劉愛俠

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置FPSO適應(yīng)的水深范圍廣、抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、可及時(shí)轉(zhuǎn)移和重復(fù)利用，其發(fā)展對(duì)我國(guó)開發(fā)深水油氣資源具有重要戰(zhàn)略意義。液壓潛沒泵作為FPSO油氣儲(chǔ)存、外輸和污油水處理的關(guān)鍵設(shè)備，系統(tǒng)組成復(fù)雜、輔助設(shè)施較多。整套系統(tǒng)遍布于FPSO船體的主甲板、各艙室和控制室等，合理優(yōu)化的布置安裝設(shè)計(jì)是保證系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，并為投產(chǎn)運(yùn)行后的操作、維護(hù)和拆卸安裝等做好規(guī)劃。

1 液壓潛沒泵系統(tǒng)組成與特性分析

FPSO上的外輸泵、轉(zhuǎn)運(yùn)泵、壓載泵、輸送泵、污油水泵和掃艙泵等常采用液壓潛沒泵，其主要系統(tǒng)組成見圖1，主要包括潛沒離心泵單元、液壓系統(tǒng)、電力和控制系統(tǒng)、管線系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等。

圖1 FPSO潛沒泵的系統(tǒng)組成

液壓潛沒泵的系統(tǒng)及其輔助設(shè)施遍布于FPSO船體的主甲板、各艙室、液壓泵站間和控制室等，其在FPSO上的總體分布情況見圖2。

圖2 潛沒泵系統(tǒng)在FPSO上的總體布置

1.1 潛沒泵單元

潛沒泵單元主體主要由上部甲板組件、中間管柱和底部泵體組成。泵為立式單級(jí)泵離心泵，液壓馬達(dá)通過一根短而堅(jiān)固的軸驅(qū)動(dòng)葉輪。主要特點(diǎn)如下：

（1）同心管柱的設(shè)計(jì)，保證了最大的安全性?？涨缓痛髿膺B通，用于隔離液壓油和輸送介質(zhì)。

（2）液壓油既作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)，又作為馬達(dá)和轉(zhuǎn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑、冷卻劑。

（3）液壓油一側(cè)采用機(jī)械密封，輸送介質(zhì)一側(cè)采用雙唇型密封，只承受介質(zhì)的靜壓，更容易實(shí)現(xiàn)軸向平衡。

（4）配備防逆轉(zhuǎn)裝置，可通過液壓潛沒泵的排出管進(jìn)行裝貨。

（5）操作簡(jiǎn)單，可以通過泵頂板上的STC閥（速度扭矩控制閥）對(duì)潛沒泵進(jìn)行遙控和就地進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。

（6）自帶掃艙功能，掃艙時(shí)間短、效率高、殘液余量少。

（7）自帶管線吹掃功能，潛沒泵在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，葉片起到了止回閥的作用，通過吹入壓縮空氣或惰性氣體，可以將殘存液通過掃艙管從貨油管中清除。

1.2 液壓系統(tǒng)

液壓驅(qū)動(dòng)是目前FPSO潛沒泵應(yīng)用最靈活、最安全的驅(qū)動(dòng)方式。其系統(tǒng)組成主要包括液壓動(dòng)力站、液壓管路和閥控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操作控制面板等。液壓系統(tǒng)是一個(gè)中央液壓主環(huán)路，液壓油泵輸送液壓油到高壓主管路內(nèi)，然后通過安裝在甲板上的環(huán)狀液壓管路系統(tǒng)輸送到每一個(gè)用戶。驅(qū)動(dòng)源可以是電機(jī)、柴油機(jī)或兩者混合驅(qū)動(dòng)。為了防止液壓馬達(dá)超速，每一臺(tái)馬達(dá)的進(jìn)油側(cè)都配有一個(gè)速度控制閥。

主液壓泵為軸向柱塞式，可變位移的斜盤設(shè)計(jì)。液壓泵的位移是通過每臺(tái)泵上的壓力調(diào)節(jié)裝置來(lái)液壓控制的。移動(dòng)式貨油泵的速度控制是在泵體上就地操作的。在主回油管路上配置有過濾器和冷卻器，用于保持液壓油的清潔，使油溫控制在設(shè)定范圍內(nèi)。為保證系統(tǒng)安全可靠，控制系統(tǒng)中設(shè)置還有傳感器、變送器、報(bào)警器和自動(dòng)開關(guān)等。

1.3 控制系統(tǒng)和電力供應(yīng)

液壓潛沒泵的系統(tǒng)控制，是由安裝在控制盤上的可編程邏輯控制器（PLC）來(lái)控制的。PLC輸入事先編制的滿足系統(tǒng)安全工作邏輯的控制和操作程序?？刂票P可以通過電液比例閥組實(shí)現(xiàn)對(duì)電信號(hào)與液壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)每臺(tái)泵排量的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

同時(shí)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與船上中央控制系統(tǒng)的對(duì)接，可以通過船上中控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)或調(diào)控每臺(tái)潛沒泵，對(duì)貨油艙液位、貨油壓力、外輸?shù)冗M(jìn)行監(jiān)控。并設(shè)置有應(yīng)急越控、應(yīng)急停止和遠(yuǎn)程通訊等功能。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵站、控制系統(tǒng)大都設(shè)置兩路獨(dú)立的電源供應(yīng)，即主電源、應(yīng)急電源或備用電源。如果主電源發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切換至應(yīng)急或備用電源?？刂葡到y(tǒng)可以從電氣上劃分成獨(dú)立的子系統(tǒng)，提高控制系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性。

1.4 管線系統(tǒng)

液壓潛沒泵的管線系統(tǒng)包括兩大部分，液壓管線系統(tǒng)和貨油管線系統(tǒng)。

圖3 潛沒泵管線系統(tǒng)

1.4.1 液壓管線系統(tǒng)

液壓管系主要包括高、低壓液壓管線、焊接法蘭、彈性穿艙件、彈性管夾、固定支撐以及其它特殊附件。一般由潛沒泵廠家全套提供，并配合完成管線三維布置設(shè)計(jì)，由船廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組合和安裝。高壓管路和控制管路一般采用雙相不銹鋼材質(zhì)，低壓管路采用316L不銹鋼。固定和支撐使盡量采用彈性安裝，以降低液壓系統(tǒng)的震動(dòng)和噪聲。

1.4.2 貨油管線系統(tǒng)

FPSO的貨油管線系統(tǒng)取決于船舶的類型、裝載油品的種類和品質(zhì)、船艙布置等。主要包括各泵的出口支管線、匯總管線、加熱管線、冷卻管線、調(diào)節(jié)或開關(guān)閥門、管件、固定和支撐等。一般遍布于船體主甲板和各艙室，可以實(shí)現(xiàn)快速地進(jìn)行輸送和裝卸貨油，也可以使泄放和掃線更迅速。

1.5 輔助系統(tǒng)

1.5.1 甲板加熱系統(tǒng)

甲板加熱器的元件是經(jīng)過特殊成型制作的，可實(shí)現(xiàn)貨液在加熱器內(nèi)部順暢的循環(huán)，同時(shí)和貨液接觸的表面溫度較低。密閉加熱介質(zhì)為熱油、熱水或飽和蒸汽。甲板加熱器可循環(huán)加熱貨油艙的油品，替代艙內(nèi)復(fù)雜的加熱盤管，相應(yīng)的管線固定和支撐也可以取消。使貨油艙內(nèi)部保持清潔，洗艙更容易快速，洗艙水用量和污油水排放量會(huì)減少。

1.5.2 循環(huán)冷卻系統(tǒng)

如果FPSO裝載由低沸點(diǎn)或氣液相混合的貨液、或易揮發(fā)的化學(xué)品，則需要設(shè)置循環(huán)冷卻系統(tǒng)以保持安全溫度。冷卻系統(tǒng)包括每個(gè)艙單獨(dú)的冷卻器、冷水機(jī)組以及冷卻介質(zhì)的循環(huán)管系。冷卻器浸沒于每個(gè)貨液艙中，并集成在一個(gè)循環(huán)冷卻裝置內(nèi)。貨液冷卻系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，可以根據(jù)需要進(jìn)行加裝或拆除。

1.5.3 艙內(nèi)循環(huán)裝置

為了保持貨液的品質(zhì)、避免懸浮物沉淀在艙底或結(jié)垢，需要定期進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)流動(dòng)。可通過運(yùn)轉(zhuǎn)潛沒泵和注入管末端的擴(kuò)散器進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)。擴(kuò)散器是每個(gè)貨液艙獨(dú)立的特殊設(shè)計(jì)，擴(kuò)散器上具有多個(gè)噴嘴，其數(shù)量和尺寸根據(jù)各艙的形狀和尺寸而定。擴(kuò)散器通常為不銹鋼材質(zhì)或高鉬含量的不銹鋼，以適應(yīng)防腐蝕要求。

2 液壓潛沒泵布置安裝要點(diǎn)

液壓潛沒泵單元主要由三部分組成，上部甲板組件、中間管柱和底部泵體，整體高度較高，從船艙底部穿越至主甲板。布置安裝工作主要包括甲板座圈、底部支撐、中間支撐、泵本體安裝、各分部的組合與連接等。

貨油泵由焊接在甲板上的座圈支撐固定，特制的密封圈和彈性螺栓用于降低噪聲、防止泄漏。管柱是用于連接泵體和頂板的管子束，根據(jù)泵長(zhǎng)度的不同，管柱由一個(gè)或多個(gè)中間支撐圈支撐。泵體通過焊接或法蘭連接到管柱下端，由底部支撐圈支撐。

2.1 做好前期準(zhǔn)備工作

（1）安裝作業(yè)人員需要接受培訓(xùn)，對(duì)潛沒泵的安裝過程有全面的了解并熟悉設(shè)備資料。

（2）足夠的現(xiàn)場(chǎng)組裝場(chǎng)地，長(zhǎng)和寬應(yīng)不小于30m。

（3）動(dòng)員足夠數(shù)量的移動(dòng)起重機(jī)械，吊裝高度和載荷滿足要求。

（4）準(zhǔn)備好所需的工具、用品、材料、公用風(fēng)/水/電等。

（5）檢查并確認(rèn)泵體完好無(wú)損，安裝前防護(hù)物不得拆除。

（6）潛沒泵所在的艙室及其相鄰的周邊艙室結(jié)構(gòu)施工已完成。

（7）艙內(nèi)的焊接、噴砂、打磨和涂裝已完成，并做好清潔。

2.2 潛沒泵安裝步驟

潛沒泵安裝可按實(shí)際情況采用不同的方法和步驟，但都要滿足安裝精度控制要求，特別是中心線的校準(zhǔn)、對(duì)中和高度偏差控制。主要安裝工作包括甲板座圈、中間支撐、泵體支撐和固定等，參見圖4。對(duì)于每種貨油泵，由廠家提供全套的“安裝模具”用于安裝工作的測(cè)量、定位、預(yù)制和原裝。主要安裝步驟如下：

圖4 潛沒泵安裝示意圖

（1）安裝定位和校準(zhǔn)

根據(jù)頂板組件安裝模具上的接管法蘭，進(jìn)行上船安裝前現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)、預(yù)制校驗(yàn)管。使用頂板安裝模具時(shí)，需去掉座圈法蘭面的木板保護(hù)層，以免尺寸有誤，使用完后再重新裝上。

采用激光儀進(jìn)行安裝定位和校準(zhǔn)，在使用前先檢查確認(rèn)其精確度。把激光器安裝在頂板安裝模具上，頂板安裝模具安裝在甲板座圈上。打開激光器，在激光束所照射在吸油井上形成的光斑中心作好標(biāo)記。激光儀每次旋轉(zhuǎn)90°，經(jīng)多次校準(zhǔn)、調(diào)整和測(cè)量直到定位結(jié)果滿足精度要求。

（2）甲板座圈的安裝

甲板座圈必須保證安裝高度的精度，以保證潛沒泵的間隙值。間隙太小可能導(dǎo)致泵體無(wú)法維修，間隙太大可能導(dǎo)致卸貨殘液量過大。

標(biāo)出貨油泵中心位置，切割甲板上座圈開孔，將頂板安裝模具安裝于甲板座圈上。校準(zhǔn)定位、點(diǎn)焊固定。焊接受熱時(shí)甲板座圈會(huì)收縮，座圈的上平面和甲板之間的距離會(huì)縮短3～5mm，定位時(shí)需提前考慮。然后完成焊接，并不斷檢查確認(rèn)座圈的定位情況。

（3）底部支撐圈的安裝

首先將底部支撐圈的安裝模具裝在支架上，支撐圈的安裝模具放在激光的中心，進(jìn)行平面調(diào)整和高度調(diào)整直至準(zhǔn)確定位。然后進(jìn)行焊接，焊接后并復(fù)查支撐圈的定位和高度。

（4）中間支撐圈的安裝

中間支撐圈支架的安裝須在甲板座圈和底部支撐的支架安裝完成后進(jìn)行。將中間支撐圈的位置和高度標(biāo)記在測(cè)量尺上。支撐圈安裝模具的邊線必須平行于支架所焊接的艙壁，進(jìn)行高度調(diào)整和定位校準(zhǔn)。然后進(jìn)行焊接，焊接完成后核查高度、對(duì)中、垂直度。

（5）甲板管路的預(yù)制和預(yù)組裝

在底部支撐圈安裝完成后，可以用泵的頂板安裝模具進(jìn)行甲板管路的測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)和預(yù)制。拿掉泵頂板安裝模具上的激光器，將需要校驗(yàn)的接管法蘭安裝模具組裝在頂板的安裝模具上，按各潛沒泵的設(shè)計(jì)安裝的方向，用螺栓固定在座圈上，校驗(yàn)管口法蘭固定到安裝模具上。然后就可以對(duì)連接的管線進(jìn)行定位測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制和預(yù)組裝。預(yù)組裝可以提前發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場(chǎng)問題，減少材料的浪費(fèi)和返工，并保證甲板管路安裝施工的質(zhì)量和精度。

3 結(jié)論

（1）各大船級(jí)社和海事部門對(duì)貨液類船舶的本質(zhì)安全和規(guī)范操作的要求越來(lái)越嚴(yán)格，裝載潛在的危險(xiǎn)性和環(huán)境危害受到高度關(guān)注。液壓驅(qū)動(dòng)的潛沒泵已成為FPSO、油品船舶和化學(xué)品船等貨液卸載轉(zhuǎn)運(yùn)的主流設(shè)施。

（2）潛沒泵的布置安裝技術(shù)要求嚴(yán)苛、工藝復(fù)雜、精度控制要求高，可以通過過程控制和技術(shù)措施保證。潛沒泵的安裝也是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的施工作業(yè)，前期需由多方聯(lián)合制定詳細(xì)的安裝實(shí)施技術(shù)方案。

（3）液壓潛沒泵的設(shè)備制造主要依靠進(jìn)口采辦，需要對(duì)系統(tǒng)組成、設(shè)備特性、布置安裝等多方面進(jìn)行分析和研究，以補(bǔ)充完善國(guó)內(nèi)潛沒泵的技術(shù)體系。本文所述可供類似FPSO中液壓潛沒泵的系統(tǒng)選用、總體規(guī)劃和布置安裝施工參考借鑒。

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