海洋石油平臺(tái)開(kāi)式排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

姜來(lái)舉 黨博 李治

摘 ?要：排放系統(tǒng)是保障海上油氣田平臺(tái)安全生產(chǎn)必不可少的系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)主要收集和處理甲板面上的雨水和含油污水以及來(lái)自生產(chǎn)設(shè)備正常和非正常狀態(tài)下排放的流體。開(kāi)式排放系統(tǒng)不帶壓排放，需要根據(jù)排放液體的性質(zhì)（分為含油液體和非含油液體），以及排放液體所在的區(qū)域（按其所在區(qū)域分為非危險(xiǎn)區(qū)液體和危險(xiǎn)區(qū)液體排放）分層、分區(qū)域、分性質(zhì)單獨(dú)匯合收集于開(kāi)式排放容器內(nèi)，以避免危險(xiǎn)性介質(zhì)擴(kuò)散至非危險(xiǎn)區(qū)而帶來(lái)的安全隱患問(wèn)題，同時(shí)開(kāi)式排放系統(tǒng)還要考慮所在海域的降雨量，主導(dǎo)風(fēng)向、平臺(tái)受雨面積等因素。綜合考慮之后，以確定開(kāi)排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：海上油氣田平臺(tái);排放系統(tǒng);開(kāi)式排放系統(tǒng);受雨面積

中圖分類號(hào)：TP277 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）06-0005-02

1 ?開(kāi)式排放系統(tǒng)的定義

海上石油平臺(tái)排放系統(tǒng)的作用是用來(lái)收集從容器、甲板以及撬塊底座的來(lái)液，并將其輸送到聚集容器進(jìn)行處理。排放系統(tǒng)分為開(kāi)式和閉式排放。

開(kāi)式排放將液體從平臺(tái)甲板和撬塊底座開(kāi)口依靠重力自流到處理設(shè)施，因其與大氣接通，依靠重力自流，故將其稱為開(kāi)式排放系統(tǒng)。

2 ?開(kāi)式排放的區(qū)域劃分及排放準(zhǔn)則

2.1 ?排放源

進(jìn)入開(kāi)式排放系統(tǒng)的排放源分為非含油污水和含油污水，按照排放源所在平臺(tái)的區(qū)域又可將其分為四個(gè)區(qū)域：危險(xiǎn)區(qū)的設(shè)備圍堰排放、危險(xiǎn)區(qū)的甲板排放、非危險(xiǎn)區(qū)的不含油設(shè)備圍堰和甲板排放、非危險(xiǎn)區(qū)的含油設(shè)備圍堰排放。

開(kāi)式排放系統(tǒng)是一個(gè)潛在的安全事故源，為了減少這種事故，對(duì)平臺(tái)的危險(xiǎn)區(qū)和非危險(xiǎn)區(qū)應(yīng)分別安裝獨(dú)立的排放系統(tǒng)，而且為了防止處理設(shè)備內(nèi)收集的危險(xiǎn)性氣體反竄至非危險(xiǎn)區(qū)，需要在非危險(xiǎn)區(qū)排放系統(tǒng)的配管增加水封來(lái)隔離，如圖1所示。

2.2 ?排放準(zhǔn)則

考慮到環(huán)境保護(hù)及能源節(jié)約的問(wèn)題，來(lái)自開(kāi)排系統(tǒng)的來(lái)液不能直接排海，但是各區(qū)域及不同排放源的來(lái)液含油量又有所差異，故收集的開(kāi)排來(lái)液的排放情況會(huì)有差異，根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作反饋的信息，設(shè)計(jì)中遵循以下設(shè)計(jì)原則：

①危險(xiǎn)區(qū)的設(shè)備圍堰排放來(lái)液一直進(jìn)入開(kāi)排罐。

②危險(xiǎn)區(qū)的甲板排放來(lái)液，前15 min進(jìn)入開(kāi)排罐，15 min后切換至排海管線。

③非危險(xiǎn)區(qū)的含油設(shè)備圍堰排放來(lái)液，前15 min進(jìn)入開(kāi)排罐，15 min后切換至排海管線。

④非危險(xiǎn)區(qū)的不含油設(shè)備圍堰和甲板排放來(lái)液，前5 min進(jìn)入開(kāi)排罐，5 min后切換至排海管線。

以上排放準(zhǔn)則適用于設(shè)置開(kāi)排罐的平臺(tái)，如果平臺(tái)設(shè)置開(kāi)排沉箱，則所有區(qū)域的來(lái)液統(tǒng)一進(jìn)入開(kāi)排沉箱中，而不設(shè)置去排海管線的切換閥，在開(kāi)排沉箱中進(jìn)行簡(jiǎn)單的油水分離，沉箱上部的油層用開(kāi)排泵泵送至閉排系統(tǒng)中，下部的水層隨洋流流至海中。

3 ?開(kāi)排系統(tǒng)的計(jì)算

3.1 ?受雨面積的計(jì)算

受雨面積的計(jì)算是為了計(jì)算平臺(tái)開(kāi)排罐的罐容，開(kāi)排罐的規(guī)模必須能處理落在甲板上的最大水量，這可以是雨水或清洗水。在最低限度下，該系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成可以處理每小時(shí)兩英寸的降雨量，同時(shí)受雨面積還取決于平臺(tái)的形狀和所處的環(huán)境條件。如果沒(méi)有更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，飄雨的最大夾角可假設(shè)為45 ？觷，因此暴露在雨水中的中、下層面積可以用45 ？觷角進(jìn)行計(jì)算。

為了平臺(tái)保守設(shè)計(jì)，考慮最大工況的降雨及受雨面積，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，降雨量考慮為一年一遇最大小時(shí)降雨量;降雨方向考慮從平臺(tái)各角點(diǎn)正45 ？觷方位飄到平臺(tái)，這時(shí)平臺(tái)中、下層受雨面積最大，受雨面積如圖2所示。

根據(jù)圖2可知：

綠色陰影處面積：

S1=0.707H×（W-0.707H）+1/2×（0.707H）2

黃色陰影處面積：

S2=0.707H×（L-0.707H）+1/2×（0.707H）2

按照上述方法，核算從四個(gè)角點(diǎn)方向打到平臺(tái)甲板的面積，并從中找出一個(gè)最大值;根據(jù)受雨面積并結(jié)合安全專業(yè)的危險(xiǎn)區(qū)劃分圖，就可以計(jì)算出危險(xiǎn)區(qū)的設(shè)備圍堰排放、危險(xiǎn)區(qū)的甲板排放、非危險(xiǎn)區(qū)的不含油設(shè)備圍堰和甲板排放、非危險(xiǎn)區(qū)的含油設(shè)備圍堰排放各區(qū)域的來(lái)液量。

3.2 ?開(kāi)排管匯的計(jì)算

3.2.1 ?管匯計(jì)算依據(jù)

①在開(kāi)式排放系統(tǒng)中，液體的流速必須在3～7英尺/s之間（通常我們?nèi)? m/s），以保證沙子和其他固體被沖洗出管線。

②開(kāi)式排放系統(tǒng)是靠重力自流，為了達(dá)到海上排污系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和預(yù)期的管線尺寸范圍，推薦計(jì)算管徑時(shí)，考慮其充滿度為70%。

綜上所述，開(kāi)排管匯的管徑計(jì)算公式為：

d=（0.087×4×Q/0.7×π×V）0.5

式中：

d為管內(nèi)徑，單位為in;

Q為來(lái)液流量，單位為m3/h;

V為來(lái)液流速，通常取2 m/s。

3.2.2 ?開(kāi)排配管準(zhǔn)則

①在開(kāi)式排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管線布置中，應(yīng)盡量考慮減少管件、捕集器、閥門(mén)、過(guò)濾網(wǎng)和其他限制流動(dòng)的備件數(shù)量，管線布置需附加向下的坡度，約為1/8英寸，在某些地方可能有必要在同一水平面安裝急轉(zhuǎn)彎，但垂直向上的管線是不允許的。

②開(kāi)排系統(tǒng)中的水封應(yīng)布置在易于清掃的地方。

③為了便于清掃，對(duì)任何單一的匯管，應(yīng)保證其直徑不小于4寸。

④在排污管線的走向中，應(yīng)盡可能避免90 ？觷的彎頭，如果需要90 ？觷的轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以使用兩個(gè)45 ？觷的彎頭代替，這樣可以減少急轉(zhuǎn)彎而引起的堵塞。

3.3 ?開(kāi)排罐的尺寸計(jì)算

按照上文章節(jié)，開(kāi)排排放準(zhǔn)則，計(jì)算開(kāi)排罐容積時(shí)，考慮危險(xiǎn)區(qū)的設(shè)備圍堰排放、危險(xiǎn)區(qū)的甲板排放、非危險(xiǎn)區(qū)的含油設(shè)備圍堰排放各區(qū)域的來(lái)液的15 min累積量Q1;非危險(xiǎn)區(qū)的不含油設(shè)備圍堰和甲板排放來(lái)液5 min的累積量Q2;兩者之和再考慮1.1倍的系數(shù)，就是開(kāi)排罐的凈容積：

Vnet=1.1×（Q1+Q2）

計(jì)算出開(kāi)排罐的凈容，再結(jié)合機(jī)械專業(yè)提供的罐的尺寸，就可以定出開(kāi)排罐的高低液位：

Vnet=L×W×（LAH-LAL）

式中：

L為罐的長(zhǎng)度，單位為mm;

W為罐的寬度，單位為mm;

LAH為罐的高液位設(shè)定值，單位mm;

LAL為罐的低液位設(shè)定值，單位mm。

確定了這些信息，就可以通過(guò)液位的設(shè)定來(lái)控制開(kāi)排泵啟停，以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的自動(dòng)化控制。

3.4 ?開(kāi)排槽的設(shè)計(jì)

平臺(tái)設(shè)置開(kāi)排槽是考慮下層甲板或工作甲板上的甲板及撬排來(lái)液的接收，因?yàn)榭恐亓ψ粤飨聦蛹装搴凸ぷ骷装蹇恐亓σ呀?jīng)不能自流至開(kāi)排罐內(nèi)，所以開(kāi)排槽會(huì)懸掛在下層甲板或工作甲板下方。

開(kāi)排槽的容積設(shè)計(jì)與開(kāi)排罐一致，不同的是，由于開(kāi)排槽接收的來(lái)液量較小，開(kāi)排槽不需要設(shè)置液位控制系統(tǒng)。開(kāi)排槽泵的啟停通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員手動(dòng)操作，以及時(shí)將開(kāi)排槽內(nèi)收集的液體泵送至開(kāi)排罐內(nèi)，所以建議平臺(tái)操作方定期巡視開(kāi)排槽，防止開(kāi)排槽溢液。

4 ?開(kāi)排設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

①不建議在開(kāi)排匯管上增加濾器來(lái)防止雜物進(jìn)入開(kāi)排罐，為防止此類問(wèn)題，建議平臺(tái)操作方加強(qiáng)管理，避免在平臺(tái)甲板上丟棄雜物

②考慮環(huán)評(píng)要求，開(kāi)排排海管線上需要設(shè)置流量計(jì)來(lái)計(jì)量排海液體的量（通常選用電磁流量計(jì)），在計(jì)量精度方面，電磁流量計(jì)要求液體流速≥1 m/s，所以在滿足排海管線尺寸的前提下，應(yīng)盡量選擇更小的管線尺寸，以最大限度地滿足不同季節(jié)降雨情況下，排海計(jì)量精度的要求

③對(duì)于排海管線流量計(jì)后的彎管設(shè)置，在確定流量計(jì)制造廠家可滿足非滿管流狀態(tài)下的計(jì)量精度要求時(shí)，建議不設(shè)置此彎管，以保證排海管線的通暢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì).海洋石油工程設(shè)計(jì)概論與工藝設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.