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        渤海某平臺應(yīng)對暴雨季節(jié)開排系統(tǒng)的相關(guān)改造

        2022-03-03 07:34:06張意劉蕾
        化工管理 2022年4期
        關(guān)鍵詞:液位閥門區(qū)域

        張意,劉蕾

        (1.中海石油(中國)有限公司秦皇島32-6作業(yè)公司,天津 300459;2.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術(shù)服務(wù)分公司,天津 300280)

        0 引言

        渤海某CEP平臺配備南北2套處理量40 m3/h的開排系統(tǒng),主要接受處理平臺設(shè)備排放的油水、甲板雨水,對平臺生產(chǎn)過程中的一切液體進(jìn)行閉環(huán)處理,能有效防止含油液體入海[1]。投產(chǎn)至今,開排泵泵效逐步下降至60%,日常生產(chǎn)過程中平臺開排系統(tǒng)處理能力能滿足需求,但遭遇常見短時強降雨時,存在極高開排罐冒罐溢油環(huán)保風(fēng)險,同時開排短時間大量轉(zhuǎn)液,對平臺生產(chǎn)流程穩(wěn)定造成負(fù)面影響。確保開排進(jìn)液處于隨時可控,消除雨季平臺溢油安全環(huán)保風(fēng)險,保證環(huán)保設(shè)備的可靠、穩(wěn)定,是一個亟待解決的課題。現(xiàn)場人員通過觀察與科學(xué)計算、討論分析平臺甲板雨水水量分布,提出在關(guān)鍵節(jié)點增加控制閥門,將部分雨水存于甲板,隨后緩慢進(jìn)入開排,降低水量峰值,合理分配南北開排進(jìn)液量,充分發(fā)揮設(shè)備效能,消除了溢油環(huán)保風(fēng)險。

        1 作業(yè)背景

        渤海某CEP平臺是位于渤海中部海域一座8腿12樁綜合平臺,平臺單層面積達(dá)到4 315.5 m2。遇短時強降雨造成開排快速上漲,現(xiàn)場通過封堵甲板地漏,關(guān)閉開排入口非危險區(qū)甲板地漏閥門,控制液位。由于平臺甲板面積大,地漏分布廣,封堵地漏消耗大量人工時,且部分地漏由于設(shè)計原因無法有效封堵,會有大量雨水進(jìn)入開排罐,中下甲板地漏普遍存在原油,貿(mào)然關(guān)閉開排入口甲板地漏閥門必然造成平臺下甲板地漏含油污水返出,造成甲板污染。

        目前該平臺投產(chǎn)至今超過五年,開排系統(tǒng)雜質(zhì)較多,開排泵葉輪受到一定磨損,現(xiàn)場通過測試,北開排泵泵效下降至60%,南開排泵下降至80%。在日常生產(chǎn)過程中,開排系統(tǒng)能滿足設(shè)備撬塊排放需求,且撬塊排放受人為控制處于可控狀態(tài);當(dāng)遭遇雨季常見短時強降雨時,該平臺飛機(jī)甲板、生活樓、三樓吊貨甲板、上甲板生產(chǎn)區(qū)和修井區(qū)甲板這些露天無遮擋區(qū)域收集的雨水直接進(jìn)入開排罐,而進(jìn)液量僅依靠罐入口閥門控制,直接增大開排處理壓力,存在極高的開排冒罐溢油環(huán)保風(fēng)險;同時,開排短時間大量轉(zhuǎn)液,對平臺生產(chǎn)流程穩(wěn)定造成負(fù)面影響。

        2 問題分析

        2.1 存在問題

        (1)降雨量為中雨的情況下,平臺北開排2臺泵運行,液位持續(xù)上漲。

        (2)開排地漏進(jìn)液控制能力低,僅依靠開排罐入口非危險區(qū)甲板地漏總閥控制,關(guān)閉或減小該閥門開度將直接造成含油污水從下甲板地漏返出。

        (3)由于降雨期間,南北開排罐進(jìn)液不均,導(dǎo)致開排泵利用率低,北開排2臺泵運行,南開排1臺泵運行,開排利用率為75%。

        2.2 原因分析

        平臺南北開排罐有效容積為18 m3,當(dāng)進(jìn)液量超過開排泵轉(zhuǎn)液能力時,開排液位上漲快,緩沖能力差。

        開排系統(tǒng)雜質(zhì)較多,開排泵葉輪受到一定磨損,現(xiàn)場通過測試,北開排泵泵效下降至60%,南開排泵下降至80%。在日常生產(chǎn)過程中,開排系統(tǒng)能滿足設(shè)備撬塊排放需求,且撬塊排放受人為控制處于可控狀態(tài),平臺飛機(jī)甲板、生活樓、三樓吊貨甲板、上甲板生產(chǎn)區(qū)和修井區(qū)甲板這些露天無遮擋區(qū)域收集的雨水直接進(jìn)入開排罐,進(jìn)液量僅依靠罐入口閥門控制,造成下甲板存在較大的溢油風(fēng)險。且由于現(xiàn)場地漏安裝形式不同,造成生活樓,三樓吊貨甲板及飛機(jī)甲板地漏無法完成封堵。

        通過上述可知,平臺北開排系統(tǒng)為最薄弱環(huán)節(jié),保證安全環(huán)保的情況下,推算目前平臺可以承受的最大降雨量Q:

        式中:Q為平臺能承受最大短時降雨量(mm/h);QP為單臺開排泵排量,為20 m3/h;η為開排泵泵效,目前現(xiàn)場通過測試,取0.6;S1為開排控制區(qū)域不可封堵地漏甲板面積,取920.8 m2;S2為開排控制區(qū)域可封堵地漏甲板面積,取1 697.35 m2。

        將相應(yīng)數(shù)值帶入計算,得:

        只考慮整個生活樓及上甲板露天區(qū)域?qū)τ晁氖占饔?,平臺開排系統(tǒng)能承受小于9.16 mm/h強度的降雨。同時計算南開排能承受的最大降雨量:

        Q南=1 000×2×20×0.8/1 697.35=18.85 mm/h

        南北開排控制區(qū)域面積的差異造成進(jìn)液不均矛盾突出,開排系統(tǒng)整體利用率低,北開排抗風(fēng)險能力極低。

        參考相關(guān)研究,目前渤海地區(qū)降雨夏季居多,以中雨為主,夏季一日內(nèi)不同時間段的降水量存在明顯的波動,逐時降雨量呈三峰型,峰值主要出現(xiàn)在夜間至早上時段,最大值出現(xiàn)在清晨08時,其次是凌晨04時和夜間23時,最小值出現(xiàn)在下午15時,08時降水量是15時的6倍。

        渤海地區(qū)降雨呈現(xiàn)出短時量大的特征。以2019年8月2日8:23降雨為例,本次降雨持續(xù)17 min,現(xiàn)場在下雨過程中用燒杯實測降雨量,燒杯17 min液位為15 mm,即降雨強度52.9 mm/h。

        圖1 短時強降雨開排液位上漲曲線

        當(dāng)遭遇超過平臺52.9 mm/h的短時降雨,地漏未封堵,計算北開排的緩沖時間為T:

        式中:T為開排緩沖時間(h);Q雨為實際短時降雨量;V為開排有效容積,取18 m3。

        北開排的緩沖時間為:

        由此可見,當(dāng)短時強降雨持續(xù)9 min將造成平臺北開排溢油環(huán)保隱患?,F(xiàn)場人員在大雨前會對平臺85個相關(guān)地漏進(jìn)行封堵,工作量大,可適當(dāng)延長緩沖時間。但地漏封堵不嚴(yán)或部分未封堵,造成封堵地漏效果不可靠,同時飛機(jī)甲板、生活樓及三樓吊貨甲板地漏無法封堵,積水全部進(jìn)入北開排造成開排液位快速上漲,液位曲線15 min上漲至1 300 mm?,F(xiàn)場通過臨時關(guān)閉開排入口總閥暫時減少開排進(jìn)液量,并使用臨時氣泵進(jìn)行開排轉(zhuǎn)液等各種方法控制開排液位,防止開排冒罐。

        自平臺投產(chǎn)自今,類似短時強降雨平均每年遭遇3次,通過關(guān)閉開排入口閥門控制進(jìn)液量造成下甲板含油污水溢出事件發(fā)生過2次,雨季持續(xù)4個月,降雨前頻繁檢查甲板地漏造成大量的人工時浪費。

        因此排除天氣不可控因素,得出開排超過處理量的原因。

        (1)開排罐容積小,緩沖能力低。

        (2)開排泵泵效下降,不滿足降雨期間轉(zhuǎn)液需求。

        (3)平臺露天無遮擋的甲板面積大,地漏分布廣,封堵地漏工作量大,存在較大不確定性,控制效果差,且部分地漏無法封堵,短時大量雨水通過地漏進(jìn)入開排。

        (4)南北開排系統(tǒng)控制區(qū)域面積差異大,南北開排進(jìn)液不均,開排系統(tǒng)利用率低。

        (5)依靠原設(shè)計的開排罐入口閥門控制進(jìn)液量將導(dǎo)致下甲板存在溢油風(fēng)險。

        3 液位持續(xù)上漲解決措施

        3.1 改造思路

        (1)增加北開排泵排量。(2)增加控制閥門,減少不可控區(qū)域。(3)提高甲板存水量,利用甲板及圍堰形成緩沖容器,人為降低開排進(jìn)液峰值,增加開排緩沖時間。

        3.2 改造方案

        3.2.1 北開排增加氣泵,增加轉(zhuǎn)液能力

        開排泵出口管線直徑為50 mm,更換大排量離心泵,管線尺寸不滿足需求,且工作甲板空間受限?,F(xiàn)場通過開排泵壓差表50 mm隔離閥處作為氣泵吸入口,氣泵出口通過50 mm變75 mm接入油井泄壓至閉排總管,增加一臺20 m3/h氣泵,提高北開排轉(zhuǎn)液能力。北開排增加轉(zhuǎn)液氣泵,氣泵排量為25 m3/h,極大緩解北開排泵泵效下降造成的處理能力不足的問題。

        3.2.2 上甲板、生活樓地漏管線分區(qū)域增加閥門控制

        現(xiàn)場分析上甲板及生活樓開排管線走向,可將整個露天區(qū)域分為1號區(qū)域飛機(jī)甲板和生活樓、2號區(qū)域三樓吊貨甲板、3號區(qū)域上甲板生產(chǎn)區(qū)域甲板、4號區(qū)域修井甲板、5號區(qū)域生產(chǎn)設(shè)備撬塊五個部分,如圖2所示。

        圖2 控制區(qū)域劃分圖

        5號區(qū)域為生產(chǎn)設(shè)備撬塊,該撬塊地漏及管線含油,在下游增加閥門控制可能造成含油污水溢流至甲板。該區(qū)域總共6個地漏,日常不使用的情況下使用橡膠塞進(jìn)行封堵,保證該區(qū)域雨水不進(jìn)入開排。1、2、3、4號區(qū)域同屬于非危險區(qū)甲板,地漏及管線正常不含油,在下游增加閥門不會造成甲板溢油。

        根據(jù)流程走向,1號區(qū)域進(jìn)開排總管位于平臺中二層化驗室對面,增加150 mm閥門;2號區(qū)域在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)旁總管增加150 mm閥門;3號區(qū)域在中層甲板南北兩側(cè)增加150 mm閥門;4號區(qū)域在化學(xué)藥劑撬及核桃殼處增加150 mm閥門。

        3.3 可行性分析

        該改造只在北開排泵旁增加氣泵、上甲板與生活樓甲板地漏總管增加閥門控制,保留原有流程,且不會對原有流程造成影響。

        該改造實施后平臺流體仍然進(jìn)行閉環(huán)處理,不存在外排造成的溢油風(fēng)險,改造后能極大提高平臺設(shè)備的已有環(huán)保的抗風(fēng)險能力。

        流程改造均在不含油氣管線上施工,施工難度小,安全風(fēng)險低;用料以閥門管線為主,成本較低。

        4 效果與總結(jié)

        開排設(shè)備利用率低及開排罐緩沖能力差的問題得到解決,將各區(qū)域進(jìn)入開排管線增加閥門,在短時強降雨情況下,通過新增閥門實現(xiàn)甲板積水緩進(jìn),降低水量峰值,合理分配南北開排進(jìn)液量,充分發(fā)揮設(shè)備效能;利用新增閥門開度控制開排罐液位變化,啟泵狀態(tài)時開排無明顯液位上漲,此舉將開排設(shè)備(開排泵)利用率由75%提升至100%。

        開排罐緩沖能力得到提升,甲板圍堰高度5 cm,利用甲板緩存部分雨水,實際可增加開排整體緩沖容量215.7 m3。按照上次遭遇的52.9 mm/h的短時強降雨,緩沖時間將延長至1.7 h,增加至原來的11.3倍。本次改造徹底消除了由于短時強降雨造成的開排溢油安全環(huán)保風(fēng)險,保證平臺正常生產(chǎn)。

        本次開排系統(tǒng)超處理量問題的解決為后期平臺的設(shè)計建造提供了參考和借鑒,特別是對海上油氣生產(chǎn)平臺開排罐容相對較小、開排設(shè)備排量低、甲板空間大在惡劣天氣條件下應(yīng)急提出了一條行之有效的改進(jìn)方法。

        圖3 改造前后開排罐液位變化趨勢圖

        5 創(chuàng)新點

        在短時強降雨情況下,通過新增閥門實現(xiàn)甲板積水緩進(jìn),降低水量峰值,合理分配南北開排進(jìn)液量,充分發(fā)揮開排設(shè)備效能;此舉將開排設(shè)備(開排泵)利用率由75%提升至100%。

        利用新增閥門開度控制開排罐液位變化,啟泵狀態(tài)時開排無明顯液位上漲,將開排罐緩沖能力提升3倍以上,實現(xiàn)惡劣天氣時平臺安全環(huán)保的可控狀態(tài),大幅降低溢油環(huán)保風(fēng)險。

        現(xiàn)場人員對不同區(qū)域進(jìn)入開排管線走向、現(xiàn)場最優(yōu)操作位置、流程接入點進(jìn)行優(yōu)選,充分利用現(xiàn)場空間,在考慮人員、環(huán)境、設(shè)備安全的前提下,制定最適合現(xiàn)場的實施方案。

        通過新增閥門有效控制開排液位,可避免因人為封堵地漏遺漏及封堵效果不佳造成開排液位迅速上漲,一方面降低溢油安全環(huán)保風(fēng)險,另一方面提高了人員工作效率,消除了因人為因素而導(dǎo)致的安全環(huán)保事故。

        時間短、見效快,全部利用平臺現(xiàn)有賬外料完成,有效控制成本,由平臺人員自主完成,整個過程不涉及外委施工作業(yè),大大降低了外委施工費用。

        6 結(jié)語

        現(xiàn)場人員通過觀察與科學(xué)計算、討論分析平臺甲板雨水水量分布,提出在關(guān)鍵節(jié)點增加控制閥門,將部分雨水存于甲板緩慢進(jìn)入開排,降低水量峰值,合理分配南北開排進(jìn)液量,充分發(fā)揮設(shè)備效能,從而解決了開排設(shè)備利用率低及開排罐緩沖能力差的問題。

        此案例是典型的通過對系統(tǒng)設(shè)備運行、安全溢油環(huán)保等方面著手,發(fā)掘設(shè)計上存在的問題,為后期平臺設(shè)計提供了參考和借鑒。平臺設(shè)計階段應(yīng)該充分考慮開排系統(tǒng)緩沖及設(shè)備利用率問題,在后續(xù)平臺設(shè)計過程中,應(yīng)合理化進(jìn)行開排系統(tǒng)設(shè)計及泵類選型等,避免出現(xiàn)以下問題:

        (1)盡量避免兩側(cè)開排罐進(jìn)液不均的問題;

        (2)將各區(qū)進(jìn)入開排管線安全隔離閥門;

        (3)根據(jù)海域降雨降水情況及平臺甲板面積合理設(shè)計開排罐容及開排泵選型。

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