渤海某平臺應(yīng)對暴雨季節(jié)開排系統(tǒng)的相關(guān)改造

張意，劉蕾

(1.中海石油(中國)有限公司秦皇島32-6作業(yè)公司，天津 300459；2.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300280)

0 引言

渤海某CEP平臺配備南北2套處理量40 m3/h的開排系統(tǒng)，主要接受處理平臺設(shè)備排放的油水、甲板雨水，對平臺生產(chǎn)過程中的一切液體進行閉環(huán)處理，能有效防止含油液體入海[1]。投產(chǎn)至今，開排泵泵效逐步下降至60%，日常生產(chǎn)過程中平臺開排系統(tǒng)處理能力能滿足需求，但遭遇常見短時強降雨時，存在極高開排罐冒罐溢油環(huán)保風(fēng)險，同時開排短時間大量轉(zhuǎn)液，對平臺生產(chǎn)流程穩(wěn)定造成負面影響。確保開排進液處于隨時可控，消除雨季平臺溢油安全環(huán)保風(fēng)險，保證環(huán)保設(shè)備的可靠、穩(wěn)定，是一個亟待解決的課題?，F(xiàn)場人員通過觀察與科學(xué)計算、討論分析平臺甲板雨水水量分布，提出在關(guān)鍵節(jié)點增加控制閥門，將部分雨水存于甲板，隨后緩慢進入開排，降低水量峰值，合理分配南北開排進液量，充分發(fā)揮設(shè)備效能，消除了溢油環(huán)保風(fēng)險。

1 作業(yè)背景

渤海某CEP平臺是位于渤海中部海域一座8腿12樁綜合平臺，平臺單層面積達到4 315.5 m2。遇短時強降雨造成開排快速上漲，現(xiàn)場通過封堵甲板地漏，關(guān)閉開排入口非危險區(qū)甲板地漏閥門，控制液位。由于平臺甲板面積大，地漏分布廣，封堵地漏消耗大量人工時，且部分地漏由于設(shè)計原因無法有效封堵，會有大量雨水進入開排罐，中下甲板地漏普遍存在原油，貿(mào)然關(guān)閉開排入口甲板地漏閥門必然造成平臺下甲板地漏含油污水返出，造成甲板污染。

目前該平臺投產(chǎn)至今超過五年，開排系統(tǒng)雜質(zhì)較多，開排泵葉輪受到一定磨損，現(xiàn)場通過測試，北開排泵泵效下降至60%，南開排泵下降至80%。在日常生產(chǎn)過程中，開排系統(tǒng)能滿足設(shè)備撬塊排放需求，且撬塊排放受人為控制處于可控狀態(tài)；當(dāng)遭遇雨季常見短時強降雨時，該平臺飛機甲板、生活樓、三樓吊貨甲板、上甲板生產(chǎn)區(qū)和修井區(qū)甲板這些露天無遮擋區(qū)域收集的雨水直接進入開排罐，而進液量僅依靠罐入口閥門控制，直接增大開排處理壓力，存在極高的開排冒罐溢油環(huán)保風(fēng)險；同時，開排短時間大量轉(zhuǎn)液，對平臺生產(chǎn)流程穩(wěn)定造成負面影響。

2 問題分析

2.1 存在問題

(1)降雨量為中雨的情況下，平臺北開排2臺泵運行，液位持續(xù)上漲。

(2)開排地漏進液控制能力低，僅依靠開排罐入口非危險區(qū)甲板地漏總閥控制，關(guān)閉或減小該閥門開度將直接造成含油污水從下甲板地漏返出。

(3)由于降雨期間，南北開排罐進液不均，導(dǎo)致開排泵利用率低，北開排2臺泵運行，南開排1臺泵運行，開排利用率為75%。

2.2 原因分析

平臺南北開排罐有效容積為18 m3，當(dāng)進液量超過開排泵轉(zhuǎn)液能力時，開排液位上漲快，緩沖能力差。

開排系統(tǒng)雜質(zhì)較多，開排泵葉輪受到一定磨損，現(xiàn)場通過測試，北開排泵泵效下降至60%，南開排泵下降至80%。在日常生產(chǎn)過程中，開排系統(tǒng)能滿足設(shè)備撬塊排放需求，且撬塊排放受人為控制處于可控狀態(tài)，平臺飛機甲板、生活樓、三樓吊貨甲板、上甲板生產(chǎn)區(qū)和修井區(qū)甲板這些露天無遮擋區(qū)域收集的雨水直接進入開排罐，進液量僅依靠罐入口閥門控制，造成下甲板存在較大的溢油風(fēng)險。且由于現(xiàn)場地漏安裝形式不同，造成生活樓，三樓吊貨甲板及飛機甲板地漏無法完成封堵。

通過上述可知，平臺北開排系統(tǒng)為最薄弱環(huán)節(jié)，保證安全環(huán)保的情況下，推算目前平臺可以承受的最大降雨量Q：

式中：Q為平臺能承受最大短時降雨量(mm/h)；QP為單臺開排泵排量，為20 m3/h;η為開排泵泵效，目前現(xiàn)場通過測試，取0.6；S1為開排控制區(qū)域不可封堵地漏甲板面積，取920.8 m2；S2為開排控制區(qū)域可封堵地漏甲板面積，取1 697.35 m2。

將相應(yīng)數(shù)值帶入計算，得：

只考慮整個生活樓及上甲板露天區(qū)域?qū)τ晁氖占饔?，平臺開排系統(tǒng)能承受小于9.16 mm/h強度的降雨。同時計算南開排能承受的最大降雨量：

Q南=1 000×2×20×0.8/1 697.35=18.85 mm/h

南北開排控制區(qū)域面積的差異造成進液不均矛盾突出，開排系統(tǒng)整體利用率低，北開排抗風(fēng)險能力極低。

參考相關(guān)研究，目前渤海地區(qū)降雨夏季居多，以中雨為主，夏季一日內(nèi)不同時間段的降水量存在明顯的波動，逐時降雨量呈三峰型，峰值主要出現(xiàn)在夜間至早上時段，最大值出現(xiàn)在清晨08時，其次是凌晨04時和夜間23時，最小值出現(xiàn)在下午15時，08時降水量是15時的6倍。

渤海地區(qū)降雨呈現(xiàn)出短時量大的特征。以2019年8月2日8:23降雨為例，本次降雨持續(xù)17 min，現(xiàn)場在下雨過程中用燒杯實測降雨量，燒杯17 min液位為15 mm，即降雨強度52.9 mm/h。

圖1 短時強降雨開排液位上漲曲線

當(dāng)遭遇超過平臺52.9 mm/h的短時降雨，地漏未封堵，計算北開排的緩沖時間為T：

式中：T為開排緩沖時間(h)；Q雨為實際短時降雨量；V為開排有效容積，取18 m3。

北開排的緩沖時間為：

由此可見，當(dāng)短時強降雨持續(xù)9 min將造成平臺北開排溢油環(huán)保隱患?，F(xiàn)場人員在大雨前會對平臺85個相關(guān)地漏進行封堵，工作量大，可適當(dāng)延長緩沖時間。但地漏封堵不嚴(yán)或部分未封堵，造成封堵地漏效果不可靠，同時飛機甲板、生活樓及三樓吊貨甲板地漏無法封堵，積水全部進入北開排造成開排液位快速上漲，液位曲線15 min上漲至1 300 mm?，F(xiàn)場通過臨時關(guān)閉開排入口總閥暫時減少開排進液量，并使用臨時氣泵進行開排轉(zhuǎn)液等各種方法控制開排液位，防止開排冒罐。

自平臺投產(chǎn)自今，類似短時強降雨平均每年遭遇3次，通過關(guān)閉開排入口閥門控制進液量造成下甲板含油污水溢出事件發(fā)生過2次，雨季持續(xù)4個月，降雨前頻繁檢查甲板地漏造成大量的人工時浪費。

因此排除天氣不可控因素，得出開排超過處理量的原因。

(1)開排罐容積小，緩沖能力低。

(2)開排泵泵效下降，不滿足降雨期間轉(zhuǎn)液需求。

(3)平臺露天無遮擋的甲板面積大，地漏分布廣，封堵地漏工作量大，存在較大不確定性，控制效果差，且部分地漏無法封堵，短時大量雨水通過地漏進入開排。

(4)南北開排系統(tǒng)控制區(qū)域面積差異大，南北開排進液不均，開排系統(tǒng)利用率低。

(5)依靠原設(shè)計的開排罐入口閥門控制進液量將導(dǎo)致下甲板存在溢油風(fēng)險。

3 液位持續(xù)上漲解決措施

3.1 改造思路

(1)增加北開排泵排量。(2)增加控制閥門，減少不可控區(qū)域。(3)提高甲板存水量，利用甲板及圍堰形成緩沖容器，人為降低開排進液峰值，增加開排緩沖時間。

3.2 改造方案

3.2.1 北開排增加氣泵，增加轉(zhuǎn)液能力

開排泵出口管線直徑為50 mm，更換大排量離心泵，管線尺寸不滿足需求，且工作甲板空間受限。現(xiàn)場通過開排泵壓差表50 mm隔離閥處作為氣泵吸入口，氣泵出口通過50 mm變75 mm接入油井泄壓至閉排總管，增加一臺20 m3/h氣泵，提高北開排轉(zhuǎn)液能力。北開排增加轉(zhuǎn)液氣泵，氣泵排量為25 m3/h，極大緩解北開排泵泵效下降造成的處理能力不足的問題。

3.2.2 上甲板、生活樓地漏管線分區(qū)域增加閥門控制

現(xiàn)場分析上甲板及生活樓開排管線走向，可將整個露天區(qū)域分為1號區(qū)域飛機甲板和生活樓、2號區(qū)域三樓吊貨甲板、3號區(qū)域上甲板生產(chǎn)區(qū)域甲板、4號區(qū)域修井甲板、5號區(qū)域生產(chǎn)設(shè)備撬塊五個部分，如圖2所示。

圖2 控制區(qū)域劃分圖

5號區(qū)域為生產(chǎn)設(shè)備撬塊，該撬塊地漏及管線含油，在下游增加閥門控制可能造成含油污水溢流至甲板。該區(qū)域總共6個地漏，日常不使用的情況下使用橡膠塞進行封堵，保證該區(qū)域雨水不進入開排。1、2、3、4號區(qū)域同屬于非危險區(qū)甲板，地漏及管線正常不含油，在下游增加閥門不會造成甲板溢油。

根據(jù)流程走向，1號區(qū)域進開排總管位于平臺中二層化驗室對面，增加150 mm閥門；2號區(qū)域在燃氣發(fā)電機旁總管增加150 mm閥門；3號區(qū)域在中層甲板南北兩側(cè)增加150 mm閥門；4號區(qū)域在化學(xué)藥劑撬及核桃殼處增加150 mm閥門。

3.3 可行性分析

該改造只在北開排泵旁增加氣泵、上甲板與生活樓甲板地漏總管增加閥門控制，保留原有流程，且不會對原有流程造成影響。

該改造實施后平臺流體仍然進行閉環(huán)處理，不存在外排造成的溢油風(fēng)險，改造后能極大提高平臺設(shè)備的已有環(huán)保的抗風(fēng)險能力。

流程改造均在不含油氣管線上施工，施工難度小，安全風(fēng)險低；用料以閥門管線為主，成本較低。

4 效果與總結(jié)

開排設(shè)備利用率低及開排罐緩沖能力差的問題得到解決，將各區(qū)域進入開排管線增加閥門，在短時強降雨情況下，通過新增閥門實現(xiàn)甲板積水緩進，降低水量峰值，合理分配南北開排進液量，充分發(fā)揮設(shè)備效能；利用新增閥門開度控制開排罐液位變化，啟泵狀態(tài)時開排無明顯液位上漲，此舉將開排設(shè)備(開排泵)利用率由75%提升至100%。

開排罐緩沖能力得到提升，甲板圍堰高度5 cm，利用甲板緩存部分雨水，實際可增加開排整體緩沖容量215.7 m3。按照上次遭遇的52.9 mm/h的短時強降雨，緩沖時間將延長至1.7 h，增加至原來的11.3倍。本次改造徹底消除了由于短時強降雨造成的開排溢油安全環(huán)保風(fēng)險，保證平臺正常生產(chǎn)。

本次開排系統(tǒng)超處理量問題的解決為后期平臺的設(shè)計建造提供了參考和借鑒，特別是對海上油氣生產(chǎn)平臺開排罐容相對較小、開排設(shè)備排量低、甲板空間大在惡劣天氣條件下應(yīng)急提出了一條行之有效的改進方法。

圖3 改造前后開排罐液位變化趨勢圖

5 創(chuàng)新點

在短時強降雨情況下，通過新增閥門實現(xiàn)甲板積水緩進，降低水量峰值，合理分配南北開排進液量，充分發(fā)揮開排設(shè)備效能；此舉將開排設(shè)備(開排泵)利用率由75%提升至100%。

利用新增閥門開度控制開排罐液位變化，啟泵狀態(tài)時開排無明顯液位上漲，將開排罐緩沖能力提升3倍以上，實現(xiàn)惡劣天氣時平臺安全環(huán)保的可控狀態(tài)，大幅降低溢油環(huán)保風(fēng)險。

現(xiàn)場人員對不同區(qū)域進入開排管線走向、現(xiàn)場最優(yōu)操作位置、流程接入點進行優(yōu)選，充分利用現(xiàn)場空間，在考慮人員、環(huán)境、設(shè)備安全的前提下，制定最適合現(xiàn)場的實施方案。

通過新增閥門有效控制開排液位，可避免因人為封堵地漏遺漏及封堵效果不佳造成開排液位迅速上漲，一方面降低溢油安全環(huán)保風(fēng)險，另一方面提高了人員工作效率，消除了因人為因素而導(dǎo)致的安全環(huán)保事故。

時間短、見效快，全部利用平臺現(xiàn)有賬外料完成，有效控制成本，由平臺人員自主完成，整個過程不涉及外委施工作業(yè)，大大降低了外委施工費用。

6 結(jié)語

現(xiàn)場人員通過觀察與科學(xué)計算、討論分析平臺甲板雨水水量分布，提出在關(guān)鍵節(jié)點增加控制閥門，將部分雨水存于甲板緩慢進入開排，降低水量峰值，合理分配南北開排進液量，充分發(fā)揮設(shè)備效能，從而解決了開排設(shè)備利用率低及開排罐緩沖能力差的問題。

此案例是典型的通過對系統(tǒng)設(shè)備運行、安全溢油環(huán)保等方面著手，發(fā)掘設(shè)計上存在的問題，為后期平臺設(shè)計提供了參考和借鑒。平臺設(shè)計階段應(yīng)該充分考慮開排系統(tǒng)緩沖及設(shè)備利用率問題，在后續(xù)平臺設(shè)計過程中，應(yīng)合理化進行開排系統(tǒng)設(shè)計及泵類選型等，避免出現(xiàn)以下問題：

(1)盡量避免兩側(cè)開排罐進液不均的問題；

(2)將各區(qū)進入開排管線安全隔離閥門；

(3)根據(jù)海域降雨降水情況及平臺甲板面積合理設(shè)計開排罐容及開排泵選型。