司紅濤 程久歡 譚紅瑩 劉吉飛 郝孟江

摘 要：優(yōu)化海上無(wú)人值守井口平臺(tái)開(kāi)閉排系統(tǒng)首先要保證系統(tǒng)的安全性并降低工藝流程的復(fù)雜度，筆者通過(guò)對(duì)某油田的一座無(wú)人值守井口平臺(tái)來(lái)對(duì)海上無(wú)人值守井口平臺(tái)開(kāi)閉排系統(tǒng)開(kāi)展探討研究，應(yīng)用Aspen HYSYS、ANSYS Fluent這兩個(gè)軟件對(duì)開(kāi)排閃蒸汽風(fēng)險(xiǎn)和開(kāi)排溢油風(fēng)險(xiǎn)以及冷放空擴(kuò)散進(jìn)行研究分析，并依據(jù)平臺(tái)特性運(yùn)用全壓設(shè)計(jì)以及開(kāi)閉排流程的優(yōu)化，減少閉排泵數(shù)量來(lái)減少占地面積，為海上無(wú)人值守井口平臺(tái)開(kāi)閉排系統(tǒng)優(yōu)化提出有效的建議。

關(guān)鍵詞：海上;無(wú)人;開(kāi)閉排

高效率、高效益地開(kāi)發(fā)邊際油田是一直是石油開(kāi)發(fā)業(yè)重點(diǎn)探討目標(biāo)，近些年來(lái)，石油氣資源的大力開(kāi)發(fā)，對(duì)邊際油田的開(kāi)發(fā)效率和經(jīng)濟(jì)效益的提升愈加艱難，因此提高開(kāi)發(fā)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益是當(dāng)前的重要任務(wù)，所以對(duì)平臺(tái)構(gòu)造簡(jiǎn)單、工藝難度性低、建設(shè)費(fèi)用低的無(wú)人值守井口平臺(tái)開(kāi)閉排系統(tǒng)隨著石油氣資源的不斷開(kāi)發(fā)，愈來(lái)愈彰顯出它的價(jià)值。但是因?yàn)闊o(wú)人值守平臺(tái)受油氣田建造規(guī)模和設(shè)施管理差異性問(wèn)題，所以無(wú)人值守平臺(tái)的設(shè)計(jì)一直沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的樣板方案，并且系統(tǒng)設(shè)施的簡(jiǎn)化也有待探討。

1 已有的開(kāi)閉排設(shè)計(jì)

已有的開(kāi)式排放系統(tǒng)用來(lái)吸收一些管道設(shè)備的泄漏液，其中不乏可燃和腐蝕性以及有害物質(zhì)，如不及時(shí)處理可能會(huì)發(fā)生重大的安全事故。正常來(lái)講開(kāi)式排放系統(tǒng)的構(gòu)成主要以開(kāi)式排放罐、開(kāi)式排放泵、管路儀表、加熱器以及過(guò)濾器等組成，通過(guò)控制泵來(lái)對(duì)罐內(nèi)液體容量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，油田的開(kāi)采工作會(huì)伴隨著大量的危險(xiǎn)氣體產(chǎn)生，需要對(duì)這些有害氣體進(jìn)行及時(shí)的排放來(lái)確保開(kāi)采工作的安全和減少對(duì)環(huán)境的污染，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)法律法規(guī)允許的情況下，這些氣體會(huì)通過(guò)冷放空排放至大氣，放空系統(tǒng)作為海洋生產(chǎn)平臺(tái)極其重要的安全保障系統(tǒng)，對(duì)平臺(tái)的安全生產(chǎn)有著重大影響力。閉排系統(tǒng)的主要功能是對(duì)系統(tǒng)中形成的氣液進(jìn)行接收處理，閉式排放系統(tǒng)一般包括過(guò)濾器、排放泵以及閉排罐，通過(guò)罐內(nèi)的液位控制閥門來(lái)控制液面的高低，氣液進(jìn)入閉排罐的路徑一般有閉排管和開(kāi)排泵以及氣體泄放，閉排罐內(nèi)的液體流出后會(huì)被放空和火炬燃燒以及泵回原油管。

閉排罐的油氣被分離之后會(huì)經(jīng)過(guò)濾器被閉排泵泵回原油管路重新處理，為了應(yīng)對(duì)檢修工作，在出口設(shè)置兩組并聯(lián)式閉排泵來(lái)滿足工況需求。閉排罐是開(kāi)閉排系統(tǒng)中的重要設(shè)施，閉排罐內(nèi)的液體由捕霧器和分離器分離，將分離出的氣體和液體分別處理，液體經(jīng)閉排泵泵回原油系統(tǒng)，氣體則由火炬燃燒或放空。當(dāng)需要排放的氣液量比較少而且平臺(tái)設(shè)施比較少的情況下，閉式排放罐也可以作為冷放空分液罐和火炬分液罐，從而使閉式排放罐具有氣液分離功能的分離器來(lái)節(jié)約設(shè)備數(shù)量和空間。如果容器出現(xiàn)事故，要對(duì)油氣進(jìn)行泄放，也可以使用其他方式排放，比如使用排放泵把液體泵入海底管線，只把余下的液體排進(jìn)閉式排放罐。過(guò)濾器一般設(shè)置在閉排泵的入口，通過(guò)過(guò)濾油內(nèi)的顆粒雜質(zhì)來(lái)保證開(kāi)排泵的通暢，在過(guò)濾器的進(jìn)出口設(shè)置差壓計(jì)，通過(guò)差壓計(jì)的數(shù)值來(lái)監(jiān)控濾器的工作狀況，如果數(shù)值已超過(guò)設(shè)定的數(shù)值，那么就要進(jìn)行清理維修，清理維修的廢水會(huì)通過(guò)特定的排放口排至開(kāi)排系統(tǒng)。在泵的進(jìn)出口通過(guò)壓力表數(shù)值判斷泵是否堵塞。

我國(guó)正在使用的海上無(wú)人值守井口平臺(tái)開(kāi)閉排設(shè)置情況，如表1所示。

根據(jù)表1能看出全部平臺(tái)都有開(kāi)排系統(tǒng)，主要原因是國(guó)家越來(lái)越重視對(duì)水的排放質(zhì)量，無(wú)人值守平臺(tái)如果不建立油氣處理設(shè)施，那么當(dāng)一些危險(xiǎn)的閥門或者正常的設(shè)施維護(hù)都會(huì)使甲板存在漏油的隱患，因?yàn)殚_(kāi)排系統(tǒng)能把系統(tǒng)維修或漏油產(chǎn)生的油污與雨水分離開(kāi)，所以開(kāi)排系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行刪改。根據(jù)表1還能看出全部平臺(tái)都設(shè)有放空或火炬系統(tǒng)，為了讓燃?xì)膺M(jìn)入冷放空管子和火炬臂后泄放的高度更安全，依據(jù)API RP 500規(guī)定：排放氣體爆炸下限的20%所在位置應(yīng)距離平臺(tái)至少3m。較簡(jiǎn)單的SZ36-1 WHPJ平臺(tái)也設(shè)置了接受氫烴排放的圓管來(lái)使氣液進(jìn)行分離，總體來(lái)說(shuō)大部分的平臺(tái)均以閉排兼冷放空罐子與開(kāi)排組合的設(shè)計(jì)為主，根據(jù)以前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分析，目前還沒(méi)有不設(shè)置火炬分液罐或閉排僅僅設(shè)置開(kāi)排的例子。

2 對(duì)某無(wú)人值守井口平臺(tái)進(jìn)行分析

某個(gè)全壓設(shè)計(jì)的無(wú)人值守井口平臺(tái)產(chǎn)出的油氣以及水，使用電潛泵從海底管道混合輸送至核心平臺(tái)來(lái)進(jìn)行分離工作。此平臺(tái)的特性體現(xiàn)為開(kāi)采和維修以及事故等情況下泄放量較小。通過(guò)分析可以總結(jié)出以下結(jié)論：日常作業(yè)很少發(fā)生液體泄放的情況;當(dāng)進(jìn)行維修作業(yè)時(shí)，液相的最大堵塞工況壓力安全閥（PSV）最大泄放量為2.8m3;氣體泄放只有火災(zāi)工況下存在大量氣體泄放。

正常情況下會(huì)使用開(kāi)排泵把開(kāi)排內(nèi)的液體泵進(jìn)閉排罐，閉排泵把閉排液體泵回，或者是泵入海底管道。但此平臺(tái)為全壓設(shè)計(jì)，根據(jù)其平臺(tái)空間密集和泄放量小的特性來(lái)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的工藝流程簡(jiǎn)化，使閉排罐接受維修以及緊急工況帶壓泄放，為了使氣體通過(guò)閉排時(shí)全部被閃蒸放空，應(yīng)該將閉排壓力設(shè)置在合理的氣壓，閉排內(nèi)的液體升到一定高度時(shí)，以重力自流的方式進(jìn)入開(kāi)排槽，當(dāng)開(kāi)排槽內(nèi)的液體升到一定高度時(shí)，使用開(kāi)排泵泵至海底管道。這種簡(jiǎn)化流程可以起到節(jié)約空間的作用。

2.1 冷放空泄放分析

要證明簡(jiǎn)化流程的安全性，需要運(yùn)用Fluent軟件來(lái)建模，通過(guò)模擬冷放空擴(kuò)散受各種風(fēng)速影響的狀況，得出在各種風(fēng)速情況，排放氣體爆炸下限的20%所處的位置與平臺(tái)的距離都大于3m，符合安全性規(guī)范。如果沒(méi)有閉排兼冷放空系統(tǒng)，那么氣體會(huì)直接通過(guò)開(kāi)排排出，會(huì)有安全隱患。

2.2 開(kāi)排閃蒸氣風(fēng)險(xiǎn)分析

在通過(guò)簡(jiǎn)化后的開(kāi)閉排流程中，閉排罐下游的開(kāi)排槽位會(huì)流進(jìn)由自重力自流的液體，因?yàn)殚_(kāi)排槽是敞口容器，所以要對(duì)進(jìn)入開(kāi)排的液體閃蒸氣進(jìn)行計(jì)算，對(duì)安全問(wèn)題進(jìn)行分析。通過(guò)運(yùn)用HYSYS軟件對(duì)物料平衡作出的計(jì)算，液烴由閉排低壓閃蒸進(jìn)入開(kāi)排的流程為當(dāng)閉排內(nèi)液體高度升到一定位置時(shí)，打開(kāi)控制閥門使液體流入開(kāi)排，此時(shí)的液烴相對(duì)穩(wěn)定。由于開(kāi)排閃蒸的氣流量極小，所以此簡(jiǎn)化流程沒(méi)有安全風(fēng)險(xiǎn)。不使用閉排的情況下使液烴直接流入開(kāi)排，計(jì)算結(jié)果也證明了設(shè)置閉排的重要性，用物料平衡分析的方法得出此流程閃蒸氣量極小，說(shuō)明此流程沒(méi)有安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 開(kāi)排溢油風(fēng)險(xiǎn)分析

在此平臺(tái)正常生產(chǎn)的情況下沒(méi)有液體排放，只有一些緊急或維修檢查時(shí)會(huì)有少量的排放，并且其下游的接受力高于排放量，開(kāi)排槽也未設(shè)置溢油排海管道，所以沒(méi)有溢油的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人平臺(tái)要設(shè)置火炬分液罐或者冷閉排兼冷放空分液罐來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行安全泄放，全壓設(shè)計(jì)的無(wú)人井口平臺(tái)可以根據(jù)液相泄放量來(lái)選擇是否對(duì)開(kāi)閉排流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，把開(kāi)排槽設(shè)在閉排罐的下游來(lái)使液體流進(jìn)開(kāi)排，達(dá)到節(jié)約空間的目的。當(dāng)對(duì)開(kāi)閉排的流程進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要考慮其安全性，應(yīng)當(dāng)對(duì)開(kāi)排閃蒸氣和冷放空氣體擴(kuò)散以及開(kāi)排槽溢油風(fēng)險(xiǎn)幾個(gè)方面來(lái)分析考量，確保沒(méi)有安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉人瑋，郝蘊(yùn)，萬(wàn)宇飛，楊天宇.海上無(wú)人井口平臺(tái)開(kāi)閉排系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].石油工程建設(shè)，2019，45（4）：30-32.

作者簡(jiǎn)介：

司紅濤（1980- ），男，河南許昌人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事油氣田布置與管道設(shè)計(jì)工作。