馬德強(qiáng)，張勇青，吳斌斌，李雪松，李曉光

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)(Single Point Mooring System,SPM)被用于海洋石油的開(kāi)發(fā)，是一個(gè)多領(lǐng)域高技術(shù)集成的裝置。其中的內(nèi)轉(zhuǎn)塔式SPM具有適用水深范圍廣，技術(shù)成熟可靠，抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)新建FPSO和改造FPSO的首選方案。同時(shí)SPM作為深水FPSO的核心組成部分，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)FPSO系統(tǒng)的可靠程度。

流花16-2/20-2項(xiàng)目油田開(kāi)發(fā)方案中深水FPSO配置船體集成(SIT)型內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，是中海油首個(gè)該類型的SPM，同時(shí)也是目前世界上技術(shù)較復(fù)雜、集成難度較高的一種內(nèi)轉(zhuǎn)塔式SPM。

為避免主甲板雨水及船體底部海水進(jìn)入月池環(huán)空區(qū)域，影響主軸承的正常使用以及日常作業(yè)維護(hù)，月池環(huán)空區(qū)域要求為干式操作環(huán)境。本項(xiàng)目船體主甲板與單點(diǎn)管匯平臺(tái)應(yīng)急關(guān)閉閥甲板下方風(fēng)雨圍堰之間采用軟密封，避免雨水進(jìn)入月池區(qū)域；船體月池壁下端與單點(diǎn)軸承結(jié)構(gòu)支撐(BSS)之間采用焊接密封，避免海水進(jìn)入月池區(qū)域。

但由此將導(dǎo)致SPM與船體月池之間的環(huán)空區(qū)域出現(xiàn)封閉空間。根據(jù)API RP 505-2018《1類、0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)石油設(shè)施電氣設(shè)備位置分類的推薦實(shí)施規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，SPM設(shè)計(jì)方將該區(qū)域危險(xiǎn)等級(jí)確定為1類危險(xiǎn)區(qū)。雖然該空間內(nèi)出現(xiàn)有毒有害氣體的可能性很小，但為了保證日常作業(yè)人員的安全，為作業(yè)人員提供足夠的新鮮空氣，該區(qū)域仍然需要配置通風(fēng)系統(tǒng)。月池環(huán)空區(qū)域(1類危險(xiǎn)區(qū))位置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 月池環(huán)空區(qū)域(1類危險(xiǎn)區(qū))位置示意圖

1 月池環(huán)空區(qū)域通風(fēng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)

1.1 月池環(huán)空區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)配置原則

首先根據(jù)項(xiàng)目環(huán)境條件、《規(guī)程》、ISO7547-2005《船舶與海洋技術(shù)、住艙的空調(diào)和通風(fēng)設(shè)計(jì)條件和計(jì)算依據(jù)》、國(guó)際海上人命公約(SOLAS)、廠家手冊(cè)等資料確定了月池環(huán)空區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 月池環(huán)空區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

為了獲得更好的通風(fēng)效果，月池環(huán)空區(qū)域進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)均采用強(qiáng)制通風(fēng)方案。同時(shí)根據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完成核算后，本項(xiàng)目中月池環(huán)空區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)具體配置如表2所示。

表2 月池環(huán)空區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)具體配置表

1.2 月池環(huán)空區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)控制要點(diǎn)

1.2.1 總體控制要求

按照BV規(guī)范以及DNVGL-OS-D201《Elec-trical Installations》等標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目在3臺(tái)風(fēng)機(jī)(2臺(tái)送風(fēng)機(jī)和1臺(tái)排風(fēng)機(jī))附近分別設(shè)置了相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)按鈕盒，現(xiàn)場(chǎng)按鈕盒可獨(dú)立控制每臺(tái)風(fēng)機(jī)的啟停以及狀態(tài)顯示。

為了作業(yè)人員的集中控制，同時(shí)還設(shè)置了風(fēng)機(jī)集中控制盤(pán)，該控制盤(pán)具有以下功能：①供風(fēng)機(jī)(SPM-BL-5703)手動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)；②供風(fēng)機(jī)(SPM-BL-5704)手動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)；③供排風(fēng)機(jī)(SPM-BL-5705)手動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)；④應(yīng)急切斷按鈕；⑤延遲、保護(hù)、公共報(bào)警等功能。

1.2.2 探頭布置要求

按照BV規(guī)范，月池環(huán)空區(qū)域送、排風(fēng)口附近的風(fēng)管上各布置2個(gè)管道式感煙探頭和2個(gè)管道式可燃?xì)怏w探頭。一旦月池環(huán)空區(qū)域內(nèi)部出現(xiàn)可燃?xì)怏w濃度過(guò)高的情況(2只可燃?xì)怏w探頭探測(cè)到濃度達(dá)到爆炸濃度下限的50%)或火災(zāi)時(shí)，風(fēng)機(jī)和風(fēng)閘自動(dòng)關(guān)閉。

1.2.3 壓力控制要求

月池環(huán)空封閉區(qū)域雖然為1類危險(xiǎn)區(qū)，但由于該空間內(nèi)沒(méi)有泄漏源，故月池環(huán)空區(qū)域壓力相對(duì)大氣壓為正壓，預(yù)設(shè)壓力為+150 Pa，其壓力控制由排風(fēng)風(fēng)管上的氣動(dòng)平衡風(fēng)閘完成；同時(shí)在月池壁安裝壓差變送器測(cè)量月池環(huán)空與大氣之間壓差，測(cè)量值通過(guò)硬線送至中控系統(tǒng)。當(dāng)壓差變送器探測(cè)到過(guò)高壓差時(shí)，中控系統(tǒng)顯示報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)切斷供風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)。

為了避免電機(jī)出現(xiàn)故障而影響送風(fēng)，本項(xiàng)目在送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)本體上均安裝了壓差開(kāi)關(guān)，壓差開(kāi)關(guān)信號(hào)傳送至風(fēng)機(jī)集中控制盤(pán)上。當(dāng)某一風(fēng)機(jī)的進(jìn)、出口壓差低而報(bào)警時(shí)(預(yù)設(shè)壓力200 Pa)，集中控制盤(pán)自動(dòng)關(guān)閉相應(yīng)的風(fēng)機(jī)(延時(shí)1 min)。

為了保證工作人員作業(yè)時(shí)的安全，船體主甲板通向月池環(huán)空區(qū)域的入口梯道處設(shè)有1個(gè)應(yīng)急切斷按鈕，當(dāng)該按鈕啟動(dòng)時(shí)，可同時(shí)關(guān)閉月池環(huán)空區(qū)域的全部送、排風(fēng)機(jī)和配套風(fēng)閘。

1.3 月池環(huán)空區(qū)域通風(fēng)管道布置安裝要點(diǎn)

1.3.1 風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速及材質(zhì)壁厚要求

根據(jù)ISO 15138-2018《石油和天然氣工業(yè)、海上生產(chǎn)裝置、加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)》(以下簡(jiǎn)稱“ISO 15138-2018《標(biāo)準(zhǔn)》”)中第 5.3.2.3.5章節(jié)，無(wú)居住人員的危險(xiǎn)區(qū)和非危險(xiǎn)區(qū)風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速為10～15 m/s。月池環(huán)空區(qū)域?yàn)闊o(wú)人區(qū)域，按照標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。

根據(jù)SMACNA《Sheet Metal Air Conditioning Contractors National Association》以及ISO 15138-2018《標(biāo)準(zhǔn)》，月池環(huán)空區(qū)域的風(fēng)管材質(zhì)及壁厚要求如表3所示。

表3 月池環(huán)空區(qū)域風(fēng)管材質(zhì)及壁厚

1.3.2 風(fēng)管系統(tǒng)整體氣密要求

為了保證月池環(huán)空區(qū)域內(nèi)末端風(fēng)量滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)避免空氣泄漏導(dǎo)致的交叉污染，本項(xiàng)目要求月池環(huán)空區(qū)域的送風(fēng)管道和排風(fēng)管道完成安裝后，執(zhí)行系統(tǒng)整體氣密測(cè)試。月池環(huán)空區(qū)域系統(tǒng)氣密試驗(yàn)原理示意圖如圖2所示。

圖2 月池環(huán)空區(qū)域系統(tǒng)氣密試驗(yàn)原理示意圖

風(fēng)管系統(tǒng)整體氣密試驗(yàn)是通過(guò)漏風(fēng)測(cè)試儀將空氣持續(xù)不斷地引入測(cè)試空間進(jìn)行加壓，并用微壓計(jì)測(cè)量靜壓，過(guò)程中調(diào)節(jié)設(shè)備內(nèi)的調(diào)速器，保持整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)壓力不變。漏風(fēng)測(cè)試儀引入的空氣流量等于管道系統(tǒng)的泄漏流量，因此得到泄漏流量數(shù)值。

方形風(fēng)管泄漏量應(yīng)按照EN 1507-2006《建筑物通風(fēng)-矩形截面薄板金屬空氣管道-強(qiáng)度和泄漏要求》的B級(jí)氣密要求執(zhí)行；圓形風(fēng)管應(yīng)按照EN 12237-2003《建筑物通風(fēng)管道作業(yè)、圓形薄金屬板管道的強(qiáng)度和泄漏》的B級(jí)氣密要求執(zhí)行。

1.3.3 風(fēng)管系統(tǒng)布置安裝要求

按照SOLAS規(guī)范，月池環(huán)空區(qū)域送風(fēng)機(jī)布置在船體主甲板上，并從安全區(qū)引入新風(fēng)(與危險(xiǎn)區(qū)之間距離至少3 m)，新風(fēng)通過(guò)送風(fēng)管道穿過(guò)船體主甲板和船體空艙后進(jìn)入月池環(huán)空區(qū)域。排風(fēng)機(jī)同樣布置在船體主甲板上，月池環(huán)空區(qū)域排風(fēng)穿過(guò)月池壁和船體空艙、船體主甲板后排放至大氣(進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口之間距離至少5 m)。

為月池環(huán)空區(qū)域內(nèi)的主軸承等設(shè)備的正常使用，月池環(huán)空區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足水密要求。為此，本項(xiàng)目除了將進(jìn)風(fēng)口設(shè)置為鵝型進(jìn)風(fēng)口和在排風(fēng)口設(shè)置菌形通風(fēng)帽外，還在送/排風(fēng)管道穿越月池壁的附近均設(shè)置由液壓控制的水密防火風(fēng)閘，該閥門(mén)狀態(tài)在風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)和中控系統(tǒng)屏幕上均可顯示；同時(shí)當(dāng)任一水密防火風(fēng)閘關(guān)閉時(shí)，單點(diǎn)送、排風(fēng)機(jī)均自動(dòng)停止運(yùn)行，保證月池環(huán)空區(qū)域?yàn)椤案墒江h(huán)境”。

2 結(jié)束語(yǔ)

SIT型內(nèi)轉(zhuǎn)塔式SPM已成為深水海洋油氣田開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備，但SIT型內(nèi)轉(zhuǎn)塔式SPM涉及的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與常規(guī)海洋平臺(tái)暖通設(shè)計(jì)存在一定的差別。本文將流花16-2/20-2項(xiàng)目SIT型內(nèi)轉(zhuǎn)塔式SPM月池環(huán)空區(qū)域的通風(fēng)設(shè)計(jì)作為典型案例，詳細(xì)分析了該類型SPM的月池環(huán)空區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)配置、選型設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)。通過(guò)該系統(tǒng)的首次成功設(shè)計(jì)和應(yīng)用，不僅填補(bǔ)了SIT型內(nèi)轉(zhuǎn)塔式SPM月池環(huán)空區(qū)域的設(shè)計(jì)空白，更為今后深水FPSO的SIT型內(nèi)轉(zhuǎn)塔式SPM月池環(huán)空區(qū)域的通風(fēng)設(shè)計(jì)提供了參考和指導(dǎo)，具有極大的推廣效益。