自升式鉆井平臺(tái)單點(diǎn)排海方案分析

鐘元吉 邱萬(wàn)濤 唐傳安 楊卓祺

（大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司 大連 116021）

引 言

鉆井平臺(tái)有多個(gè)系統(tǒng)需要排海，例如海水冷卻系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)、衛(wèi)生水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、雨水收集和排放系統(tǒng)、巖屑處理系統(tǒng)等。常規(guī)設(shè)計(jì)是將這些系統(tǒng)就近單獨(dú)排海，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是方便布置，但隨著安全意識(shí)的加強(qiáng)和環(huán)保要求的提高，多點(diǎn)排海的弊端越來越明顯：一方面，多點(diǎn)排海容易干擾鉆井平臺(tái)的正常作業(yè)，出現(xiàn)安全隱患；另一方面，多點(diǎn)也不利于污染的監(jiān)測(cè)和防控。單點(diǎn)排海系統(tǒng)卻可以避免這些缺點(diǎn)，但如何布置單點(diǎn)排海系統(tǒng)卻是一個(gè)難題。

1 難點(diǎn)分析

前面提到單點(diǎn)排海系統(tǒng)包含了多個(gè)系統(tǒng)的排?？紤]，其中海水冷卻系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)等都是通過水泵進(jìn)行排海，布置難度不大；而衛(wèi)生水系統(tǒng)、雨水收集排放系統(tǒng)和巖屑處理系統(tǒng)都是依靠重力排海，對(duì)于管路布置要求很高，接下來將重點(diǎn)介紹。

1.1 衛(wèi)生水系統(tǒng)

衛(wèi)生水系統(tǒng)包含黑水和灰水兩部分，對(duì)于自升式鉆井平臺(tái)而言，黑水系統(tǒng)一般不直接排海，只需考慮灰水單點(diǎn)排海即可。常規(guī)自升式鉆井平臺(tái)的平面如圖1所示，平臺(tái)外圍是壓載艙，中間是機(jī)械處所，首部是生活區(qū)，尾部主甲板上是懸臂梁。衛(wèi)生水系統(tǒng)依靠重力排放，管路布置需有一定的斜度，而排海點(diǎn)只能選擇在機(jī)械處所，相對(duì)來說越靠近生活區(qū)越有利于管路的布置。

1.2 雨水收集排放系統(tǒng)

鉆井平臺(tái)很多區(qū)域存在油污風(fēng)險(xiǎn)，需要根據(jù)不同工況考慮甲板雨水是直接排海還是收集到雨水收集柜，待檢測(cè)合格后再排海。這樣的設(shè)計(jì)需要將整個(gè)平臺(tái)的雨水匯聚到1根總管，可以注入到雨水收集柜也可以通過旁通管路泄放至單點(diǎn)排?？偣?。鉆井平臺(tái)的面積很大（如圖1所示），而雨水泄放管路同樣需要一定的斜度，要聚到1根管路難度很大。最簡(jiǎn)單的辦法是將雨水收集柜和單點(diǎn)排?？偣懿贾迷谄脚_(tái)中心，可以保證來自各方向的雨水泄放管路長(zhǎng)度最短，但鉆井平臺(tái)中心區(qū)域布置有發(fā)電機(jī)組、泥漿泵和泥漿池等關(guān)鍵設(shè)施，沒有多余空間，所以只能考慮在左舷或者右舷布置。

圖1 自升式鉆井平臺(tái)平面圖

1.3 巖屑處理系統(tǒng)

鉆井作業(yè)時(shí)會(huì)有很多巖屑隨著泥漿被帶到鉆井平臺(tái)上，在經(jīng)過振動(dòng)篩等設(shè)施的分離之后，泥漿會(huì)被重復(fù)利用，而巖屑則被排回海洋。巖屑排放與常規(guī)排放不同：首先，巖屑屬于固體，排放管路需盡量垂直排放，否則容易堵塞；其次，由于振動(dòng)篩等泥漿處理設(shè)施位于懸臂梁內(nèi)，分離出來的巖屑也在懸臂梁內(nèi)，而懸臂梁在主甲板上需要往復(fù)移動(dòng)，無(wú)法通過固定管路連接到單點(diǎn)排海總管，需要通過軟管或者其他方法連接。所以，為滿足巖屑排放要求，單點(diǎn)排海總管只能布置在懸臂梁兩側(cè)的機(jī)械處所內(nèi)。

單點(diǎn)排?？偣艿奈恢眯枰瑫r(shí)滿足所有排海管路的布置要求，從以上分析可以看出，在滿足巖屑排放要求之后，衛(wèi)生水排放管路和雨水收集排放管路都需要加長(zhǎng)很多，布置難度隨之增大。尤其是雨水收集排放管路，需從首到尾，從一舷到另一舷，總長(zhǎng)度可能超過100 m，垂降可能超過1 m；考慮到自升式鉆井平臺(tái)的層高只有3 m多，管路將很難布置。

根據(jù)估算，單點(diǎn)排海總管的通徑最低需要DN450，以便滿足所有排放需要，同時(shí)總管上還需要連接其他排海管路和排海閥，需要占用很大的空間。從圖1可以看出，懸臂梁兩側(cè)下方的機(jī)械處所呈三角形，房間狹小，而且房間內(nèi)還需布置設(shè)備，很難騰出空間布置單點(diǎn)排放總管。此外，前面提到的將巖屑從懸臂梁泄放至單點(diǎn)排海總管這本身也是一個(gè)難題。

2 解決方案

想要解決單點(diǎn)排海的難題首先需要分析鉆井平臺(tái)的設(shè)備布置情況，以某自升式鉆井平臺(tái)為例，中心區(qū)域安裝了發(fā)電機(jī)組、泥漿泵、泥漿池，左舷安裝了泥漿處理設(shè)備，右舷安裝了冷凝機(jī)組和衛(wèi)生水處理裝置等輔助設(shè)備。衛(wèi)生水排放管路只能與衛(wèi)生水處理裝置布置在同側(cè)，可以初步判斷單點(diǎn)排?？偣苄枰贾迷谟蚁衔膊康娜切螜C(jī)械處所內(nèi)。

為滿足單點(diǎn)排海要求，雨水收集柜應(yīng)盡量靠近單點(diǎn)排?？偣埽ＷC雨水收集到雨水收集柜的同時(shí)也可以通過旁通閥泄放進(jìn)單點(diǎn)排?？偣堋＿@對(duì)右舷的雨水收集排放管路來說問題不大，但左舷的雨水收集排放管路如果直接排放到右舷會(huì)有很大的垂降，不容易布置。鑒于此種情況，可以在左舷也設(shè)置1個(gè)雨水收集柜，而旁通排海管路可以從下層平臺(tái)連通到右舷并接入單點(diǎn)排?？偣堋?/p>

接下來考慮巖屑排放問題，由于懸臂梁需在主甲板上前后移動(dòng)，解決巖屑排放的方法一般有兩種，通過軟管或者泄放槽。巖屑基本呈固體塊狀，泄放軟管不能堆積，必須順暢。自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁滑移范圍可從十幾米到二十幾米，通過1根軟管無(wú)法實(shí)現(xiàn)巖屑的排放，需要在懸臂梁上提供2個(gè)排放接口，如圖2所示。當(dāng)懸臂梁處于滑出狀態(tài)時(shí)可以使用排出接口2，當(dāng)懸臂梁處于收回狀態(tài)時(shí)可以使用排出接口1，可以保證泄放軟管始終順暢。

圖2 巖屑軟管排放

巖屑也可以通過泄放槽排放，如圖3所示。巖屑排放管固定在懸臂梁上，下端探進(jìn)泄放槽，泄放槽布置在主甲板上，長(zhǎng)度需滿足懸臂梁滑移需要。為保證巖屑排放順暢，泄放槽也需要有一定的斜度，理論上單點(diǎn)排?？偣懿贾迷谛狗挪壑行奈恢脮r(shí)可以保證斜度最大，最有利于巖屑排放，而實(shí)際上單點(diǎn)排?？偣艿奈恢眠x擇是個(gè)難點(diǎn)，接下來將具體分析。

圖3 巖屑泄放槽排放

前面提到單點(diǎn)排?？偣艿某叽缱钚⊥◤綖镈N450，上面連接有多個(gè)排海管路和舷側(cè)閥，形成一個(gè)樹形，這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)占用很大的空間。而右舷尾部這個(gè)三角區(qū)域通常會(huì)布置機(jī)修間設(shè)備、冷卻設(shè)備、污水處理設(shè)備、閥控單元等輔助設(shè)備，很難再擠出空間布置單點(diǎn)排?？偣?。不同鉆井平臺(tái)的設(shè)備布置情況不盡相同，但空間同樣寶貴。

圖4給出了一個(gè)典型解決思路，將單點(diǎn)排?？偣芘c艙壁相結(jié)合，即將單點(diǎn)排?？偣懿迦肱摫谥?，作為艙壁的一部分，其他排海管路分別從兩側(cè)連接到單點(diǎn)排?？偣芗纯桑@樣的布置可以節(jié)省很多空間。

圖4 單點(diǎn)排?？偣懿贾?/p>

考慮到自升式鉆井平臺(tái)在常規(guī)作業(yè)時(shí)平臺(tái)會(huì)升高到海平面以上，泄放水從單點(diǎn)排?？谂懦龊髸?huì)被風(fēng)吹散，會(huì)影響到周圍的作業(yè)。尤其是冬季，被風(fēng)吹散的泄放水會(huì)凍結(jié)在樁腿上，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到平臺(tái)的升降，甚至?xí)鹨幌盗邪踩珕栴}。為了避免這種情況發(fā)生，可以在單點(diǎn)排?？偣艿牡撞堪惭b一根軟管，直接通到海面以下，如圖5所示。為了保證軟管可以收放，需在軟管法蘭中間焊接1條扁鋼，利用鋼鉤從主甲板勾住扁鋼實(shí)現(xiàn)吊運(yùn)。

圖5 軟管設(shè)置方案

3 結(jié) 語(yǔ)

單點(diǎn)排海系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在確保鉆井平臺(tái)的環(huán)境保護(hù)和作業(yè)安全，其難點(diǎn)在于排海管路布置方案的設(shè)計(jì)。雖然各船級(jí)社和國(guó)際組織沒有強(qiáng)制要求應(yīng)用該系統(tǒng)，但越來越多的鉆井平臺(tái)已經(jīng)開始采用或者借鑒。本文的設(shè)計(jì)方案已在多個(gè)鉆井平臺(tái)得以驗(yàn)證，可為鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供參考。