王 沙,郭明荃,張 強(qiáng),初文山,張歆媛

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

在以人為本的大背景下，作為海洋平臺(tái)生產(chǎn)設(shè)施的無(wú)人平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。海上石油開(kāi)采除了要求適應(yīng)惡劣的海況和海洋環(huán)境的要求，還必須滿足安全生產(chǎn)及保護(hù)海洋環(huán)境的要求，平臺(tái)要有完善的發(fā)電或供受電系統(tǒng)，有完善的生活和補(bǔ)給系統(tǒng)，因此平臺(tái)布置應(yīng)緊湊、自動(dòng)化程度高，安全可靠性要求高。

1 無(wú)人平臺(tái)定義

無(wú)人平臺(tái)并非在任何工況下都沒(méi)有人員操作。無(wú)人平臺(tái)是相對(duì)有人平臺(tái)而言，正常生產(chǎn)時(shí)在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有人員在平臺(tái)上生活和生產(chǎn)，平臺(tái)上的生產(chǎn)則需要人員通過(guò)儀控手段從周圍依托平臺(tái)或者終端，進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)和控制。無(wú)人平臺(tái)不需要在平臺(tái)上設(shè)置生活樓和生活補(bǔ)給系統(tǒng)，只有在平臺(tái)設(shè)施故障或者正常巡檢時(shí)，才會(huì)有人員定期登臺(tái)。

無(wú)人平臺(tái)需要設(shè)置一個(gè)登臺(tái)頻率，登臺(tái)頻率需要設(shè)計(jì)方與作業(yè)者共同討論得出，作業(yè)者應(yīng)定期人員登臺(tái)巡檢，設(shè)計(jì)方也會(huì)根據(jù)登臺(tái)頻率設(shè)計(jì)無(wú)人平臺(tái)的自持能力和特殊工況的應(yīng)急方案。登臺(tái)頻率一般為7 d、15 d或30 d[1]，具體視海域特點(diǎn)和操作者工作習(xí)慣而定。

因此，無(wú)人平臺(tái)的工藝系統(tǒng)要求簡(jiǎn)化、自動(dòng)、可靠。通常根據(jù)不同平臺(tái)特點(diǎn)設(shè)置油氣處理系統(tǒng)、外輸系統(tǒng)、化學(xué)藥劑系統(tǒng)、開(kāi)排系統(tǒng)、閉排系統(tǒng)等，有些平臺(tái)可能會(huì)根據(jù)需要設(shè)置火炬系統(tǒng)、生產(chǎn)水處理系統(tǒng)、注水系統(tǒng)等，比如淡水系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)、柴油系統(tǒng)、海水系統(tǒng)、公用儀表風(fēng)系統(tǒng)等則根據(jù)需要，盡量簡(jiǎn)化或取消。

2 無(wú)人平臺(tái)的基本原則

無(wú)人平臺(tái)首先應(yīng)滿足安全可靠，即簡(jiǎn)化優(yōu)化工藝流程，減少設(shè)備數(shù)量，提高設(shè)備的可靠和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)比選選取自動(dòng)化和智能化程度較高的儀表和設(shè)備，盡可能減少因?yàn)樵O(shè)備和閥門故障導(dǎo)致的生產(chǎn)關(guān)停[2]。

無(wú)人平臺(tái)關(guān)鍵位置的溫度、壓力和液位等信號(hào)均需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳功能，海管入口和出口、分離器罐體上的壓力信號(hào)如有必要，建議增設(shè)3選2執(zhí)行機(jī)構(gòu)[3]，提高監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率，避免因?yàn)閮x表誤報(bào)而導(dǎo)致的平臺(tái)生產(chǎn)頻繁關(guān)停。同時(shí)無(wú)人平臺(tái)需要擴(kuò)大視頻監(jiān)控范圍，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作可視化，完全遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。針對(duì)主油氣設(shè)備，平臺(tái)動(dòng)設(shè)備，以及有泄漏風(fēng)險(xiǎn)等位置，需要單獨(dú)設(shè)置高級(jí)的視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備。

機(jī)械設(shè)備方面，盡可能選取可靠性，維保周期長(zhǎng)的設(shè)備和設(shè)置，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施實(shí)現(xiàn)故障診斷。文章將對(duì)關(guān)鍵位置動(dòng)設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)可靠地遠(yuǎn)程啟動(dòng)功能，詳細(xì)動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)探討進(jìn)行討論。

提高平臺(tái)與外界的溝通便捷程度，保證通信寬帶的可靠性，優(yōu)先推薦采用光纖通信，盡量減少微波等通訊方式。

由于平臺(tái)簡(jiǎn)化流程，海水系統(tǒng)如無(wú)必要可不設(shè)置，無(wú)人平臺(tái)可采用消防干式環(huán)網(wǎng)或經(jīng)過(guò)論證，取消消防環(huán)網(wǎng)。若平臺(tái)發(fā)生火災(zāi)，建議通過(guò)供給船或者?？康你@井船提供消防水源，平臺(tái)應(yīng)在合適的位置設(shè)置國(guó)際通岸接頭。

平臺(tái)登臨建議首選直升機(jī)登臨，其次采用登船平臺(tái)登臨。以避免海上天氣惡劣，出現(xiàn)依靠登船平臺(tái)無(wú)法登臨的情況。同時(shí)無(wú)人平臺(tái)應(yīng)做好反恐措施，比如設(shè)置防盜門，有效防止外部人員非法入侵。

無(wú)人平臺(tái)應(yīng)該遵守國(guó)家海洋環(huán)境保護(hù)法的要求，減少環(huán)境影響，避免環(huán)境污染。

3 無(wú)人平臺(tái)動(dòng)設(shè)備分類及設(shè)計(jì)

無(wú)人平臺(tái)的動(dòng)設(shè)備主要包括泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等，其中采用最多的為各種類型的泵，由于平臺(tái)的動(dòng)設(shè)備一般要求遠(yuǎn)程關(guān)不具備遠(yuǎn)程啟功能，為適應(yīng)無(wú)人平臺(tái)需求，動(dòng)設(shè)備也需要盡可能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)功能，但是對(duì)動(dòng)設(shè)備的安全可靠和自動(dòng)化要求更高些。

3.1 開(kāi)排泵

開(kāi)排泵的用途是將開(kāi)排罐內(nèi)的液體打入閉排罐，防止開(kāi)排罐內(nèi)液體冒罐。開(kāi)排泵的介質(zhì)通常為帶油開(kāi)排液體，以水居多，含油較少。因此開(kāi)排泵的選型通常為單級(jí)離心泵。

開(kāi)排泵需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MCC控制，具有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和停止指示燈，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)。中控需要實(shí)現(xiàn)對(duì)泵的運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)顯示，遠(yuǎn)程手動(dòng)啟?？刂?。

開(kāi)排泵通常為兩臺(tái)，可以設(shè)置為一用一備，也可以設(shè)置成LEAD/LAG模式[4]。若是設(shè)置成一用一備，則開(kāi)排泵的進(jìn)出口閥門均需設(shè)置成具有遠(yuǎn)程開(kāi)啟和關(guān)閉的電動(dòng)或液動(dòng)閥門，閥門成本會(huì)增加。建議開(kāi)排泵的進(jìn)出口設(shè)置成LEAD/LAG控制模式，則開(kāi)排泵進(jìn)出口閥門可以設(shè)置為手動(dòng)閥門，泵由開(kāi)排罐的液位控制啟停。

開(kāi)排泵可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)人化。

3.2 閉排泵

閉排泵的用途是將閉排罐內(nèi)的液體打入分離器或外輸海管，防止閉排罐液位過(guò)高導(dǎo)致生產(chǎn)關(guān)斷。閉排泵輸送的介質(zhì)為含油水，油的含量較開(kāi)排液體增多，閉排泵的選型統(tǒng)稱為單級(jí)離心泵，也有的項(xiàng)目選取的是往復(fù)泵。

閉排泵需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MCC控制，具有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和停止指示燈，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)。中控需要實(shí)現(xiàn)對(duì)泵的運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)顯示，遠(yuǎn)程手動(dòng)啟停控制。

閉排泵通常為兩臺(tái)，可以設(shè)置為一用一備，也可以設(shè)置成LEAD/LAG模式，閉排泵的流量通常與開(kāi)排泵的排量保持一致。閉排泵同理開(kāi)排泵，若是設(shè)置成一用一備，則閉排泵的進(jìn)出口閥門均需設(shè)置成具有遠(yuǎn)程開(kāi)啟和關(guān)閉的電動(dòng)或液動(dòng)閥門，閥門成本會(huì)增加。建議閉排泵的進(jìn)出口設(shè)置成LEAD/LAG控制模式，則閉排泵進(jìn)出口閥門可以設(shè)置為手動(dòng)閥門，泵由閉排罐的液位控制啟停。

閉排泵可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)人化。

3.3 化學(xué)藥劑注入泵

化學(xué)藥劑注入泵是需要將化學(xué)藥劑從化學(xué)藥劑儲(chǔ)罐泵入下游注入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)藥劑的作用?；瘜W(xué)藥劑泵通暢設(shè)置為一用一備，選型多采用隔膜泵，屬于往復(fù)泵的一種。

根據(jù)規(guī)范API RP 14C，化學(xué)藥劑泵出口應(yīng)設(shè)置安全閥PSV，如果下游堵塞泵出口會(huì)出現(xiàn)高壓，安全閥PSV會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，將超壓流體泄放至泵入口或者化學(xué)藥劑儲(chǔ)罐，從而對(duì)泵體和管線進(jìn)行保護(hù)[5]。

化學(xué)藥劑注入泵需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MCC控制，具有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和停止指示燈，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)。中控需要實(shí)現(xiàn)對(duì)泵的運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)顯示，遠(yuǎn)程手動(dòng)啟?？刂啤?/p>

化學(xué)藥劑注入泵可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停，正常工作時(shí)一臺(tái)泵出于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，另一臺(tái)泵中充滿藥劑，處于熱備狀態(tài)。若是需要更換藥劑泵，則只需要遠(yuǎn)程控制啟動(dòng)備用泵。

化學(xué)藥劑泵可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)人化。

3.4 火炬分液泵

火炬分液泵的用途是將火炬分液罐內(nèi)的液體打入閉排罐，防止火炬分液罐液位過(guò)高導(dǎo)致生產(chǎn)關(guān)斷?；鹁娣忠罕幂斔偷慕橘|(zhì)為輕烴凝析油，油的含量較多，火炬分液泵的選型通常為離心泵。

火炬分液泵需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MCC控制，具有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和停止指示燈，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟停開(kāi)關(guān)。中控需要實(shí)現(xiàn)對(duì)泵的運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)顯示，遠(yuǎn)程手動(dòng)啟?？刂?。

火炬分液泵通常為兩臺(tái)，可以設(shè)置為一用一備，也可以設(shè)置成LEAD/LAG模式?；鹁娣忠罕猛黹_(kāi)排泵，若是設(shè)置成一用一備，則閉排泵的進(jìn)出口閥門均需設(shè)置成具有遠(yuǎn)程開(kāi)啟和關(guān)閉的電動(dòng)或液動(dòng)閥門，閥門成本會(huì)增加。建議火炬分液泵的進(jìn)出口設(shè)置成LEAD/LAG控制模式，則火炬分液泵進(jìn)出口閥門可以設(shè)置為手動(dòng)閥門，泵由火炬分液罐的液位控制啟停。

火炬分液泵可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)人化。

3.5 其它泵

海水泵、淡水泵、可飲用水泵、熱水泵需要根據(jù)平臺(tái)需求判斷是否設(shè)置，一般簡(jiǎn)易化無(wú)人井口平臺(tái)不設(shè)置此四種泵。

4 結(jié)論

無(wú)人化設(shè)計(jì)，尤其是無(wú)人平臺(tái)的動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)，更應(yīng)該遵循安全可靠的原則，保證平臺(tái)在無(wú)人期間正常生產(chǎn)，減少故障停產(chǎn)，減少操維困難，減少安全隱患。同時(shí)，關(guān)于無(wú)人平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則，更需要業(yè)主、作業(yè)方、設(shè)計(jì)者，以及廠家等多方共同討論制定，各方確認(rèn)并遵循。海上無(wú)人平臺(tái)作為未來(lái)平臺(tái)設(shè)計(jì)的一種趨勢(shì)，勢(shì)必會(huì)在更多海域有更亮眼的表現(xiàn)。