海洋石油161平臺注水泵艙環(huán)境監(jiān)測及 高溫治理系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

吳 斌，何茂里，李丙焱

(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司 天津 300452)

0 引 言

海洋石油161平臺注水泵艙內(nèi)大型設(shè)備多、安裝緊湊、工作環(huán)境惡劣，并且受周圍生產(chǎn)水艙(平均溫度在60℃)熱輻射的影響，注水泵艙內(nèi)會聚集較多熱量。隨著平臺生產(chǎn)量的增加，注水量也隨著增加，注水系統(tǒng)用電功率由生產(chǎn)之初的100kW增加到現(xiàn)在的300kW，艙內(nèi)熱量無法及時通過注水泵艙內(nèi)僅有的一臺強制排風(fēng)機排出，原通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足注水泵艙生產(chǎn)需要，導(dǎo)致夏季注水泵艙內(nèi)溫度居高不下(基本維持在40℃以上)。

高溫高濕環(huán)境會引起材料的機械性能和化學(xué)性能變化，如體積膨脹、機械強度降低；絕緣材料的體積電阻下降，從而產(chǎn)生漏電；空氣中含有少量的酸、堿性雜質(zhì)或由于產(chǎn)品表面附著如焊渣、汗?jié)n等污染物質(zhì)而引起間接的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕；產(chǎn)品表面涂敷層剝落、產(chǎn)品標記模糊不清。因此，高溫高濕的環(huán)境將導(dǎo)致設(shè)備故障率增加、設(shè)備壽命縮短[1]。

一般情況下，將35℃以上的生活環(huán)境與32℃以上的生產(chǎn)環(huán)境視為高溫環(huán)境，將相對濕度達60%的環(huán)境稱為高濕環(huán)境。根據(jù)有關(guān)研究表明，當(dāng)人體處于高溫高濕的環(huán)境中會對其正常生理與情緒產(chǎn)生極大的影響，甚至在極端的高溫高濕環(huán)境下還會危及到生命。同時，人體的正常生理與情緒是緊密相連又互相影響的。高溫高濕環(huán)境給人帶來的是生理與情緒的雙重負面影響，人員長期暴露在高溫高濕環(huán)境中對 其完成相對復(fù)雜任務(wù)的認知能力會造成不利影 響。因此，高溫高濕環(huán)境不利于人員身體健康和安全生產(chǎn)[2]。

該艙室內(nèi)的高溫問題不僅影響電氣設(shè)備的正常運行，也容易觸發(fā)現(xiàn)場溫度探頭報警，同時，高溫也對此區(qū)域內(nèi)的工作人員和檢修人員造成了嚴重影響，甚至可能會導(dǎo)致中暑、脫水等疾病。為解決上述問題，需要對注水泵艙進行環(huán)境監(jiān)測和高溫治理。因此，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)一套注水泵艙環(huán)境在線監(jiān)測及高溫治理系統(tǒng)是解決注水泵艙高溫高濕問題的有效措施。

注水泵艙環(huán)境在線監(jiān)測及高溫治理系統(tǒng)是以計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)為核心，將獲得的大量艙室環(huán)境監(jiān)測信息和數(shù)據(jù)儲存在計算機中，結(jié)合其軟、硬件系統(tǒng)實現(xiàn)對艙室環(huán)境監(jiān)測信息數(shù)據(jù)的處理工作，運用多種計算機應(yīng)用軟件控制艙室通風(fēng)系統(tǒng)運行，從而構(gòu)成的一套復(fù)雜有序的、具有多種數(shù)據(jù)信息處理功能的智能控制系統(tǒng)[3]。

1 環(huán)境監(jiān)測硬件系統(tǒng)設(shè)計

海洋石油161注水泵艙環(huán)境在線監(jiān)測硬件系統(tǒng)主要實現(xiàn)了注水泵艙環(huán)境溫度、濕度、設(shè)備振動、影像等信號的采集、傳輸和環(huán)境控制功能?；谄脚_注水泵艙特點構(gòu)建如圖1所示的環(huán)境監(jiān)測硬件系統(tǒng)。

圖1 注水泵艙環(huán)境在線監(jiān)測硬件系統(tǒng) Fig.1 Hardware system for on-line environment monitoring of water injection pump cabin

利用紅外溫度傳感器、振動傳感器、濕度傳感器、艙室攝像頭采集注水泵艙關(guān)鍵點的溫度、振動、濕度和實時影像信息；采用無線通信協(xié)議將數(shù)據(jù)信息匯總傳輸給數(shù)據(jù)接收終端，并將數(shù)據(jù)通過有線通信傳輸?shù)轿挥贛CC室的本地服務(wù)器。通過本地服務(wù)器實現(xiàn)信息監(jiān)測、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)分析和通風(fēng)系統(tǒng)控制指令發(fā)出等功能。PLC接收到來自本地服務(wù)器的指令后控制通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機與風(fēng)閘的啟停，從而改善注水泵艙的環(huán)境；PLC又可以將通風(fēng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息傳輸給本地服務(wù)器，運行狀態(tài)信息在本地服務(wù)器的人機界面顯示。

2 環(huán)境監(jiān)測軟件開發(fā)及數(shù)據(jù)分析

海洋石油161平臺注水泵艙環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件主要負責(zé)信息采集、數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)信息實時顯示、數(shù)據(jù)分析、故障分析、報警推送、通風(fēng)系統(tǒng)的智能化控制、報表和數(shù)據(jù)打印等。基于該平臺實際需要開發(fā)如圖2所示的系統(tǒng)軟件。

圖2 注水泵艙環(huán)境在線監(jiān)測軟件系統(tǒng) Fig.2 Software system for on-line environment monitoring of water injection pump cabin

系統(tǒng)主監(jiān)控界面包含數(shù)據(jù)曲線、通風(fēng)系統(tǒng)運行狀態(tài)、信息推送、實時影像、數(shù)據(jù)報表、信息復(fù)位、報警信息、通風(fēng)系統(tǒng)運行控制和參數(shù)設(shè)置等信息。該系統(tǒng)開發(fā)完成后，用模糊理論與控制技術(shù)對每個部位的溫度、濕度、振動信息變化情況運算分析并做出判斷，把控制指令信息傳給通風(fēng)系統(tǒng)的PLC，以控制通風(fēng)系統(tǒng)運行，實現(xiàn)對通風(fēng)系統(tǒng)的智能控制和改善注水泵艙的環(huán)境。

3 通風(fēng)系統(tǒng)升級改造

覆蓋隔熱保溫層：注水泵艙內(nèi)格柵板下的部分艙壁(面積：長×高+寬×高＝11.8×1.5+7.2×1.5＝28.5m2)全部覆蓋保溫層，保溫材料選擇阻燃橡塑板以隔離泵艙隔壁左右生產(chǎn)水艙散發(fā)的熱量。

送、排風(fēng)系統(tǒng)改造：原有2組自然送風(fēng)系統(tǒng)加裝軸流風(fēng)機，如圖3、圖4所示，并向艙室強制送風(fēng)使艙室高溫空氣加快排出，加快艙室與室外環(huán)境的熱交換。排風(fēng)系統(tǒng)更換更大風(fēng)量的排風(fēng)機，以此來加大排風(fēng)量。

圖3 更換大排量風(fēng)機 Fig.3 Replacement of large displacement fan

圖4 加裝軸流風(fēng)機A Fig.4 Installation of axial flow fan

因為壓裂泵是主要發(fā)熱源，故在壓裂泵上方加裝一段風(fēng)管，排風(fēng)管道可以按需進行改造。如圖5所示，在壓裂泵上方加裝一段風(fēng)管(黃線)，風(fēng)道距離壓裂泵4000mm，風(fēng)道寬500mm，高300mm。

圖5 壓裂泵上方加裝一段風(fēng)管(黃線) Fig.5 Installation of a section of air duct above fracturing pump(yellow line)

為加大艙室通風(fēng)量，在吊貨口內(nèi)壁安裝1套可拆卸的活動風(fēng)閘，如圖6所示。吊貨時風(fēng)閘可以先拆除，不影響吊貨口使用。風(fēng)閘固定牢靠，四邊用阻燃密封條密封，雨雪天氣關(guān)閉風(fēng)閘，防止雨雪侵入艙室；正常狀態(tài)下艙蓋和風(fēng)閘保持常開，以加快艙室空氣流通。配套1套風(fēng)閘控制接線箱，包括啟、停按鈕，ESD關(guān)斷信號并修改組態(tài)，變更因果圖。

圖6 安裝1套可拆卸活動風(fēng)閘 Fig.6 Installation of a set of removable dampers

線路走向：與其他線路一起匯入主甲板線纜橋架，沿橋架最終前往平臺配電間。

現(xiàn)場接線箱如圖7所示，在注水泵艙右側(cè)進入口室，安裝新增的送風(fēng)機、風(fēng)閘防爆接線箱和防爆控制按鈕。

圖7 安裝新增的送風(fēng)機和風(fēng)閘防爆接線箱 Fig.7 Installation of new explosion-proof junction box for forced draft fan and damper

MCC配電控制系統(tǒng)改造如圖8所示，裝1套由PLC為邏輯單元的注水泵艙通風(fēng)控制系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)的PLC接收到來自監(jiān)測系統(tǒng)的控制指令信息后控制通風(fēng)系統(tǒng)電機與風(fēng)閘的啟停，以此來實現(xiàn)對注水泵艙通風(fēng)系統(tǒng)的智能控制。

圖8 MCC配電盤改造 Fig.8 Reconstruction of MCC distribution board

4 結(jié) 論

針對項目所開發(fā)的注水泵艙環(huán)境在線監(jiān)測和高溫治理系統(tǒng)不僅解決了艙室內(nèi)的高溫問題、提高了設(shè)備運行穩(wěn)定性，而且還為注水泵艙內(nèi)的工作人員、檢修人員提供了舒適的環(huán)境，避免了夏季因高溫導(dǎo)致中暑、脫水等疾病和冬季因寒冷導(dǎo)致手部僵硬。系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)自動分析和信息化管理功能，操作人員通過簡單的界面操作即可掌握艙室環(huán)境變化。同時，也可以通過數(shù)據(jù)變化快速分析艙室設(shè)備運行狀態(tài)，便于設(shè)備的維護保養(yǎng)與檢修。系統(tǒng)整體采用無線傳輸與有線傳輸相結(jié)合的信息傳輸方式，布線較少，應(yīng)用靈活，兼容性強?！?/p>