JP7143978B2 - 洋上浮体構造物に設置されるスツール - Google Patents

Description

本発明は、上甲板上等に生産設備等を設置する洋上浮体構造物に設置されるスツールの構造に関する。

浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ）などの洋上浮体構造物は、洋上で海底からライザー管を通して石油・ガスを生産するとともに、生産した原油をタンクに貯蔵してタンカーへ積み出すことのできる設備で、タンカーとは異なり、原油を貯留するタンクが設けられるだけでなく、上甲板上には生産設備が搭載される。この生産設備は、ガス分離設備、脱水設備、計量設備、発電設備等の種々の機器を備え、油井の特性に合わせて設計され、船体が製造されたあとに搭載されるので、船体の設計時には詳細が決まっていないことが多い。したがって、プロジェクトごとの生産設備の要件が確定するのを待って船体の設計を行うと、結果的に船体の製造が生産設備の搭載に間に合わずに、ＦＰＳＯの全体の建造期間が長くなるという問題が生じる。

また、生産設備は架台の上に固定された状態で上甲板上のスツールの上に設置されるが、スツールの構成と設置位置は、生産設備の種類、配置、大きさだけでなく、波浪荷重等による洋上浮体構造物の変形が架台に及ぼす影響も考慮しなければならず、上述のように、設計が完了するまでに時間がかかりＦＰＳＯの建造期間が長くなっていた。また、生産設備の種類や配置、およびスツールの種類に応じて洋上浮体構造物に伝達される荷重が異なり、上甲板を補強しなければならないことがあるが、スツール同士を上甲板上において桁材で連結することが必要になる場合、このような桁材は上甲板上の配管等に干渉しないよう考慮しなければならないという問題もあった。

これらの問題に対しては、上甲板の下面に、浮体の幅方向に延びる横方向強度部材と長手方向に延びる縦方向強度部材を設け、上甲板上の横方向強度部材と縦方向強度部材が交差する複数の点の少なくとも一部に生産設備を支持するためのスツールを設置可能なスツール設置部を設けた洋上浮体構造物が提案されている（特許文献１）。

特開２０１７－６５２９１号公報

しかし、スツール設置位置直下の長手方向の強度部材には、船体のハルガーダ荷重とトップサイドの荷重が重畳して掛かるため、スツールを設置する場合、長手方向の強度部材に対して十分な補強を行う必要がある。そのため、依然としてプロジェクトごとの生産設備の要件が確定するのを待って長手方向の強度部材に対する補強を行う必要があり、ＦＰＳＯの建造期間が長くなるという問題が生じる。

本発明は、洋上浮体構造物の上甲板上に設置され生産設備を支持するスツールに、洋上浮体構造物の縦曲げモーメントに対し十分な強度を与えることを目的としている。

本発明に関わるスツールは、洋上浮体構造物の上甲板上に生産設備を搭載するためのスツールであって、直立した状態で洋上浮体構造物の長手方向に沿って設置される板状の長手方向スツール強度部材と、長手方向スツール強度部材と交差して直立した状態で洋上浮体構造物の幅方向に沿って設置される板状の横方向スツール強度部材とを備え、長手方向スツール強度部材および横方向スツール強度部材の上辺と下辺の長さは等しい、または上辺が下辺よりも短く、上辺および下辺を結ぶ側辺にフランジ状に面材が設けられ、横方向スツール強度部材に設けられる面材の下端部が長手方向に広がる撥形状を呈する撥形状部を備え、撥形状部の両端が船体縦曲げモーメントに対して応力集中を緩和するソフトトウ形状とされることを特徴としている。

長手方向スツール強度部材の側辺下端近傍には、船体縦曲げモーメントに対して応力集中を緩和するソフトトウ形状とされる応力緩和部が設けられてもよい。長手方向スツール強度部材に設けられる面材の下端部は、洋上浮体構造物の幅方向に広がる撥形状を呈する撥形状部を備えてもよく、縦通隔壁に沿った上甲板の下面にあって、隣り合う２つの横方向船体強度部材の中間位置に、長手方向スツール強度部材に設けられる面材の撥形状部に接続される裏当て部材が設けられてもよい。長手方向スツール強度部材の前縁および後縁に接続され、船体縦曲げモーメントに対する応力集中を緩和するブラケット部材を備えてもよい。長手方向スツール強度部材の長さは、例えば横方向スツール強度部材の長さよりも長い。横方向スツール強度部材の左縁および右縁に接続され、横方向の応力に対する応力集中を緩和するブラケット部材を備えてもよい。

本発明によれば、洋上浮体構造物の上甲板上に設置され生産設備を支持するスツールに、洋上浮体構造物の縦曲げモーメントに対し十分な強度を与えることができる。

本発明の一実施形態である洋上浮体構造物の上甲板の平面図である。 洋上浮体構造物の縦通隔壁の補強に係わる構成を示す洋上浮体構造物の横方向船体強度部材を除いた横断面図である。 洋上浮体構造物の横方向船体強度部材の補強に係わる構成を示す洋上浮体構造物の横断面図である。 上甲板上に設置されたスツールに生産設備を搭載・設置した状態を示す側面図である。 本実施形態で用いられるスツールの（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）平面図である。 上甲板上に設置された本実施形態のスツールの斜視図である。 長手方向スツール強度部材と横方向スツール強度部材の上辺および下辺を結ぶ側辺に、フランジ状の面材を設けた第１変形例のスツールの斜視図である。 第２変形例のスツールの側面図および正面図である。 第３変形例のスツールの側面図である。 第３変形例のスツールの斜視図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である洋上浮体構造物の上甲板の平面図である。

本実施形態の洋上浮体構造物１０は、例えばＦＰＳＯであり、上甲板１２上に設けられた生産設備１４（図４参照）で石油・ガスを生産するとともに、生産した原油をタンクに貯蔵してタンカーへ積み出す設備である。生産設備１４は、船首部１０Ｓと居住区画１０Ａとの間の上甲板１２上に設けられるプラント設置区域Ｐに搭載される。生産設備１４の各々は、上甲板１２上に設置されるスツール１６（図２参照）によって支持される。本実施形態においてスツール１６は、生産設備１４の設計に合わせて、上甲板１２の下面に接続され、これを支持する縦通隔壁１８と横方向船体強度部材（例えば甲板横桁や横隔壁）２０が交差する位置に設置される。図１では、プラント設置区域（生産設備を搭載するための区画）Ｐ内における縦通隔壁１８と横方向船体強度部材２０が模式的に示される。

図２は、本実施形態における洋上浮体構造物１０の縦通隔壁１８の補強に係わる構成を示す洋上浮体構造物１０の横断面図であり、横方向船体強度部材２０を除いた横断面図である。本実施形態において、縦通隔壁１８のうち、上甲板１２下の約１ｍ～４ｍ、より好ましくは約１．５ｍ～２ｍの範囲にある上辺部１８Ａが、プラント設置区域Ｐの全長に亘り、厚さ約２５ｍｍ以上、より好ましくは厚さ約３０ｍｍ以上の鋼材で構成され、鋼材としては、例えば高張力鋼が採用される。

図３は、本実施形態における洋上浮体構造物１０の横方向船体強度部材２０の補強に係わる構成を示す洋上浮体構造物１０の横断面図である。横方向船体強度部材２０は、甲板横桁や横隔壁であり、図３では、甲板横桁が例示される。図３において、横方向船体強度部材２０の補強部２０Ａは斜線を施した領域で示される。補強部２０Ａは、横方向船体強度部材２０のうち、上甲板１２下の約１ｍ～４ｍ、より好ましくは約１．５ｍ～２ｍの範囲で、スツール１６の底辺を含む幅をもった補強部２０Ａが、プラント設置区域Ｐの全長に亘り、厚さ約２５ｍｍ以上、より好ましくは厚さ約３０ｍｍ以上の鋼材で構成され、鋼材としては、例えば高張力鋼が採用される。

図４は、上甲板１２上に設置されたスツール１６に生産設備１４を搭載・設置した状態を示す側面図である。スツール１６の上には、トップサイドサポートとして例えば架台２２が設置され、架台２２を介して、生産設備１４が搭載されるプロダクションデッキ２４が設置される。本実施形態において、スツール１６の上甲板１２からの高さｈは、プロダクションデッキ２４の上甲板１２からの高さＨに対して４５％～５５％とされ、上甲板１２からスツール１６の高さまでの空間は、船体用の配管エリアとされる。なお、スツール１６の頂面からプロダクションデッキ２４の間の空間は、トップサイド（生産設備）側の用途に用いる空間として残される。

図５は、本実施形態で用いられるスツール１６の（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）平面図である。また、図６は上甲板１２上に設置された本実施形態のスツール１６の斜視図である。図５、６を参照して、本実施形態のスツール１６のより詳細な構成について説明する。

図５に示すように、本実施形態のスツール１６は、例えば鋼板などを用いた等脚台形形状を呈する長手方向スツール強度部材１６０と横方向スツール強度部材１６２を備え（なお、形状は矩形でもよい）、両者は上甲板１２上に鉛直に立てられ、各々中央で十字に交差する。また、長手方向スツール強度部材１６０と横方向スツール強度部材１６２の頂部には、これらを覆うように頂板１６４が設けられる。すなわち、図４に示す架台２２等は、頂板１６４の上に溶接等を用いて取り付け、または摺動を許容するように設置される。

長手方向スツール強度部材１６０は、縦通隔壁１８に沿ってその真上に溶接等により取り付けられ、横方向スツール強度部材１６２は、横方向船体強度部材２０に沿ってその真上に溶接等により取り付けられる。本実施形態において、長手方向スツール強度部材１６０の底辺の長さＬ１は、横方向スツール強度部材１６２の底辺の長さＬ２よりも例えば４０％程度長い。また、横方向スツール強度部材１６２の底辺の両端は、例えば上甲板１２下に設けられる縦通肋骨１９の一つの位置に一致する。

図７は、図５、６のスツール１６において、長手方向スツール強度部材１６０と横方向スツール強度部材１６２の上辺および下辺を結ぶ側辺に、それぞれフランジ状の面材１６６、１６８を設けた第１変形例を示す。図７のスツール１６では、長手方向スツール強度部材１６０の側辺下端近傍１６０Ａを、船体縦曲げモーメントに対して（縦通隔壁Ｌ．ＢＨＤ方向に対して）応力集中を緩和するソフトトウ形状とし、応力緩和部としている。また、横方向スツール強度部材１６２に設けられる面材１６８の下端部は、船体長手方向に広がる撥形状とされ、撥形状部１６８Ａの両端は、船体縦曲げモーメントに対して応力集中を緩和するソフトトウ形状とされる。

図８は第２変形例のスツールの設置位置での構造を示す拡大図であり、図８（ａ）は、縦通隔壁１８に沿った側面図であり、図８（ｂ）は横方向船体強度部材２０に沿った正面図である。

図８に示されるように、第２変形例では、より大きな重量に耐え得るようにするため、長手方向スツール強度部材１６０の面材１６６の下端部にも撥形状の撥形状部１６６Ａを設ける。すなわち、撥形状部１６６Ａは船体幅方向に沿って配置される。また、上甲板１２の下面には、撥形状部１６６Ａに沿って裏当て部材１７０が設けられる。すなわち、撥形状部１６６Ａは、上甲板１２を介して裏当て部材１７０に接続される。ここで、スツール１６をプラント設置区域Ｐ内の何れのスツール設置部にも後付けできるようにするためには、上甲板１２の下面に予め横方向船体強度部材２０毎に前後２つずつ裏当て部材１７０を設置する必要がある。しかし、本変形例では、スツール１６の船長方向長さを横方向船体強度部材２０の間隔（トランススペース）Ｔに一致させ、隣り合う横方向船体強度部材２０で、１つの裏当て部材１７０を共用することでその数を半分にしている。

次に、第３変形例のスツールの設置位置での構造を示す拡大側面図と斜視図をそれぞれ図９、図１０に示す。

第２変形例では、縦通隔壁１８に沿った長手方向スツール強度部材１６０に設けた面材１６６の下端部にも撥形状部１６６Ａを設けることで、スツールがより大きな重量に耐え得るようにしたが、このような構造では、撥形状部１６６Ａ近傍において船体の縦曲げモーメントに対して応力集中が発生し、スツール１６自体の強度が要求を満たさなくなる可能性がある。そのため第３変形例では、第２変形例の構成に対して、更に長手方向スツール強度部材１６０の下方前縁（前方側辺）、下方後縁（後方側辺）に、船体縦曲げモーメントに対して応力集中を緩和するソフトトウ形状となるブラケット部材１７２を接続し、応力緩和部とする。

以上のように、本実施形態によれば、スツールが設置され得る縦通隔壁を予め補強しておくことで、船体建造後においても、補強作業等を行わずにトップサイドの配置を船長方向に自由に設定／変更でき、トップサイドの配置や重量等が変更になっても船体自身の設計や建造への影響がない。そのためトップサイドの設計変更による船体建造期間の遅延を防止できる。

また、本実施形態では、プラント設置区域内の縦通隔壁と交差する横方向船体強度部材の接続部周辺も補強しておくことで、スツール設置の自由度も増大する。

また、本実施形態では、上甲板とプロダクションデッキとの間においてスツールの頂面を境に下側を船体用の配管および電線敷設エリア、上側をトップサイドの用途に用いる空間として区切ることで、船体用配管および電線敷設の設計・工事がトップサイドの変更により影響を受けず、船体建造期間の遅延をより確実に防止できる。

また、上甲板上に配置されるスツールは船体縦曲げモーメントがスツールの強度に大きく影響するが、本実施形態では、長手方向スツール強度部材をソフトトウ形状としたことで応力集中を緩和し、船体縦曲げモーメントの影響を緩和できる。

なお、本実施形態では、縦通隔壁の上辺部をプラント設置区域全長に亘り一様に補強した構成としたが、縦通隔壁補強を横方向船体強度部材の補強部と同様に、両強度部材の交差部の接続部周辺にのみ行う構成とすることもできる。なお、図５、６のスツールに適用された長手方向スツール強度部材と横方向スツール強度部材の間の長さの関係は、各変形例にも適用可能である。また、図５、６に示されるスツールの長手方向スツール強度部材の端部に、変形例で説明されたソフトトウ形状を適用することもできる。また、本実施形態のスツールには、船体縦曲げモーメントに対して応力集中を緩和するブラケット部材などからなる応力緩和部が接続されたが、横方向スツール強度部材の左右の側辺下端近傍に、横方向の応力に対する応力集中を緩和する応力緩和部を長手方向と同様に設けることもできる。すなわち、横方向スツール強度部材の左縁および右縁の下端部に、横方向の応力の集中を緩和する例えば、ソフトトウ形状のブラケット部材を設けてもよい。

１０ 洋上浮体構造物
１０Ａ 居住区画
１０Ｓ 船首部
１２ 上甲板
１４ 生産設備
１６ スツール
１８ 縦通隔壁
１８Ａ 上辺部
１９ 縦通肋骨
２０ 横方向船体強度部材
２０Ａ 補強部
２２ 架台
２４ プロダクションデッキ
１６０ 長手方向スツール強度部材
１６２ 横方向スツール強度部材
１６４ 頂板
１６６、１６８ 面材
１７０ 裏当て部材
１７２ ブラケット部材

Claims (5)

1. 洋上浮体構造物に上甲板上に生産設備を搭載するためのスツールであって、
   直立した状態で前記洋上浮体構造物の長手方向に沿って設置される板状の長手方向スツール強度部材と、
   前記長手方向スツール強度部材と交差して直立した状態で前記洋上浮体構造物の幅方向に沿って設置される板状の横方向スツール強度部材とを備え、
   前記長手方向スツール強度部材および前記横方向スツール強度部材の上辺と下辺の長さは等しい、または上辺が下辺よりも短く、前記上辺および下辺を結ぶ側辺にフランジ状に面材が設けられ、
   前記横方向スツール強度部材に設けられる前記面材の下端部が前記長手方向に広がる撥形状を呈する撥形状部を備え、前記撥形状部の両端が船体縦曲げモーメントに対して応力集中を緩和するソフトトウ形状とされ、
   前記長手方向スツール強度部材に設けられる前記面材の下端部が、前記洋上浮体構造物の幅方向に広がる撥形状を呈する撥形状部を備え、縦通隔壁に沿った前記上甲板の下面にあって、隣り合う２つの横方向船体強度部材の中間位置に、前記長手方向スツール強度部材に設けられる前記面材の撥形状部に接続される裏当て部材が設けられることを特徴とするスツール。
2. 前記長手方向スツール強度部材の側辺下端近傍には、船体縦曲げモーメントに対して応力集中を緩和するソフトトウ形状とされる応力緩和部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のスツール。
3. 前記長手方向スツール強度部材の前縁および後縁に接続され、船体縦曲げモーメントに対する応力集中を緩和するブラケット部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のスツール。
4. 前記長手方向スツール強度部材の長さが、前記横方向スツール強度部材の長さよりも長いことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のスツール。
5. 前記横方向スツール強度部材の左縁および右縁に接続され、横方向の応力に対する応力集中を緩和するブラケット部材を備えることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載のスツール。
   

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