單點系泊系統是海上油氣集輸的重要設施之一。在海上油氣開發過程中，單點系泊系統將油輪通過單一固定點的型式系泊在固定結構上，并使船舶能夠隨著風、海浪和海流的變化圍繞固定結構進行360°回轉，最終停留在環境力最小的方位上。油輪至單點至地面的油氣集輸過程見圖1。

圖1 油輪-單點-地面油氣集輸過程

本文以轉臺式懸鏈錨腿系泊系統為例，總結單點系泊系統中的主要部件，對設計過程中需要考慮的重要因素進行說明。

2.1 規范和入級

（1）規范

目前，單點系泊系統水域布置設計主要依據《海港總體設計規范》。DNV，ABS和BV等船級社都具有相關的通用設計和安裝規范。其他有關防腐、焊接和維護作業遵循的規范通常由設計方根據具體情況給出。

（2）入級

單點系泊系統可通過相應的船級社檢驗發證并入級。

2.2 設計工況

（1）浮筒結構設計工況

浮筒結構設計過程中需要考慮的工況主要包括三類：

• 正常運行和作業期工況

• 出現異常和意外狀態下的工況，例如密封艙進水和船舶撞擊

• 系泊、托航和吊裝等特殊作業條件下的工況

（2）系泊和錨泊系統設計工況

• 連接油輪的一般操作工況

• 沒有連接油輪的極端自存工況

2.3 設計方法

（1）浮筒結構

浮筒通常采用全封閉式圓筒結構，如圖2所示。圓筒中心處稱為中心井，其中布置滾動軸承、旋轉接頭和輸油立管。周圍布置6 ~ 9個密封艙，提供整個系統作業和自存條件下的浮力。

圖2 浮筒結構示意圖

浮筒結構設計過程中主要考慮以下內容：

• 浮筒容積能夠滿足整個系統所需的浮力，通常根據作業海域的環境數據和系泊能力確定

• 轉臺、上部設備及各種工況中外部荷載條件下，板殼結構、柱殼結構和梁部件的屈曲、斷裂和屈服強度校核，通常采用有限元方法進行分析，常用軟件包括ANSYS，ABAQUS和ADINA等

（2）轉臺及上部設備

轉臺通過滾動軸承與浮筒相連，作業過程中可以隨作業船舶360°旋轉。單點系泊系統的絕大多數設備都布置在轉臺上部，主要包括：

• 絞車：額定載荷滿足漂浮軟管和系泊纜接入作業需求

• 導航設備：布置霧笛、導航燈和雷達反射器

• 輸油管路：根據流體輸送能力要求進行設計

• 系泊器和系纜樁：進行托航和系泊作業條件下的強度校核

• 電力系統：包括太陽能板和蓄電池箱，為絞車和導航設備提供電力

轉臺上部安裝有保護框架，用于設備的保護。轉臺兩側分別布置潛水員平臺和登船平臺。潛水員平臺布置在輸油管路一側，用于輸油管端與漂浮軟管連接。登船平臺布置在相反方向，用于日常作業船舶的停靠。

圖3 轉臺結構示意圖

（3）系泊纜及錨鏈

    系泊系統包括系泊器和系泊纜兩部分。系泊器固定在轉臺邊緣，與系泊纜通過單向接頭相連，系泊纜另一端固定在船上。

圖4 系泊系統示意圖

錨泊系統包括止鏈器、錨鏈、錨樁。通常浮體結構通過均勻布置的6 ~ 8根錨鏈固定。

系泊纜及錨鏈設計過程中主要考慮以下內容：

• 布置與選型，通常根據水深選擇錨鏈形式，根據油輪噸級設計系泊纜參數

• 采用耦合分析方法（考慮錨鏈、浮筒和船舶的相互作用）對強度及疲勞進行校核，目前常用的系泊分析軟件包括Araine，Aqwa，Moses，Orcaflex和Sesam等

（4）防腐

    防腐設計主要包括涂裝和陰極保護：

• 根據不同結構的腐蝕程度劃分區域進行涂裝工藝設計

• 在水面以下的浮筒結構上通過栓接型式安裝犧牲陽極，以便于保護水下結構和定期更換

• 腐蝕裕量的計算通常依照ABS相關規范

（1）建造周期短，投資成本低

    長距離海上油氣集輸作業以油輪運輸為主，建造用于油輪裝卸的深水固定式碼頭通常需要較高的投資成本和長建造周期。而單點系泊系統的投資費用相對較低，通常為同等作業能力固定設施的30% ~ 50%。

    同時，單點系泊系統建造周期短，一般為6 ~ 12個月，安裝時間也小于固定平臺和海底管道等設施。

（2）作業范圍廣，機動性能強

    大型和超大型油輪具有較高的油氣輸送能力，但對港口航道的規模要求較高。目前絕大多數的港口航道較窄，水深較淺，配套設施規模較小，無法靠泊大型和超大型油輪。

單點系泊系統成功實現了油輪的海上系泊，適用水深范圍較廣，適應海上極端作業條件。目前現有的大部分單點系泊系統可以在7級大風及浪高3 ~ 5米的情況下進行原油裝卸，年平均工作日達到330個。

    同時，單點系泊系統也具有重復使用性，主要部件進行調整后能夠實現相似環境和作業條件下的重復使用。

（3）減小環境力，消耗沖擊能

大部分單點系泊系統采用錨鏈固定方式，在外力作用下能夠產生位移并吸收部分能量。這種型式一方面有效避免了船舶停靠過程中對固定結構的碰撞損傷，另一方面能夠緩沖有效位移反應和峰值系纜負荷。

    單點系泊系統包含有允許360°回轉的轉動結構，作業船舶系泊在轉動結構上，能夠隨著風、海浪和海流的變化而圍繞固定結構轉動，最終停留在所受環境力最小的位置。在該位置上能夠有效減小系泊力和作業載荷，保證高效安全的油氣輸送作業。

    目前國際上具備單點系泊設計能力的公司主要包括Blue Water和IMODCO等，具備比較豐富的單點系泊設計相關技術和經驗。國內涉及相關領域的設計單位較少，部分船舶及海工公司從事過單點系泊的建造和安裝，包括蓬萊巨濤、大連船舶重工和中遠船務等。

    未來隨著海洋石油勘探開發投資的增長，以及FPSO和FSRU等浮式裝置的大量應用，我國單點系泊系統的市場前景依然廣闊。因此有必要通過調研學習、課題研究和項目實戰等手段提高設計能力，掌握關鍵技術，實現單點系泊系統設計國產化，助力我國海洋工程裝備領域的進一步發展。

本文來自：藍海號角