摘 要：我國石油行業(yè)處于高速發(fā)展期，海洋石油逐漸成為主要開采源，而海洋石油平臺成為關鍵設備，備受石油行業(yè)關注。目前我國的海洋平臺技術已經(jīng)達到國際先進水平，但在實際運用中依然存在不足，如平臺管道布置和優(yōu)化設計。鑒于海洋平臺結構復雜，成本高昂的特點，因此必須在設計和優(yōu)化環(huán)節(jié)下功夫，對降低制造成本，提高平臺穩(wěn)定性和利用率有較大益處。為此，本文從海洋平臺管道布置的優(yōu)化設計方面分析探討，并且提出針對性的優(yōu)化設計策略，希望能為有關設計單位的后續(xù)研究提供幫助。

關鍵詞：海洋平臺;管道布置;設計研究;布置優(yōu)化

0 引言

海洋石油開采是我國未來發(fā)展經(jīng)濟、解決能源緊缺問題的重要手段，我國在渤海、南海都發(fā)現(xiàn)了豐富的石油資源，為我國下一步經(jīng)濟發(fā)展提供了能源基礎。但同時也應重視海洋環(huán)境保護，避免開采中對海洋環(huán)境造成較大破壞和污染，因此海洋石油平臺的設計是一項重要工作，其中管道系統(tǒng)的各項性能直接關系到石油開采安全和污染情況，在管道布局設計環(huán)節(jié)要求具備較強的專業(yè)知識，且擁有一定的實際工作經(jīng)驗，才能勝任這項關鍵任務。

1 海洋平臺及平臺管道概述

1.1 海洋平臺介紹

海洋平臺是海洋石油、天然氣等多種資源開采的基礎設施，是海上作業(yè)基地，具備多用途。通常平臺的主體結構分為固定式和浮式、自升式平臺等等，其結構較為復雜，可通過設計和優(yōu)化技術來降低制造成本。其中優(yōu)化設計是重要的設計思想，對于改變傳統(tǒng)結構，降低成本較為顯著。例如，根據(jù)同類產(chǎn)品的設計經(jīng)驗，擬定平臺的各項尺寸，隨后通過大量的計算、驗證、修改后才能定性，然后優(yōu)化設計要求較高，需要專業(yè)的技術和人才。

1.2 海洋平臺管道系統(tǒng)的分類

目前較為海洋平臺有兩種：導管架平臺和自升式平臺。導管架平臺是應用最為廣泛的固定平臺，通過打樁以樁腿為基礎固定在海床上，可經(jīng)受大風大浪和洋流等較大外力作用。自升式平臺屬于移動式，由主體、樁腿、升降系統(tǒng)構成，同樣以樁腿支撐主體，可通過升降系統(tǒng)到達預定高度作業(yè)，其特點是定位能力強、作業(yè)穩(wěn)定性好，可在惡劣環(huán)境下工作。

1.3 平臺管道布置概述

海洋平臺管道是平臺的重要基礎部件，是連接各個設備和運輸開采的石油資源的主要設備，其密封性直接關系到石油泄漏和環(huán)境污染，因此石油管道可靠性、穩(wěn)定性和安全性是設計布置中非常重要的一項任務。

平臺管道布置設計工作貫穿海洋平臺的整個設計過程，包括平臺初期生產(chǎn)、平臺建造過程、海上連接、平臺使用操作過程等。管道的布置設計工作內容較多，主要有設計數(shù)據(jù)收集、配管研究、管道布置、支架設計、設備協(xié)調、材料統(tǒng)計等。設計中往往運用到多學科知識理論，包括材料學、管道力學、電氣自動化、機械理論、油氣處理、環(huán)保衛(wèi)生等等。設計人員首先要具備較強的專業(yè)知識和綜合能力，其次要熟悉相關標準規(guī)范，掌握工藝流程、海上平臺的安裝、運行、操作等基本技能。

1.4 海上平臺管道布置設計的重要性

海上作業(yè)具有周期長的特點，油層開發(fā)力度不斷加大，石油平臺的使用壽命以及長期穩(wěn)定性都是面臨嚴峻挑戰(zhàn)，因此應根據(jù)石油平臺自身的規(guī)模和應對的環(huán)境條件來進行合理的布置設計，保證其穩(wěn)定性，才能提高和穩(wěn)定石油產(chǎn)量。同時合理的布置設計也能減少平臺的建造和維護費用，提高石油開采的效率。

2 海洋平臺管道布置優(yōu)化設計

2.1 設計條件和設計資料準備

平臺管道設計較為復雜，要確保使用中的穩(wěn)定和安全性，就需要嚴格規(guī)范設計流程，收集大量的平臺資源數(shù)據(jù)確保設計的精準性，因此必要的設計條件和準備工作是設計前非常重要的一項工作，主要包括工藝原理圖和管道數(shù)據(jù)表、有關結構資料、儀表資料、預定布置的設備、容器相關詳細資料、電氣設備和儀表托架布置圖和安裝圖、風機空調安裝圖、管道設計規(guī)格書等。

另外還需要考慮兩方面的設計，一個是管道支架設計，一個是管道應力分析。管道支架是支撐管道重量，控制管道靜止和運行狀態(tài)下的主要支撐設施，通常要考慮管子、管件和環(huán)境因素，尤其是動態(tài)效應的影響，如大風大浪、地震、機械振動等作用力。管道應力分析是實現(xiàn)管道設計經(jīng)濟合理、安全可靠的重要手段，確定管道所需要的各項基本參數(shù)，保證管道自身結構的長期穩(wěn)定性，同時在滿足相關規(guī)范的前提下節(jié)省開支。

2.2 管道布置設計的基本原則

在滿足了設計條件和資料的前提下，下一步就是開展管道布置設計工作。在設計過程中應遵循相關的標準和原則，協(xié)調統(tǒng)一，保證設計的合理性，主要包括以下幾個基本原則：

①合理性、合規(guī)性：管道布置設計應符合國家相關的法規(guī)和行業(yè)標準以及工藝要求、環(huán)保要求;②安全性和穩(wěn)定性：海洋平臺長期在惡劣環(huán)境下作業(yè)，具備較高風險，因此保證平臺的安全性是非常重要的設計內容。管道布局設計同樣應從安全角度出發(fā)，在充分考慮人體工程學的前提下保證安全性能和穩(wěn)定性，如人員操作位置、通行位置凈高不能低于2.2m，高溫管道應遠離操作人員，如有必要可進行隔熱處理;③不妨礙操作和維修：管道布置應考慮到日常操作，應不妨礙設備、儀表的操作和維護維修，在布置設計前應充分考慮各種設備的特點和使用情況，便于有足夠的空間;④可維護性：部分管道需要進行維護和管理操作，因此管道布置設計應具備一定的維護性，尤其是有閥門控制的地方，應方便操作人員接近和處理，如公用站、軟管站位置應靠近平臺邊緣;儀表管道的閥門布置在儀表附近，便于操作;⑤經(jīng)濟性：在管道布置設計合理的前提下應注意成本控制，海洋平臺本身成本高昂，但不應無限擴大其成本，在滿足安全和功能需求的前提下可適當采取優(yōu)化設計，減少成本，如管道柔性和設備管嘴的作用力不超過規(guī)定值的情況下，長度可適當降低，減少焊縫等。

2.3 管道布局

管道前期工作主要是管網(wǎng)的預布置、單體預布置、管道撓性分析判斷等工作，即通常所說的配管研究。

①管網(wǎng)預布置：設計主管網(wǎng)的走向布局，標高和主工藝系統(tǒng)的走向，要綜合考慮到外界因素和內部因素可能的影響，外界因素主要是環(huán)境變化，內部因素主要設計過程中可能出現(xiàn)的工藝變化、圖紙變化、設備變化等等。在預布置中出現(xiàn)的工藝流程、設備布置不合理的情況應及時反饋并且解決;②單體預布置：在管道布局實際工作中經(jīng)常會遇到配管設計資料不滿足要求的布置設計，此時可單獨就那些預布置，即單體預布置。常見的如控制閥門組、海管立管布置、工藝泵進出口管線等等，同樣應及時反饋并且解決;③管道撓性分析判斷：管道設計前期的布局是否合理還要注重管道撓性的分析，常見的如需要進行應力分析，出現(xiàn)超溫、敏感設備連接管道以及根據(jù)以往經(jīng)驗需要撓性分析的管道;④管道排列優(yōu)化設計：管道設計中應注意單體排列，需要根據(jù)壓力大小和管道的特性來進行分析。整體管道布置應整齊有序，橫平豎直，成組成排，有利于相互支撐，不排除使用斜線連接。

3 結束語

海洋石油平臺作為一種非常復雜的海上作業(yè)平臺，在設計中應嚴格遵循相關的規(guī)范和標準，尤其是管道布置和設計應充分考慮多方面因素，包括外部因素和內部因素變化，這些因素可能會影響到管道的運行情況，因此合理的優(yōu)化設計能一定程度上降低意外因素導致的各種事故。在管道設計中應遵循安全、功能、經(jīng)濟等原則，從而實現(xiàn)海洋平臺的穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]尹海軍，谷巧麗.海洋石油平臺模塊化建造管道設計及施工[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（12）：226-227.

[2]任俊俊.海洋石油平臺管道布置設計與研究[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（12）：37-38.

[3]馮東.海洋石油平臺管道布置設計與研究[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（05）：108-109.

[4]李碩存，劉吉飛，程久歡，杜國強，程明達.海洋石油平臺管道布置設計與研究[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（11）：169-170.

作者簡介：

肖祎萌（1985- ），女，天津薊縣人，本科，工程師，研究方向：石油行業(yè)工藝機械管道設計。