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单点技术介绍

Single Point Mooring

单点系泊源于英文“Single Point Mooring”,简单来说就是一个海上浮动码头。这项技术起源于19世纪50年代末,经过60余年的发展目前已经成为液体码头的主流,在海上油气开发和原油运输中转中发挥着巨大的作用。 单点系泊通常由一个固定在海面上的浮筒、陆地油库和连接两者的海底管道组成。浮筒漂浮在海面上作为一个浮动码头,可供油轮系泊,油轮可以随风浪流作360°回转,由于风标效应,被系泊船舶将会停泊在环境力最小的方位上。系泊在单点上的油轮和岸上的储罐可通过单点的管道系统传输介质(原油等)。 浮筒由若干条锚链将其与海床相连,这样浮筒既可在一定范围内随风浪流漂浮移动,起到缓冲作用,减少与巨轮间发生碰撞的风险,又可将其固定在特定范围的海面上。
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特点
Characteristic
与固定码头相比,它的最大特点即系泊方式是“点”,也就是大型油轮或超大型油轮可以系泊于近海海面上的一个深水“点”,然后进行装卸货操作。
优势
Advantage
与建设固定码头相比较,单点系泊具有以下的优势:一是不占用深水岸线资源,对岸线和海域的要求宽松;二是单点的作业条件较宽,有效作业天数长;三是单点投资少,建设周期短,回收投资周期短。
结构
Structure
按单点系泊系统的功能分类
单点系泊系统按功能分类主要有以下几种:悬链式锚腿系泊系统(CALM),依靠悬链效应来产生恢复力;单锚腿系泊系统(SALM),依靠浮筒的净浮力来产生恢复力;内转塔系泊系统(STP),其实质上是CALM系统的不同型式;固定塔式系泊系统(FTM),依靠缆索的弹性来产生恢复力;软刚臂系泊系统(SYM),依靠重力势能来产生恢复力。
按单点系泊系统的应用分类
从单点系泊系统的应用来讲,通常有两大类:海上“FPSO单点系泊系统”和离岸“单点系泊输油终端系统”,前者应用于FPSO定位系泊与流体输转,而后者用于离岸油气装卸,可代替固定式码头。

茂名30万吨级单点系泊系统属于悬链式锚腿系泊系统(CALM),其结构类型与组成部分如下:

一、CALM型单点的结构类型

CALM型单点是单点系泊中数量分布最多的一种,全世界目前共有CALM系统超过500座世界上第一套单点系泊系统就是这种类型。该类型单点的特点是浮筒由若干根呈辐射状布置的悬链锚腿(一般为锚链)固定于海底的锚或桩上的单点系泊装置,浮筒与海底管汇之间用软管连接。

目前,悬链式锚泊系统(CALM)已发展为三种典型的类型,技术发展已经相当成熟,按结构类型分,悬链式锚泊系统(CALM)有三种:滚轮轨道式(Bogie type);转盘式(Turntable type);转塔式(Turret type Buoy)。如图1~3所示。

       

                                                      图1 滚轮轨道式单点浮筒结构示意           2 转盘式单点浮筒结构示意        3 转塔式单点浮筒结构示意

滚轮轨道式(Bogie type)的结构与转盘式(Turntable type)的相近,他们的浮筒体(Buoy Body)与锚链连接固定,区别在于滚轮轨道式的三臂转台靠回转主轴承和滚轮轨道支撑,而转盘式的三臂转台完全靠回转轴承支撑。

转塔式浮筒(Turret type Buoy)与滚轮轨道式(Bogie type)和转盘式(Turntable type)最大的不同是它的浮筒体可以自由转动。

二、CALM型单点的组成

CALM型单点主要由浮筒、漂浮软管、水下软管、锚泊系统、海底管道(含海底管汇)和系泊总成等几部分组成,如图4所示。

 

4 单点系泊CALM系统示意图

1.浮筒(Buoy Body)

单点浮筒是以提供正浮力和安装旋转装置用,浮筒尺度根据所需正浮力和结构要求决定。除了强度上的要求外,浮筒还必须满足水中稳性要求,包括在无链拖航和最大外界环境中的稳定。浮筒结构示意图如图5所示。

 

5 单点系泊CALM型转盘式浮筒示意图

2.漂浮软管 (Floating Hoses)

漂浮软管一端连接浮筒输油平台,一端连接油轮的管汇,为了安装和存放的方便,软管被制成分节,每节长约10米,漂浮软管组一般由多节软管连接组成,如图6所示。

 

6 CALM型单点系泊漂浮软管组
 

3.水下软管(Submarine Hoses)

水下软管的连接方式与漂浮软管相似,一端连接浮筒底输油管道,一端连接海底管汇。水下软管常用的构型有以下三种:中国灯笼型(Chinese Lantern);陡峭波浪型(Steep Wave)和陡峭S 型(Steep S),如图7所示。


 图7 a.中国灯笼型       图7 b.陡峭波浪型       图7 c.陡峭S型

 

4.锚泊系统

 锚泊系统是由已浮筒为中心呈放射状排列的6-8条有档锚链组成,锚链将浮筒与海床锚桩相连,将浮筒固定在海面上,防止浮筒位移过大。 
 

5.海底管线及海底管汇

海底管线与单点水下软管通过海底管汇进行连接,另外一端连接岸上油库,用于输送原油等介质。

 

8 CALM型单点系泊海底管汇 

   海底管汇上一般还安装两组液压驱动的阀门,用于隔离水下软管和海底管线,一旦水下软管出现问题时可以关闭这两组阀门,防止海底管线中的原油外泄污染环境。

6.系泊缆总成 (Mooring Hawser)

系泊缆总成由浮筒过渡链、系泊缆、摩擦链和拾取缆绳等组成,用于油轮系泊单点时挂靠单点浮筒,使油轮在风浪流的作用下可绕着浮筒360°旋转 
 

   CALM型单点的卸油流程:油轮→漂浮软管→浮筒输油臂→浮筒旋转头→水下软管→海底管汇→海底管线→岸上油库。岸上油库配备装船系统则装油流程反之,可以实现通过单点系泊系统外装原油。由此可见,单点系泊系统+原油库区=原油中转基地,一个小小的单点系泊终端,可以让一个原油库成为原油上岸下海中转的基地。