劉康

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司綜合服務(wù)公司，天津塘沽，郵編：300452）

1.0 前言

海上油氣資源開發(fā)是一項高風(fēng)險的作業(yè)活動。特別是近幾年來，國內(nèi)外海上原油泄漏事故頻發(fā)，對海洋環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，海洋環(huán)境問題也日益得到重視，“保護(hù)海洋環(huán)境”不再是一句口號。

在海上油氣資源開發(fā)過程中，原油外輸作業(yè)是一項非常重要的工作。作業(yè)時，需要FPSO、穿梭提油輪、守護(hù)船等各方面配合，同時對相應(yīng)的原油外輸設(shè)備及輔助設(shè)施質(zhì)量（如外輸軟管、系泊大纜等）也有很高要求，因此如何降低因原油外輸作業(yè)事故而導(dǎo)致的原油泄漏風(fēng)險，是海上作業(yè)風(fēng)險控制的重中之重。

在外輸作業(yè)過程中，有這樣一種風(fēng)險：由于外輸軟管內(nèi)外部壓力的突然異常，可能會引起軟管破斷因而導(dǎo)致原油泄漏。為了降低這種風(fēng)險，在實際的外輸軟管使用中，油田通常會配套使用斷開式聯(lián)軸節(jié)（Breakaway Coupling）以增加外輸軟管的使用安全性。

下文我們將通過對中國海域內(nèi)常用的兩種斷開式聯(lián)軸節(jié)的原理分析，了解其使用特性和適用性。

2.0 斷開式聯(lián)軸節(jié)的類型

FPSO外輸軟管管線中所使用的斷開式聯(lián)軸節(jié)，又被常稱為破斷閥、自封閉閥。它是為了降低軟管因突然受到異常壓力而引起原油泄漏風(fēng)險所配套使用的一種設(shè)備。斷開式聯(lián)軸節(jié)的最大特點在于輕量、自發(fā)安全性較強(qiáng)，安裝簡便的同時，不需要額外為其提供動力。

由于斷開式聯(lián)軸節(jié)是與外輸軟管配套使用，因此，不同類型的外輸軟管使用方式?jīng)Q定了其配套使用的斷開式聯(lián)軸節(jié)也有不同。在中國海域內(nèi)，外輸軟管使用方式有兩種，一種是滾筒式，另一種是漂浮式。

滾筒式：在FPSO艉輸甲板上，有固定一個專門用于軟管收放的滾筒。外輸作業(yè)的時候，滾筒上纏繞的軟管將被逐一釋放到海中，待外輸作業(yè)結(jié)束后，再將釋放的軟管回收至滾筒上。

漂浮式：整組軟管無論外輸與否，始終都自然漂浮在海面上，不需要頻繁地收放。

2.1 滾筒式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)

由于滾筒式外輸軟管需要在滾筒上頻繁收放，而斷開式聯(lián)軸節(jié)屬鋼結(jié)構(gòu)，無法彎曲。因此，這種方式下斷開式聯(lián)軸節(jié)必須安裝在外輸軟管快速釋放閥（Quick Release Comlock）和外輸軟管之間，而不能安裝在外輸軟管管線（Hose String）中間，以避免彎曲損壞。這種斷開式聯(lián)軸節(jié)通常被稱為Hose Reel End。如下圖示：

圖1：快速釋放閥、斷開式聯(lián)軸節(jié)和軟管

圖2：斷開式聯(lián)軸節(jié)

2.2 漂浮式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)

由于不存在考慮需要彎曲的問題，只要直徑尺寸合適，這種斷開式聯(lián)軸節(jié)可以放置在外輸軟管管線中間的任何位置。而在實際使用中，斷開式聯(lián)軸節(jié)必須安裝在整組軟管管線最容易受到高強(qiáng)度破斷力的位置，以確保其發(fā)揮作用。因此，漂浮式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)一般安裝在軟管管線倒數(shù) （從提油穿梭輪算起）第四節(jié)和第五節(jié)之間。這種斷開式聯(lián)軸節(jié)通常被

直接稱為Breakaway Coupling。如下圖所示：

圖1：斷開式聯(lián)軸節(jié)位置（白色浮筒處）

圖2：斷開式聯(lián)軸節(jié)

3.0 滾筒式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)原理

圖3：Hose Reel End設(shè)計圖紙

斷開式聯(lián)軸節(jié)需要和滾筒的快速釋放閥連接配合使用，所以在分析其工作原理時，必須結(jié)合快速釋放閥來一起考慮。為便于理解，下列圖片顯示了快速釋放閥與斷開式聯(lián)軸節(jié)連接的法蘭面；以及快速釋放閥的閥門打開時的狀態(tài)：

圖4：快速釋放閥法蘭面

圖5：快速釋放閥閥門打開時的狀態(tài)

根據(jù)設(shè)計圖紙我們可以知道，滾筒式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)內(nèi)部為套筒結(jié)構(gòu)，且中心有彈簧和聯(lián)軸器。在沒有外輸作業(yè)的時候，彈簧保持自然狀態(tài)，有效地密封斷開式聯(lián)軸節(jié)，同時快速釋放閥的閥門也保持關(guān)閉。

在外輸作業(yè)時，液壓系統(tǒng)會將快速釋放閥的閥門打開（如圖5所示），然后通過快速釋放閥閥門的下壓動作頂開斷開式聯(lián)軸節(jié)的密封板，當(dāng)斷開式聯(lián)軸節(jié)的密封板被下壓至管腔最底部后，整個外輸通路將被打開，此時可以開始進(jìn)行外輸作業(yè)。

當(dāng)外輸作業(yè)結(jié)束后或者遇到緊急情況需要迅速切斷外輸管路、解脫外輸軟管的時候，可以通過液壓系統(tǒng)收起快速釋放閥閥門，此時斷開式聯(lián)軸節(jié)密封板依靠彈簧的張力恢復(fù)原位，整個端口即可處于閉合狀態(tài)。

根據(jù)上述原理描述分析可知：當(dāng)整組軟管發(fā)生溢油泄漏時，斷開式聯(lián)軸節(jié)所起的保護(hù)比較小。因此滾筒式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)應(yīng)該要與安全性更高的雙層外輸軟管配合使用。這種情況下，斷開式聯(lián)軸節(jié)的主要作用還是體現(xiàn)在軟管如果受內(nèi)外異常壓力影響而發(fā)生破斷事故需要緊急解脫時能夠快速截斷油路，以降低大量原油泄漏的風(fēng)險。

4.0 漂浮式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)原理

漂浮式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)內(nèi)部有1組8個碟片或者2組共16個碟片以及配套的彈簧，碟片的數(shù)量主要取決于它是單向破斷自封閉方式還是雙向破斷自封閉方式。圖6是雙向破斷自封閉方式的斷開式聯(lián)軸節(jié)。當(dāng)它受到的拉力超過額定破斷拉力時，內(nèi)部管體將會分離成兩截，此時在彈簧的作用力下管體內(nèi)的碟片被頂出打開并形成無縫的錐形閉門，整個軟管通路被截斷。具體變化如下圖所示：

圖6：Breakaway Coupling設(shè)計圖紙

圖7：Breakaway Coupling工作流程

若使用的斷開式聯(lián)軸節(jié)屬于單向破斷自封閉方式，那么則只會形成某一邊的錐形閉門，當(dāng)然同樣也可以截斷整個軟管通路。

漂浮式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)通常安裝在軟管管線倒數(shù)（從提油穿梭輪算起）第四節(jié)和第五節(jié)之間，相對于滾筒式匹配的斷開式聯(lián)軸而言，它對外輸軟管的主動保護(hù)程度較高，而且在防溢油方面做的更好。漂浮式匹配的斷開式聯(lián)軸節(jié)的設(shè)計特點和使用特性決定了它能夠有效地和單層軟管配套使用，以降低單層軟管因破斷所導(dǎo)致的溢油風(fēng)險。

4.0 結(jié)論

通過以上兩種FPSO外輸系統(tǒng)中斷開式聯(lián)軸節(jié)的使用原理分析，我們可以知道：

（1）不同的FPSO外輸系統(tǒng)需要匹配不同的斷開式聯(lián)軸節(jié)；

（2）不同特性的斷開式聯(lián)軸節(jié)在結(jié)構(gòu)上和原理上有所差異；

（3）斷開式聯(lián)軸節(jié)在外輸軟管配套使用中是必要的，它能夠有效地降低外輸軟管的溢油風(fēng)險。