱、七对边压载水舱、一对燃油舱、一个机舱、一个泵舱（上部为四个除油水舱）、一个艉尖舱（压载舱）和一个艏尖舱（压载舱），还有一对污油水舱。艉尖舱的上部设有储物舱、液压泵站和油漆间。船体内配备有齐全的保船设备。油、气、水处理设备、发电设备、热介质锅炉、蒸汽锅炉和惰性气体发生装置等均布置在生产甲板上。船体首部为生活楼与单点。生活楼顶部设有直升飞机平台。船的右舷配备用于穿梭油轮旁靠的系泊设施。它具有对井流进行工艺处理的能力。在接受井口平台输送来的井流之后，将井流处理后储存于油舱中，由油轮转运。

“渤海明珠号”FPSO将近6万t载重量的储油轮在海上需要有一个系泊点。此系泊点上安装有系泊臂，它与FPSO上安装的系泊腿连接，可以使FPSO绕着系泊点作360°的转动。生产储油装置借助系泊臂连接到导管上，导管架的中心柱上焊有将军柱，在将军柱上端安放系泊头。系泊头上有产出液、天然气和注水的输送旋转接头和一个转动轴承，它可使生产储油船和系泊臂一起绕着导管架转动。在一次季风的影响下，左舷系泊腿上部一个旋转轴承损坏，导致该系泊腿不能自由旋转。左舷系泊腿依然承受较大的力，势必不能维持长期的工作。本文就“渤海明珠号”FPSO单点系统出现的故障原因及改进措施做分析和介绍。

1 “渤海明珠号”FPSO单点系统简介

1.1 单点系泊系统环境条件设计

单点系泊系统按如下环境条件设计：一般风暴条件为一年一遇的风暴（和生产储油轮连接时）；有效浪高2.3 m；最大浪高4.3 m；平均浪周期：6.1 s；1 h平均风速18 m/s（在10 m内）；1 min阵风21 m/s（在10m内）；表层海流1.37 m/s。

1.2 单点系泊系统的主要部件

①导管架。导管架是一个平面呈矩形的钢管构架，在矩形的四角是四根腿，用水平的和斜的拉筋将四根腿连接起来。导管架全高43.6 m，导管架的底部和顶部的每边尺寸分别为15.4 m和5.8 m，四根腿的直径为1.3 m，四根桩通过四根腿打入海底，将导管架固定住。

②系泊头。系泊头包括转动轴承支座、转动轴承、转盘、旋转接头堆组、软管托架。

③系泊臂。系泊臂是一个刚性A字形构架，其前端借助横摇-纵摇绞接头与系泊头相连接，其后一端借助于系泊腿与生产储油轮上的系泊构架相连接。系泊臂悬吊在海面上，通过活动栈桥，人员可以从生产储油轮上走到导管架上。系泊头上的产出液和天然气通过旋转接头就保证了产出液和天然气不间断地输送。

④系泊腿。系泊腿是一个刚制管件，其下端用万向节与系泊臂压载舱上的吊耳相连接，其上端用带有轴向止推轴承的万向节与FPSO的吊耳相连接。系泊腿从上万向节的上轴到下万向节的下轴的总长为13 m，钢管直径为0.6 m。系泊腿还是应急情况时需解脱地装置。生产储油轮与系泊臂的最后解脱是松开两个系泊腿上的快速连接器，并将系泊臂下放到海面，需拖轮协助。

⑤万向节。万向节的本体是铸钢，轴是锻钢，并配以自润滑青铜套。轴和轴套相摩擦的部分均镀以不锈钢。轴向止推轴承可使系泊腿自由地绕其纵轴线转动。轴承的润滑方式是油浴式。

2 “渤海明珠号”FPSO单点系统故障现象及原因分

析

2.1 “渤海明珠号”FPSO单点系统故障现象

渤海湾海上强风天气时有发生。在冬季一次例行检查时到发现SYMS（Soft Yoke Mooring System）左侧系泊腿已经旋转70°，超出了它的自然调整角度，同时从系泊腿上部轴承腔室发出巨大的摩擦噪音，而右侧的系泊腿却没有任何的异常。经检查发现，左侧系泊腿上部轴承已经变形，并且无法复位。

2.2 单点系统故障产生的原因及分析

以上述对单点系统故障的描述为切入点，首先对系泊腿的润滑系统进行了检查，发现轴套没有充足的润滑油进行润滑。经分析，其可能的原因主要有以下几个方面：

①设计缺陷，由于系泊腿上十字头与操作台的距离较远，达到了1.5 m，同时又高出甲板13 m，日常的维护保养工作较为困难，属于高空和弦外作业，并且需要守护船的支持。

②部分滑油加注管线丢失和损坏，造成上下万向接轴上的轴套没有充足的润滑油进行加注，导致转动不灵活。

③预防性维修（PM）工作做得不彻底。原本该加注滑油的位置没有及时添加滑油。

④未及时将更换出的系泊臂旋转节内的滚动轴承润滑油（标号为MOBIL SHC639）油脂清除，造成油脂卸放孔堵塞，清洁的油脂无法注入，导致系泊腿轴承内部缺少油脂润滑。

⑤检查下部万向节，发现大多数润滑脂通道被堵塞，几乎不可能加注滑油。长时间的滑油消耗和损失势必会造成缺油现象。

⑥检查系泊臂发现“NOSE”部件没有良好润滑，轴承润滑脂化验结果杂质含量超标，抽样检查20%的紧固螺栓的预紧力和上紧标志基本符合要求。但是左侧润滑脂管线上没有注油嘴。

⑦检查主轴承发现有干磨和水痕迹象，紧固螺栓抽样检查有不符合要求项。同时用黄油枪加注黄油时，发现有些油嘴加不进去；润滑系统没有释放阀；压力表校正标签过期。

通过对故障原因检查和分析，经单点制造商SBM相关专家确认后得出结论：左舷系泊腿上部旋转轴承有重大损坏，有不可接受的扭力传至下部万向节。无法正常工作，必须更换或替代。

3 单点系统故障临时改进措施及实施

3.1 单点系统故障的临时改进措施

SBM设计了暂时的系泊腿系统以取代原始的系泊腿。在系泊腿上下端焊接吊点用临时绳索作为系泊腿。临时绳索安装在FPSO系泊头和SPM结构之间，缆绳的主要参数如图1所示。

临时绳索的材质是聚酯纤维，其内部有一个铁心结构，核心原理是三股绳索同缆绳的纵轴平行，增加强度。此外，它们都有一个外层护套保护。只有当系船缆与原停泊支架的重量差异被补偿时，原设计荷载才施加到这个临时绳索。此设计已通过DNV批准，临时系泊腿寿命为18个月。

3.2 改进措施的实施过程

①原始系泊腿的拆卸。按照拆卸程序先将原始系泊腿上损坏的（Techlock” clamping device））拆卸下来。之后用两个通过SBM厂家设计的特殊缆绳代替系泊腿。在拆卸过程中确保所有的旋转槽轮都能自由转动，沟槽洁净无阻没有被腐蚀。并且清除了所以尖锐的槽边，特别是对系泊腿的沟槽进行了重点清理，如图2、图3所示。

②搬运吊点至工作现场。此次设计的吊点重量达到了1.3 t，所以凭借个人的力量是无法移动的。基于这种情况，最后施工人员确定将它们放置在特殊的支架上并且和支架固定好，使用吊机吊起支架，将支架放在拖车上，施工人员将其从吊货甲板拉到船首甲板。

③吊点的吊运。如此大重量吊点的吊运工作是有相当难度的，为了将吊点吊运至工作位置，在船首甲板安装了滑轮组（要求3 t）和升降绞车。把绞车的基座焊接到甲板上，并且给这个基座加上支架。利用安装在船首甲板上的绞车和另一台在单点上的绞车进行作业，整个吊运过程需要两辆绞车较好的配合，才能将吊点和内部支撑结构吊到位，如图4所示。

④吊点的焊接。根据SBM厂家的设计要求，安装新的临时系泊腿需要在连接系泊腿导管架的上部模块左右舷各焊接吊臂1个（lifting bearm），吊点1个（Pad eye）。在左右舷系泊臂的管线内部增加4个支撑。管线的外部焊接2个吊点。

⑤安装临时系泊腿。利用挂装的滑轮组配合首楼甲板上的两个液压缆机和SPM上的绞车将临时系泊腿连接安装，然后向压载水舱压水使之按照设计要求达到受力标准，如图5所示。

⑥断开和回收旧的系泊腿。用临时绳索取代系泊腿后，对原有系泊腿进行切除作业，切除以后的系泊腿利用绞车将其底部收至船艏，至此明珠号单点系统问题临时改进措施实施项目基本完成。

4 结 语

“渤海明珠号”单点系统故障的临时解决措施整体的项目实施过程风险较大。虽然此改造方案已经取得了挪威船级社（DNV）的批准，但是此次改造无任何前例可以借鉴，考虑到海上恶劣的天气情况可能对FPSO造成的影响，强风天气时替代缆绳承受载荷的情况，吊点的强度和去除刚性系泊腿可能出现的问题等因素，我们认为提出合理化、规范化、标准化的施工方案非常关键，此方案的顺利实施，有效的解决了单点系统的故障问题，同时也保证了明珠号安全生产。目前，渤海湾单点以软钢臂连接方式运行的FPSO还有四艘，分别为明珠号、友谊号、长青号、世纪号，在以后的生产运行中都有可能发生与明珠号相类似的故障，希望以此作为借鉴，防止类似事情发生。

参考文献：

[1] SY/T 10032-2000，单点系泊装置建造与入级规范[S].

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