尤學剛，程糾，吳堯增，劉孔忠，劉偉杰，汪建平

(中海石油(中國)有限公司 海南分公司，?？?570100)

陵水17-2氣田開發(fā)工程項目采用半潛式平臺回接水下生產(chǎn)系統(tǒng)，設(shè)計水深1 500 m。氣田采出的天然氣在平臺處理合格后通過海管外輸，凝析油儲存在平臺的4個立柱內(nèi)，通過油輪定期外輸[1]。

半潛式平臺的船體立柱部分除儲存凝析油外，還儲存有污油、壓載水、富乙二醇、貧乙二醇、淡水和柴油。凝析油艙除具備儲存凝析油功能外，由于位于密封空間，需要特別關(guān)注平臺的整體安全。所述項目所有油艙周圍均設(shè)有空艙，根據(jù)API505規(guī)范，空艙劃分為1級1區(qū)，起到隔離危險區(qū)與非危險區(qū)域的作用。設(shè)置大量的空艙，使得船體內(nèi)可布置設(shè)備及管線的有效空間減小，無法布置機艙和泵艙。陵水17-2平臺為全球首座10萬t級半潛式儲油生產(chǎn)平臺，沒有同規(guī)格的平臺可參考?？紤]到液壓式浸沒泵具有可靠性高、現(xiàn)場無防爆問題、壽命長、集成方便等優(yōu)點[2]，在FPSO及半潛式平臺上大量使用。為滿足平臺應用需求，對在液壓系統(tǒng)上設(shè)置儲能器保證臺風期間系統(tǒng)的安全；使用真空自吸裝置提高泵的吸入性能；在排載泵管柱上設(shè)置密封裝置保證船艙的水密等方面進行討論。

1 選型

凝析油艙高度為59 m，遠高于以往FPSO的油艙，無法采用深井泵和長軸泵[3]。綜合考慮，采用液壓式浸沒泵作為凝析油、污油、壓載水、富乙二醇和貧乙二醇的輸送泵，每個立柱設(shè)置1臺獨立的HPU(液壓站)，供本立柱的各泵使用，系統(tǒng)集成了貨油裝卸、掃艙、壓載等多種功能[2]。此方案具有船體內(nèi)部操作、維護工作量小、介質(zhì)艙無電氣設(shè)備、本質(zhì)安全性高等特點。淡水和柴油的用戶需求量小，采用普通的離心泵即可，占地空間小，布置在底部機械處所。

根據(jù)實際使用需求，各泵均采用常規(guī)貨油泵。每個立柱布置1臺排載泵，所有壓載艙通過2個主環(huán)路總管相連，總管接入排載泵，所有4臺排載泵均可以互為備用，滿足規(guī)范要求的每個壓載艙至少有2臺泵能排水的要求，4個角各布置1臺排載泵(見圖1)。

圖1 2個主環(huán)路總管

由于排載泵的入口需要連接大的管線，將排載泵泵頭安裝在吸入盒內(nèi)，吸入盒側(cè)面設(shè)置入口管口。污油泵的取水口有3個不同的高度，3個高度的管線通過三通接入總管，再從底部接入泵的吸入盒。

2 設(shè)計思路

為滿足平臺的生產(chǎn)需要，結(jié)合平臺現(xiàn)狀，對液壓式浸沒泵系統(tǒng)進行優(yōu)化：①在液壓油回油管線上設(shè)置緩沖器，保證臺風期間整個液壓系統(tǒng)的本質(zhì)安全；②由于排載泵和污油泵的入口連接管線，特別是排載泵連接的管線需要從環(huán)形壓載水管線接入，管線長，管件多，入口阻力大，泵安裝真空自吸裝置，可大大提高泵的吸入能力，同時起到快速排載的作用；③在排載泵管柱上設(shè)置水密裝置，保證穿艙處以上的區(qū)域全部為水密區(qū)域，上部區(qū)域所有房間均不采用水密設(shè)計，減少投資。

2.1 臺風期間系統(tǒng)的安全

液壓式浸沒泵非工作狀態(tài)時，HPU上的液壓油補給泵啟動，給液壓油系統(tǒng)提供一定的壓力，保證液壓油系統(tǒng)的壓力高于介質(zhì)艙內(nèi)介質(zhì)的靜水壓力，機械密封正常受壓，保證液壓油系統(tǒng)的安全。否則若液壓系統(tǒng)無壓力，艙內(nèi)介質(zhì)的靜水壓力長時間高于液壓油的壓力時，易損壞液貨密封和機械密封，造成液壓油系統(tǒng)發(fā)生故障。臺風期間，主電關(guān)閉，僅有UPS(不間斷電源)工作，若用UPS給補給泵提供電力，短時間內(nèi)就會耗光所有的電力；若要保證補給泵在臺風期間一直工作，則需求UPS的容量非常大，投資增大。在液壓油系統(tǒng)的回油管上增加1個儲能器(見圖2)，在平臺失電前提前給儲能器充滿氮氣，保證液壓油系統(tǒng)能維持一定的壓力，可以很好地解決臺風期間，平臺電力不足的情況。

圖2 液壓系統(tǒng)上增加儲能器

2.2 真空自吸裝置的使用

通常，液貨泵配備真空自吸裝置起到超級掃艙的作用[4]，即通過抽真空將吸入盒內(nèi)的介質(zhì)先清空，使介質(zhì)艙內(nèi)和管線內(nèi)的介質(zhì)盡可能地流入吸入盒中，超級掃艙，可快速裝載下一批貨物。本半潛式平臺靠錨鏈系泊固定，每個艙裝卸同一種介質(zhì)，不要求能快速裝載下一批貨物，除介質(zhì)艙定期年檢需要清艙外，平時對艙內(nèi)的殘液量不做嚴格的要求。

排載泵和污油泵在泵頭均裝配有吸入盒，并在吸入盒頂部安裝真空自吸裝置的吸入管。排載泵在吸入盒內(nèi)安裝液位變送器，通過液位的高低來啟停真空自吸裝置。根據(jù)ABS MODU規(guī)范要求，至少有2臺泵能有效排空每個壓載艙。由于本平臺為4立柱設(shè)計，即要求每臺泵均能排空鄰近立柱的任意壓載艙即可，泵入口管線阻力根據(jù)計算考慮為9 m水柱。在0.7 MPa(表壓)壓力的空氣作用下，自吸裝置產(chǎn)的的真空度隨時間的變化見圖3，其中實線為排載泵的自吸裝置真空度曲線，自吸裝置可在30 s內(nèi)產(chǎn)生6 m的真空度，可極大地改善泵的吸入性能，盡可能將鄰近立柱的壓載艙及長距離管線內(nèi)的介質(zhì)排空。

圖3 自吸裝置真空度變化

真空自吸裝置的核心部件為噴射器，排載泵的噴射器固定在頂板上，實物見圖4。

圖4 排載泵噴射器實物

2.3 排載泵管柱上設(shè)置密封裝置

所有液壓式浸沒泵中，排載泵的管柱最長，達到59 m。泵頭及吸入盒安裝在底部機械處所區(qū)域，上穿9 m標高的甲板至豎井區(qū)域，再上穿59 m標高的立柱頂部甲板，泵頂板固定在立柱頂部甲板，起到水密立柱頂部甲板的作用。而管柱從底部機械處所區(qū)域上穿到豎井區(qū)域，需要在9 m標高的穿艙處保證水密性，見圖5。

圖5 排載泵布置說明

常規(guī)做法是用50 m長的護管將穿艙的泵管柱完全套住，水只會流到護管里，不會進入堅井區(qū)域，從而起到水密作用。但是50 m長的護管在船艙里很占用空間，安裝固定難度非常大，且提泵維修時無法拆卸中間支撐。

分析后提出，取消此護管，在穿艙處安裝1個膨脹節(jié)，下端通過1段短節(jié)即甲板支座固定在甲板上，在泵管柱上的連接部位增加1副密封法蘭，見圖6。

圖6 排載泵管柱上的密封法蘭

膨脹節(jié)上端通過螺栓與密封法蘭連接，起到水密作用，見圖7。

圖7 排載泵管柱密封裝置布置示意

膨脹節(jié)采用船用行業(yè)標準，易采配。由于排載泵管柱包括高壓液壓進油管、低壓液壓回油管、隔離空腔管、液貨管、掃艙管、自吸裝置管[5]，若密封法蘭直接與甲板支座連接，船體由于運動會導致此水密裝置對泵管柱產(chǎn)生作用力。以往項目中未在管柱的中部位置安裝過水密法蘭，考慮通過膨脹節(jié)可減少由于增加水密裝置導致泵本體整體受力大的變化，同時起到水密作用。采用此方案，4臺排載泵的安裝減重70 t，泵整體安裝工作難度及工作量也大大減小，且更有利于后期泵的維護。同時，此水密裝置的設(shè)置，可保證9 m標高以上的區(qū)域滿足水密要求，將所有操作間的門設(shè)計為非水密型式，減少投資。

水密裝置主要參數(shù)如下。

壓力：0.6 MPa(表壓)，直徑:1 000 mm；

膨脹節(jié)波數(shù)4，軸向位移44 mm，橫向位移2.9 mm。

3 安裝

關(guān)于貨油泵的安裝[6-7]，需要特別注意焊接順序，泵座本身的焊縫不能位于船體的橫向方向，應盡量與船的縱向方向平行。本項目中除了排載泵的安裝有特殊考慮外，其他泵的安裝與其他項目類似。排載泵由于底部安裝有吸入盒，吸入盒固定在艙內(nèi)的甲板上。排載泵為兩點支撐，泵的重量主要作用在吸入盒上，頂板為彈性支撐，與其他貨油泵的懸掛支撐形式不一樣。安裝順序：先安裝底部吸入盒，再安裝泵頂板、焊接頂部甲板支座，及連接管柱水密裝置，焊接水密裝置處的甲板支座。中間管柱的水密裝置連接為首次應用，為豎直方向最后的焊接及連接部位，剩下為中間拉桿的連接等。

4 結(jié)論

15臺液壓式浸沒泵已在陵水17-2平臺全部調(diào)試完成，各項性能指標良好，達到了預期的設(shè)計效果。

1)在液壓式浸沒泵液壓系統(tǒng)上設(shè)置儲能器，可保證臺風期間系統(tǒng)的安全，即使平臺沒有電源，利用儲能器預充的氮氣也可保證液壓系統(tǒng)不會被外部介質(zhì)污染，很好地解決了平臺上這一特殊時間的系統(tǒng)安全問題。

2)將液壓式浸沒泵的超級掃艙功能應用到提高泵的吸入性能上，保證在復雜的吸入管網(wǎng)上，較大的吸入阻力情況下，泵能正常工作。

3)在多根管組成的泵管柱上設(shè)置密封法蘭，并通過水密裝置與艙壁固定，既可保證船艙的水密，又能減少現(xiàn)場的安裝量，使排載泵盡早投入使用。