单点系泊

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。

单点系泊码头通常由一个能够漂浮在海面上的浮筒和铺设在海底与陆地贮藏系统连接的管道组成。浮筒漂浮在海面上，油轮上的原油通过漂浮软管进入浮筒后，从水下软管进入海底管线，输到岸上的原油储罐。为防止浮筒随海浪远距离漂移，用数根巨大的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，增加缓冲作用，减少与巨轮间发生碰撞的危险，又不至于被海浪漂走。

单点系泊系统SPM（Single point mooring system），它的主要作用是将FPSO定位于预定海域，起着输送井流，电力、通信等功能。同时，使FPSO具有风向标的效应，在各种风浪流作用下FPSO的受力为最小，从而保证FPSO在海上能长期连续工作。

按单点系泊系统的功能分类

为了实现单点系泊系统的功能，多年来已发展了多种类型的单点系泊系统，主要有悬链腿系泊系统（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。

FPSO单点系泊系统用于近海油田开发，是近海油田“井口平台+生产储油轮（FPSO）+单点系泊系统”采油方式中主要组成部分之一，其简要描述为：井口平台用于安装采油设施，将地下油田的油、气、水三相液体（称为井流）采集上平台，井流通过海底管线输送到FPSO；经过FPSO上配备的油、气、水三相分离设施和其他生产设施对井流进行处理，处理后的原油储存在FPSO油舱内，待定期前来的穿梭油船将原油运输到油库。单点系泊输油终端系统通常用于外来原油的卸载。单点系泊输油终端系统的组成可分为动和静两大部分，陆上管线、海底管线、筒下软管等属于静的部分+作业时到港油船通过系泊缆与浮筒连接，浮简在风、浪、流的作用下有一定的升沉和漂移运动，油船与浮筒的转台连接使它始终处于外界作用力合力最小的方向，环绕浮筒有360°的自由度，所以浮筒及漂浮软管均属动的部分。在静与动之间，全靠安装于浮筒上的输油旋转接头沟通连接，使原油的输送得以实现。

就单点系泊系统的组成而言，它主要包括流体输转系统（FTS，核心为旋转接头装置）、转台或转塔系统（TTS）、主轴承（系泊轴承）、柔性立管、系泊浮筒以及其他附属装置。

流体旋转接头

不管是什么类型的单点系泊系统，都涉及到一个关键装置——流体旋转接头（如图1～图3所示）。可实现油、成品油、注水、注气、遥控液压信号、电信号/光信号、高压电力输送等名通道同时传输．成为海上油田现代化比声的传输中心。

旋转接头装置往往处于风、浪、流、潮水等交替作用之下，一旦发生事故，救援困难，所以旋转接头装置必须具有更高的安全性；由于海上设施离岸维修条件差、检修周期长，因此要求旋转接头装置性能可靠、经久耐用；旋转接头装置常处于潮湿盐雾环境中。海水和大气腐蚀问题严重。旋转接头装置应具有更高的耐腐蚀性；旋转接头装置通过的是高压、高温且有腐蚀性的介质，除了满足介质传输功能外，还要保证不能因旋转接头的动密封失效而导致泄漏，发生污染环境的事故，因此在整个采油系统中，旋转接头装置是一个要求极高的关键设备。

单点系泊系统水动力分析技术

水动力分析是单点系泊系统的另一个关键技术。系泊系统本身的主要作用是减小浮体的位移，但同时为保证系泊系统本身的强度，又不宜产生过大的约束力。最小运动与最小系泊力是矛盾的要求，因此系泊系统的设计在于选择最适宜的系泊刚度。系泊系统的刚度（产生回复力）可由三种途径得到：重力，如用锚链等；浮力，如系泊装置本身或浮筒产生的浮力；材料弹性，如用尼龙缆、聚酯缆等。单点系泊是一个复杂的非线性系统，在风、浪、流环境条件下，作用在系泊系统上的载荷，按其随时间变化的不同特点可划分为：（1）数值恒定的平均载荷；（2）缓慢变化的低频载荷；（3）以波浪频率变化的高频载荷（一阶力）。平均载荷使海洋结构物具有一个平衡位置，结构物将围绕这一平衡位置做振荡运动。低频载荷是不规则波引起的二阶漂力，它与一阶力相比，通常具有较小的数量级，但因其变化频率接近系泊系统的固有频率，容易使结构物发生慢漂振荡，这是系泊系统中的主要问题。

单点系泊系统的静态分岔特性研究

在海洋工程中，单点系泊是一种常用的船舶系留方式，广泛地应用于海洋生产、抵御台风等需要海洋结构物维持其位置相对固定的场合。系泊船只的运动可以用船舶非线性操纵运动方程来描述。

由于潮流的速度较低，与一般意义下的船舶操纵运动相比，系泊船只的运动响应具有自己的特征。两者的不同主要在于：

（1）桨和舵对于系泊系统的影响较小；

（2）系泊船只可能产生较大的横向运动（振转运动）；

（3）作用于系泊船只的水动力具有强烈的非线性。

对于这一类多自由度非线性微分动力系统,求解其解析解几乎是不可能的事情。因此人们往往采用定性分析的方法来研究它们的动力学行为，如稳态解的多值性、倍周期分岔和混沌现象等等。由于这些复杂的动力学响应都与平凡解的定性特征有关，故而对于静态分岔特性的研究就是必要的了。静态分岔特性的研究涉及到平凡解的数目及其稳定性分析，在这方面奇异性理论是一种强有力的工具。

单点系泊船舶的动态分岔特性研究

动态分岔研究是系泊系统非线性动力学特性研究的主要组成部分，系泊缆绳所承受的极值系泊力水平主要取决于系泊船舶的动态分岔特性。但是，无论从设计还是使用的角度出发，研究环境条件，如风浪流参数的变化对于系泊船舶动力学特性的影响，都是十分必要的。

1958年世界第一套单点系泊系统在瑞典作为“海上加油站”成功投产，揭开了单点系泊技术在海洋石油开采和海上原油中转等领域上的应用的序幕。而中国大陆第一套单点系泊系统于1994年9月竣工，这套单点系统作为茂名石化进口原油的咽喉而存在。

40多年来，随着近海石油勘探开发和海上运输业的发展，单点系泊技术的发展十分迅速。这种技术已作为一种成熟的海上中转、仓储、过驳技术被世界各国竞相采用。

首先，单点作为海上中转终端，通过这种“浮动的码头”，就可以供大型船舶系泊和装卸原油或矿砂，充分发挥了大型船舶运输的优越性。其次，单点作为海上油田采油终端，起到了“浮动油库”的作用，是深海、遥远油田上经济而且先进的储输手段。可以这样说，单点系泊技术为海洋石油开采和海上运输中转的历史翻开了崭新的一页，极大地推动了海洋石油开采业和石油化工业的发展。 单点系泊技术的兴起、发展和应用，对海洋石油开发和提高海上运输效率起到了重要的作用。 单点系泊作为一种技术革命，其优势如何？实践证明： 首先，单点系泊的最大优势是将码头由岸边移至海上，解决了世界上绝大部分港口航道较窄、较浅、规模较小，不能与大型油轮和超大型油轮发展相匹配的矛盾。这在中国的原油接卸中具有重要的现实意义，因为中国上百个炼油厂中，具备接卸25万吨位以上油轮能力的原油码头不过两三个。在广东茂名的茂名石化率先引进单点技术，这是中国大陆第一个移动码头。单点系泊技术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码头卸油量不足的制约，茂名石化通过建设单点系泊获得发展的同时也开创了在中国建设具备超大接卸能力原油码头的新路子。其次，单点系泊具有漂浮式和旋转式的特征：可以在7级大风中，有效浪高3.5米的情况下进行原油接卸，而且可以360度不受限制地自由转动，不需要考虑风、浪、流转变引起的影响，因此受气候影响较小；而一般靠岸式码头、岛式码头、栈桥式码头仅能在2米以下的风浪中进行接卸，受环境条件（风、浪、流）的影响非常大。 第三是节约投资。以茂名25万吨级单点系泊原油码头为例，全部建设投资约为2～3亿元人民币。而一般情况下，建设同样等级的固定码头则至少需要10亿元以上，其费用约是建设单点系泊的3～4倍。 以美国为例说明单点系泊的重要性。众所周知，美国每年的原油处理量超过10亿吨，2002年美国每天从国外进口原油914万桶，其中超过30%，也就是说，平均每天约有超过274万桶进口原油，是通过位于路易斯安那海岸线约30km新奥尔良市(New Orleans)的乐普公司(LOOP INC) 的三个单点系泊进行卸载的。该公司的单点系泊位于35米水深处，设计可靠泊世界最大的70万载重吨的油轮。乐普公司(LOOP INC)所接卸的原油通常来源于中东、西非、北海、哥伦比亚、墨西哥和阿拉斯加，其专用大型油轮(VLCC)和超大型油轮(ULCC)载货量都是350万桶（约50万吨）。如果没有这三个单点系泊，这些油轮就必须在加勒比海转运设施过驳到可以靠岸的小船，这样进口原油的运输和过驳费用与使用单点系泊进行卸载比较相差甚远，炼油企业根本无法承受。也正是基于此考虑，美国东部的33个炼厂共同出资，创立乐普公司，并通过上市融资建立了一个宠大的包括3个单点浮筒和管线、管汇结构的单点系泊系统，通过相互连通的陆上管线分别向每个相关炼油厂供应原油。 集中优势，发挥辐射作用，充分利用单点系泊的特性，这是一种十分明智的选择和决策，可避免重复建设引起资源的极大浪费。就拿路易斯安那州和德克萨斯州的十一个炼油厂来说，它们都位于墨西哥湾，如果它们各自建设自己的码头也不是不可能的,但投资要大十倍。 国际上第一个悬链锚腿系泊(CALM)型单点系泊，是1958年由美国IMODCO公司（后改称SBM-IMODCO公司）为瑞典皇家海军在瑞典达拉罗港(Dalarö)设计和建造的。这是一个具有特别用途、能够系泊3000吨船舶的系统。自那时起，单点系泊在世界的应用一发而不可收，遍布各沿海地区，足见其旺盛的生命力。