單點系泊

單點系泊源於英文“Single Point Mooring”，是指海洋工程船舶通過單點形式系泊在另一個固定式或浮式結構物上，船舶圍繞該結構物可以隨風浪流作360°迴轉，由於風標效應，被系泊船舶將會停泊在環境力最小的方位上。對海洋油氣開採來說，它同時必須具有流體輸轉功能。

基本介紹

• 中文名：單點系泊
• 外文名：Single Point Mooring
• 特點：系泊方式是“點”
• 拼音：dān diǎn xì bó
• 作用：輸送井流，電力、通信等
• 歷史淵源：1958年

特點

與固定碼頭相比，它的最大特點即系泊方式是“點”，也就是大型油輪或超大型油輪可以系泊於近海海面上的一個深水“點”，然後進行裝卸貨操作。

結構

單點系泊碼頭通常由一個能夠漂浮在海面上的浮筒和鋪設在海底與陸地貯藏系統連線的管道組成。浮筒漂浮在海面上，油輪上的原油通過漂浮軟管進入浮筒後，從水下軟管進入海底管線，輸到岸上的原油儲罐。為防止浮筒隨海浪遠距離漂移，用數根巨大的錨鏈將其與海床相連，這樣浮筒既可在一定範圍內隨風浪流漂浮移動，增加緩衝作用，減少與巨輪間發生碰撞的危險，又不至於被海浪漂走。

作用

單點系泊系統SPM（Single point mooring system），它的主要作用是將FPSO定位於預定海域，起著輸送井流，電力、通信等功能。同時，使FPSO具有風向標的效應，在各種風浪流作用下FPSO的受力為最小，從而保證FPSO在海上能長期連續工作。

系統的分類

按單點系泊系統的功能分類

為了實現單點系泊系統的功能，多年來已發展了多種類型的單點系泊系統，主要有懸鏈腿系泊系統（CALM），依靠懸鏈效應來產生恢復力；單錨腿系泊系統（SALM），依靠浮筒的淨浮力來產生恢復力；內轉塔系泊系統(STP)，其實質上是CALM系統的不同型式；固定塔式系泊系統（FTM），依靠纜索的彈性來產生恢復力；軟剛臂系泊系統(SYM)，依靠重力勢能來產生恢復力。

按單點系泊系統的套用分類

從單點系泊系統的套用來講，通常有兩大類：海上“FPSO單點系泊系統”和離岸“單點系泊輸油終端系統”，前者套用於FPSO定位系泊與流體輸轉，而後者用於離岸油氣裝卸，可代替固定式碼頭。

FPSO單點系泊系統用於近海油田開發，是近海油田“井口平台+生產儲油輪（FPSO）+單點系泊系統”採油方式中主要組成部分之一，其簡要描述為：井口平台用於安裝採油設施，將地下油田的油、氣、水三相液體（稱為井流）採集上平台，井流通過海底管線輸送到FPSO；經過FPSO上配備的油、氣、水三相分離設施和其他生產設施對井流進行處理，處理後的原油儲存在FPSO油艙內，待定期前來的穿梭油船將原油運輸到油庫。單點系泊輸油終端系統通常用於外來原油的卸載。單點系泊輸油終端系統的組成可分為動和靜兩大部分，陸上管線、海底管線、筒下軟管等屬於靜的部分+作業時到港油船通過系泊纜與浮筒連線，浮簡在風、浪、流的作用下有一定的升沉和漂移運動，油船與浮筒的轉台連線使它始終處於外界作用力合力最小的方向，環繞浮筒有360°的自由度，所以浮筒及漂浮軟管均屬動的部分。在靜與動之間，全靠安裝於浮筒上的輸油旋轉接頭溝通連線，使原油的輸送得以實現。

就單點系泊系統的組成而言，它主要包括流體輸轉系統（FTS，核心為旋轉接頭裝置）、轉台或轉塔系統（TTS）、主軸承（系泊軸承）、柔性立管、系泊浮筒以及其他附屬裝置。

系統關鍵裝置

流體旋轉接頭

不管是什麼類型的單點系泊系統，都涉及到一個關鍵裝置——流體旋轉接頭（如圖1～圖3所示）。可實現油、成品油、注水、注氣、遙控液壓信號、電信號/光信號、高壓電力輸送等名通道同時傳輸．成為海上油田現代化比聲的傳輸中心。

旋轉接頭裝置往往處於風、浪、流、潮水等交替作用之下，一旦發生事故，救援困難，所以旋轉接頭裝置必須具有更高的安全性；由於海上設施離岸維修條件差、檢修周期長，因此要求旋轉接頭裝置性能可靠、經久耐用；旋轉接頭裝置常處於潮濕鹽霧環境中。海水和大氣腐蝕問題嚴重。旋轉接頭裝置應具有更高的耐腐蝕性；旋轉接頭裝置通過的是高壓、高溫且有腐蝕性的介質，除了滿足介質傳輸功能外，還要保證不能因旋轉接頭的動密封失效而導致泄漏，發生污染環境的事故，因此在整個採油系統中，旋轉接頭裝置是一個要求極高的關鍵設備。

單點系泊系統水動力分析技術

水動力分析是單點系泊系統的另一個關鍵技術。系泊系統本身的主要作用是減小浮體的位移，但同時為保證系泊系統本身的強度，又不宜產生過大的約束力。最小運動與最小系泊力是矛盾的要求，因此系泊系統的設計在於選擇最適宜的系泊剛度。系泊系統的剛度（產生回復力）可由三種途徑得到：重力，如用錨鏈等；浮力，如系泊裝置本身或浮筒產生的浮力；材料彈性，如用尼龍纜、聚酯纜等。單點系泊是一個複雜的非線性系統，在風、浪、流環境條件下，作用在系泊系統上的載荷，按其隨時間變化的不同特點可劃分為：（1）數值恆定的平均載荷；（2）緩慢變化的低頻載荷；（3）以波浪頻率變化的高頻載荷（一階力）。平均載荷使海洋結構物具有一個平衡位置，結構物將圍繞這一平衡位置做振盪運動。低頻載荷是不規則波引起的二階漂力，它與一階力相比，通常具有較小的數量級，但因其變化頻率接近系泊系統的固有頻率，容易使結構物發生慢漂振盪，這是系泊系統中的主要問題。

研究方法

單點系泊系統的靜態分岔特性研究

在海洋工程中，單點系泊是一種常用的船舶系留方式，廣泛地套用于海洋生產、抵禦颱風等需要海洋結構物維持其位置相對固定的場合。系泊船隻的運動可以用船舶非線性操縱運動方程來描述。

由於潮流的速度較低，與一般意義下的船舶操縱運動相比，系泊船隻的運動回響具有自己的特徵。兩者的不同主要在於：

（1）槳和舵對於系泊系統的影響較小；

（2）系泊船隻可能產生較大的橫向運動（振轉運動）；

（3）作用於系泊船隻的水動力具有強烈的非線性。

對於這一類多自由度非線性微分動力系統,求解其解析解幾乎是不可能的事情。因此人們往往採用定性分析的方法來研究它們的動力學行為，如穩態解的多值性、倍周期分岔和混沌現象等等。由於這些複雜的動力學回響都與平凡解的定性特徵有關，故而對於靜態分岔特性的研究就是必要的了。靜態分岔特性的研究涉及到平凡解的數目及其穩定性分析，在這方面奇異性理論是一種強有力的工具。

單點系泊船舶的動態分岔特性研究

動態分岔研究是系泊系統非線性動力學特性研究的主要組成部分，系泊纜繩所承受的極值系泊力水平主要取決於系泊船舶的動態分岔特性。但是，無論從設計還是使用的角度出發，研究環境條件，如風浪流參數的變化對於系泊船舶動力學特性的影響，都是十分必要的。

歷史淵源

1958年世界第一套單點系泊系統在瑞典作為“海上加油站”成功投產，揭開了單點系泊技術在海洋石油開採和海上原油中轉等領域上的套用的序幕。而中國大陸第一套單點系泊系統於1994年9月竣工，這套單點系統作為茂名石化進口原油的咽喉而存在。

40多年來，隨著近海石油勘探開發和海上運輸業的發展，單點系泊技術的發展十分迅速。這種技術已作為一種成熟的海上中轉、倉儲、過駁技術被世界各國競相採用。

首先，單點作為海上中轉終端，通過這種“浮動的碼頭”，就可以供大型船舶系泊和裝卸原油或礦砂，充分發揮了大型船舶運輸的優越性。其次，單點作為海上油田採油終端，起到了“浮動油庫”的作用，是深海、遙遠油田上經濟而且先進的儲輸手段。可以這樣說，單點系泊技術為海洋石油開採和海上運輸中轉的歷史翻開了嶄新的一頁，極大地推動了海洋石油開採業和石油化工業的發展。 單點系泊技術的興起、發展和套用，對海洋石油開發和提高海上運輸效率起到了重要的作用。 單點系泊作為一種技術革命，其優勢如何？實踐證明： 首先，單點系泊的最大優勢是將碼頭由岸邊移至海上，解決了世界上絕大部分港口航道較窄、較淺、規模較小，不能與大型油輪和超大型油輪發展相匹配的矛盾。這在中國的原油接卸中具有重要的現實意義，因為中國上百個煉油廠中，具備接卸25萬噸位以上油輪能力的原油碼頭不過兩三個。在廣東茂名的茂名石化率先引進單點技術，這是中國大陸第一個移動碼頭。單點系泊技術大大增加了茂名石化原油接卸量，使茂名石化原油加工量突破了碼頭卸油量不足的制約，茂名石化通過建設單點系泊獲得發展的同時也開創了在中國建設具備超大接卸能力原油碼頭的新路子。其次，單點系泊具有漂浮式和旋轉式的特徵：可以在7級大風中，有效浪高3.5米的情況下進行原油接卸，而且可以360度不受限制地自由轉動，不需要考慮風、浪、流轉變引起的影響，因此受氣候影響較小；而一般靠岸式碼頭、島式碼頭、棧橋式碼頭僅能在2米以下的風浪中進行接卸，受環境條件（風、浪、流）的影響非常大。 第三是節約投資。以茂名25萬噸級單點系泊原油碼頭為例，全部建設投資約為2～3億元人民幣。而一般情況下，建設同樣等級的固定碼頭則至少需要10億元以上，其費用約是建設單點系泊的3～4倍。 以美國為例說明單點系泊的重要性。眾所周知，美國每年的原油處理量超過10億噸，2002年美國每天從國外進口原油914萬桶，其中超過30%，也就是說，平均每天約有超過274萬桶進口原油，是通過位於路易斯安那海岸線約30km紐奧良市(New Orleans)的樂普公司(LOOP INC) 的三個單點系泊進行卸載的。該公司的單點系泊位於35米水深處，設計可靠泊世界最大的70萬載重噸的油輪。樂普公司(LOOP INC)所接卸的原油通常來源於中東、西非、北海、哥倫比亞、墨西哥和阿拉斯加，其專用大型油輪(VLCC)和超大型油輪(ULCC)載貨量都是350萬桶（約50萬噸）。如果沒有這三個單點系泊，這些油輪就必須在加勒比海轉運設施過駁到可以靠岸的小船，這樣進口原油的運輸和過駁費用與使用單點系泊進行卸載比較相差甚遠，煉油企業根本無法承受。也正是基於此考慮，美國東部的33個煉廠共同出資，創立樂普公司，並通過上市融資建立了一個寵大的包括3個單點浮筒和管線、管匯結構的單點系泊系統，通過相互連通的陸上管線分別向每個相關煉油廠供應原油。 集中優勢，發揮輻射作用，充分利用單點系泊的特性，這是一種十分明智的選擇和決策，可避免重複建設引起資源的極大浪費。就拿路易斯安那州和德克薩斯州的十一個煉油廠來說，它們都位於墨西哥灣，如果它們各自建設自己的碼頭也不是不可能的,但投資要大十倍。 國際上第一個懸鏈錨腿系泊(CALM)型單點系泊，是1958年由美國IMODCO公司（後改稱SBM-IMODCO公司）為瑞典皇家海軍在瑞典達拉羅港(Dalarö)設計和建造的。這是一個具有特別用途、能夠系泊3000噸船舶的系統。自那時起，單點系泊在世界的套用一發而不可收，遍布各沿海地區，足見其旺盛的生命力。