王 倫，孫龍林，劉晉雷，周宏宇，沈春華，張志遙

（1.中石化海洋石油工程有限公司上海鉆井分公司，上海 201206；2.招商局重工（深圳）有限公司，廣東深圳 518054）

0 引 言

老齡海洋鉆井平臺由于在折舊和作業(yè)費率方面具有新建平臺無法比擬的優(yōu)勢，現(xiàn)已成為國內主流海洋鉆井平臺運營公司的中堅力量?！翱碧剿奶枴笔抢淆g鉆井平臺的典型代表，入級美國船級社（American Bureau of Shipping，ABS），作業(yè)水深超過600 m，1983 年出廠。由于海洋環(huán)境比較惡劣，潮氣和鹽霧均具有很強的腐蝕性，平臺上的船體結構、管路和電氣設備在長期使用之后不可避免地會出現(xiàn)腐蝕及老化的情況，造成平臺的生活樓結構及管線漏水，主柴油發(fā)電機組、壓載設備和中央空調等關鍵設備故障頻發(fā)，生活樓燈具的照度下降，不僅很難滿足鉆井平臺對設備高可靠性的要求［1］，而且嚴重影響平臺的居住舒適度和市場競爭力，目前采用結構局部挖補和設備維護的方式已無法從根本上解決該問題。為提高設備的可靠性和改善平臺上工作人員的生活條件［2］，對設備進行更新?lián)Q代和對生活樓進行整體換新迫在眉睫。

2021年初，對該鉆井平臺進行了改造：將4 臺總功率為5 500 kW的柴油發(fā)電機組更換為5 臺總功率為7 650 kW的機組；對主配電板與鉆機可控硅傳動系統(tǒng)和壓載系統(tǒng)進行換新；對生活樓進行整體割除、換新。在生活樓換新工程中，船體結構、管道、暖通和內裝等與新建平臺基本一致，但在電氣系統(tǒng)方面，為節(jié)省投資，在保證安全可靠的前提下，需復用大量設備，因此存在新舊設備兼容、舊設備安裝調試、舊電纜查線和對接等諸多難點。同時，生活樓內的電氣系統(tǒng)設備與樓外的動力設備、鉆井設備、井控設備、消防系統(tǒng)、壓載系統(tǒng)、網(wǎng)絡及電話等均有接口，因此對其技術狀態(tài)進行詳細了解對于保證改造順利完成而言至關重要。

1 原生活樓電氣系統(tǒng)組成及改造流程

1.1 原生活樓電氣系統(tǒng)組成

“勘探四號”為柱穩(wěn)式結構，主甲板通過左、右各3 個立柱支撐在左、右沉箱上，生活樓位于主甲板艏部，生產區(qū)位于生活樓后部，原生活樓的電氣設備主要集中在中控室、報務室、電氣設備間、通信設備間和井隊辦公室內。

1.1.1 電源與配電設備

生活樓與其他區(qū)域共用主電站、應急電站、2 臺600/480 V主變壓器、2 臺主照明變壓器和1 臺應急照明變壓器，這些設備均位于生活樓外。

1.1.2 照明系統(tǒng)

航行信號燈控制板位于中控室內；飛機坪邊界燈、生活樓室內和室外照明控制箱位于生活樓內；主甲板反頂、艏立柱內照明燈具及其分電箱位于生活樓外，電源電纜穿過生活樓。

1.1.3 船內通信與報警系統(tǒng)

1）自動電話系統(tǒng)：交換機柜和不間斷電源位于通信設備間內。井隊辦公室設置有子交換機柜，原住艙僅在辦公室和公共處所設置電話終端，沒有在住艙內設置電話終端，生活樓外共有30 余臺電話與就近的交換機連接，原船使用網(wǎng)線通信。

2）公共廣播及通用報警系統(tǒng)：2 個功放機柜布置于報務室和電氣設備間內。井隊辦公室內設置有遙控站，住艙內沒有設置揚聲器，其他處所的揚聲器和報警燈環(huán)路相互獨立，各處所的揚聲器和報警燈分成2 路。

3）火災探測報警系統(tǒng)：為可尋址系統(tǒng)，包括1 個生活區(qū)環(huán)路和2 個生產區(qū)環(huán)路，控制器位于中控室內，集成在火氣柜內。

4）可燃氣體與硫化氫探測報警系統(tǒng)：包括11 個硫化氫探測器和12 個可燃氣體探測器，控制器位于中控室內，集成在火氣柜內，生活樓外的探測器均接至控制器進行顯示和報警。

5）二氧化碳釋放報警系統(tǒng)：在生活樓中控室和井隊辦公室內設置報警復示器，采用串口與生活樓外的釋放報警控制箱通信。

1.1.4 助航與無線電設備

由于取消了平臺的自航功能，雷達和車鐘等導航設備已拆除；助航與無線電設備主要位于中控室和報務室內，其天線分布在生活樓四周。

1.1.5 生活娛樂設備

衛(wèi)星電視和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的2 個機柜均位于通信設備間內，天線分別位于主甲板和飛機坪右側，衛(wèi)星電視系統(tǒng)與生活區(qū)外部相互獨立，原住艙內僅設置電視終端，沒有設置網(wǎng)口；生活樓外部有約10 處設置有網(wǎng)口。

1.1.6 綜合自動化系統(tǒng)

1）壓載控制系統(tǒng)：壓載控制臺布置在中控室內。海水泵、壓載泵等約20 臺泵及其啟動器、150 余個閥門執(zhí)行器、約40 個壓載艙液位傳感器和40 余個泵進出口壓力傳感器均位于生活樓外，現(xiàn)場信號經(jīng)40 余個大型接線箱匯集之后，通過150 余根多芯電纜與壓載控制臺相連。

2）環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：用于監(jiān)測風速、風向、大氣溫度、大氣濕度、大氣壓力、云層高度、能見度和海浪高度等，除了風速風向傳感器安裝在井架上，其他傳感器、工控機及其顯示器均位于生活樓內。

3）錨機監(jiān)控系統(tǒng)：工控機位于電氣設備間內，中控室和報務室內設置有分顯示器，下位機設置在主甲板四角錨機控制站內，錨機參數(shù)串口通信至工控機。

4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)：包含網(wǎng)路視頻監(jiān)控和鉆井視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在中控室等處設置操作站，鉆井視頻信號經(jīng)三混錄像機處理之后，經(jīng)網(wǎng)線傳輸給網(wǎng)絡視頻監(jiān)控主交換機進行存儲、遠傳、網(wǎng)絡共享和顯示［3］。

5）平臺監(jiān)測報警系統(tǒng)：中控室內設置有報警燈板，平臺共有20 余個開關量報警點，均來自于生活樓外，通過電力電纜接至報警燈板。

6）水密門開關監(jiān)測系統(tǒng)：中控室內設置有指示燈板，通過電力電纜與安裝在立柱水密門及艙口蓋上的限位開關相連。

7）防噴器控制系統(tǒng)：遙控操作站位于井隊辦公室內，通過光纖和電力電纜與位于生活樓外的下位機、現(xiàn)場信號采集站和不間斷電源相連。

8）馬丁鉆井監(jiān)控系統(tǒng)：操作站位于井隊辦公室內，分顯示器位于甲方辦公室內，現(xiàn)場信號采集站和操作站分別位于生活樓外，生活區(qū)內、外通信通過光纖實現(xiàn)。

9）錄井監(jiān)控系統(tǒng)：在生活樓內設置操作站和分顯示器；現(xiàn)場信號采集站和工程師站位于鉆臺第三方錄井集裝箱內，生活區(qū)內、外通過網(wǎng)線相連。

10）漏水報警系統(tǒng)：報警顯示屏設置在中控室內，其電源和報警信號均來自于左中、右中立柱的可編程控制器的控制箱，分別通過電力電纜與串口通信線相連。

1.1.7 集控設備

中控室內設置有消防控制箱、汽笛和霧笛遙控箱、潛水泵遙控箱、錨鏈應急釋放控制箱、應急切斷控制箱和左右舷投光燈控制箱等，經(jīng)電力電纜與生活樓外的受控設備相連。

1.2 改造流程

生活樓改造流程圖見圖1，與新造船項目有很大差異，設計和施工過程中的主要注意事項如下：1）設計院應在方案設計階段重視對方案的審查。

圖1 生活樓改造流程圖

（1）總布置圖需在方案設計階段基本確定。一旦進入詳細設計階段，各系統(tǒng)圖和布置圖等均以總布置圖為設計依據(jù)，若再更改，會造成重大返工。

（2）重量重心預估是方案設計的重點。因鉆井平臺的運動性能和穩(wěn)性等特點［4］，加上甲板可變載荷有限，只能在滿足船舶相關規(guī)范的要求和新舊生活樓重量大體上一致［5-6］的前提下，在有限的空間內盡可能地使艙室功能齊全，舒適度高［7］，并能攜帶更多貨物進行拖航或作業(yè)。因此，甲板可變載荷事關平臺的市場競爭力，是平臺改造成功與否的關鍵指標，需對影響該指標的新生活樓重量重心進行嚴格控制，確保滿足要求之后再進行下一步設計。

（3）電力負荷計算事關鉆井平臺電站和變壓器等是否滿足新生活樓的電力需求，應優(yōu)先對其進行核算，若預算不允許對電網(wǎng)進行重大改造，電氣設計和設備選型應在滿足原電網(wǎng)配置要求的前提下，統(tǒng)籌安排電力供應。

2）設計院和船廠應重視實船勘驗。老齡鉆井平臺往往歷經(jīng)多次改造，圖紙有多種版本，得到的資料和規(guī)格書信息很可能與實況不一致，進行實船勘驗和與現(xiàn)場工程師澄清是解決這些問題的有效措施。

2 電氣系統(tǒng)改造要求

改造要求是船東關注的重點，在招標文件中有明確的規(guī)定，是設計與施工的綱領性文件?！翱碧剿奶枴钡碾姎庀到y(tǒng)改造的總體要求：對故障率高、備件采購困難的設備進行換新；對滿足規(guī)范的要求、質量安全可靠且復用工程量小的電氣設備進行復用。

2.1 規(guī)范與標準

換新設備和系統(tǒng)需滿足最新的ABS MODU、《2006 年國際海事勞工公約》和《國際防止船舶造成污染公約》等相關規(guī)范的要求；復用或改造的原平臺設備，根據(jù)平臺證書，滿足平臺1983 年出廠時相關規(guī)范的要求即可。

2.2 電源與配電設備

為減少改造工程量，2 臺AC 600/480 V主變壓器復用，照明變壓器根據(jù)電力負荷實際需要換新，電源應同時滿足復用AC 120 V設備和新購國產AC 220 V設備的供電，工控機和交換機等弱電設備應采用在線式不間斷電源供電，以降低電網(wǎng)諧波對設備的影響。

2.3 船內通信與報警系統(tǒng)

二氧化碳釋放報警系統(tǒng)復用，設備回裝到原處所；病房呼叫系統(tǒng)換新。其他系統(tǒng)的改造要求如下。

1）自動電話系統(tǒng)：交換機柜、不間斷電源、生活樓內端口及電話均換新；住艙內均設置新電話；生活樓外原有電話接入新機柜；電話電纜由網(wǎng)線更換為鎧裝對絞線。

2）公共廣播及通用報警系統(tǒng)：2 個功放機柜、不間斷電源和遙控站換新；司鉆房新增遙控站；生活樓內部根據(jù)最新規(guī)范配置揚聲器；生產區(qū)揚聲器復用，按原分區(qū)接入新機柜；平臺原有雙色燈改為滿足現(xiàn)行規(guī)范的四色燈。

3）火氣探測報警系統(tǒng)：火氣柜復用，生活樓換新之后，火警探頭數(shù)量增加，火警控制器換新，生活樓內火警探頭換新，生活樓外的火警探頭復用；可燃氣與硫化氫控制器及生產區(qū)探頭均復用，在新生活樓風口設置新探頭，并將其與原有控制器連接。

2.4 助航與無線電設備

滿足《國際海上人命安全公約》（International Convention for Safety of Life at Sea，SOLAS）關于A1、A2 和A3 區(qū)域對設備的有關要求。

2.5 生活娛樂設備

所有住艙都設置新網(wǎng)口和電視終端，原有網(wǎng)絡交換機機柜和電視機柜容量不足，需換新；原衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視天線復用，生活樓外原有網(wǎng)口接入新機柜。

2.6 綜合自動化系統(tǒng)

錨機監(jiān)控、防噴器遙控、馬丁鉆井監(jiān)控、錄井監(jiān)控和漏水報警設備均復用，回裝到原處所；視頻監(jiān)控系統(tǒng)增加攝像頭，以保證工作區(qū)域無盲區(qū)；環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設備和電纜均換新。其他系統(tǒng)改造要求如下。

1）壓載控制系統(tǒng)：換新壓載控制臺及其附屬設備，原液位遙測傳感器、泵進出口壓力傳感器、泵啟動器及其電纜和接線盒復用，閥門遙控裝置由電控閥改為電控液壓閥。就近設置所有閥門及泵遙控、液位遙測信號的采集箱，通過光纖與壓載控制臺通信。海水泵和壓載泵應能在所有遙控和可編程控制器發(fā)生故障的情況下正常起泵。

2）平臺監(jiān)測報警和水密門開關指示改為可編程控制器、工控機與液晶顯示器相結合的形式，并接入新電站、新中央空調和冷藏機組等關鍵設備的運行及報警信號。

2.7 集控設備

汽笛、霧笛和錨鏈應急釋放控制箱均復用，回裝到新中控室內；潛水泵遙控和左右舷燈遙控集成到新壓載控制臺上；消防控制箱新增新海水泵與火氣系統(tǒng)聯(lián)動及運行指示功能；應急切斷系統(tǒng)接入新生活樓的風機、風閘、中央空調和娛樂系統(tǒng)控制信號。

2.8 電纜

生活樓內與復用設備有關的電力電纜均復用；設備移位之后，對于原有動力電纜、通信電纜和同軸電纜等截面積較大、對接不影響使用的電纜，在新生活樓電弄和梯道等方便維護處集中設置接線盒；對于易拉斷的光纖、網(wǎng)線，除了長度夠用并可保護性拆裝的光纖、網(wǎng)線，均換新。

3 新生活樓電氣系統(tǒng)設計及電氣設備布置

3.1 新生活樓電氣系統(tǒng)設計

在施工階段對復用系統(tǒng)和設備等不涉及大量更改的設備做好標記、回裝工作，根據(jù)實際需要，由生產設計出圖。換新系統(tǒng)需根據(jù)最新規(guī)范的要求設計，主要內容如下。

3.1.1 電源與配電設備設計

生活樓換新之后，中央空調、冷藏機組和廚房洗衣設備等設備的功率發(fā)生變化，新增480 V負荷均勻分布在由2 臺主變壓器分別供電的配電板A、B匯流排，避免主變壓器分區(qū)供電時過載，2 號主照明變壓器和應急照明變壓器容量增大，換新。2 號主照明變壓器采用三相四線480 V/120&208 V（相電壓120 V，線電壓208 V）變壓器，以保留原有120 V 60 Hz美標電制，將其應用于復用的120 V設備中，208 V 60 Hz電制應用于國產220 V設備中；換新的應急照明變壓器采用三相三線480 V/120 V變壓器，避免更換生活樓外的應急照明分電箱及其電纜。生活樓內的所有電力、照明分電箱及其進線電纜都更換。在進行設備選型時，盡量選用AC 100 ～240 V、50 ～60 Hz的寬電壓、寬頻設備，以更好地與電網(wǎng)兼容。

3.1.2 照明系統(tǒng)設計

飛機坪邊界燈系統(tǒng)、航信信號燈系統(tǒng)、生活樓內部和外部照明系統(tǒng)設備及電纜都換新，為方便對備件進行管理，燈具的電制與生活樓外的電制保持一致，沿用120 V電制。與生活樓相關的主甲板反頂、艏部立柱內照明燈具及其分電箱復用，穿越原生活樓的電纜隨生活樓割除，重新敷設。

3.1.3 船內通信與報警系統(tǒng)設計

生活樓內的自動電話系統(tǒng)、公共廣播及通用報警系統(tǒng)、新增四色燈系統(tǒng)和火氣探測報警系統(tǒng)根據(jù)最新的規(guī)范設計，生活樓外的原有設備接入新機柜或控制器，在設備商供貨之前，應現(xiàn)場勘驗原船的自動電話、揚聲器和火警探頭的參數(shù)，避免新舊設備不兼容。

3.1.4 助航與無線電設備設計

助航與無線電設備集成在主用、備用無線電控制臺內，分別位于報務室和電氣設備室內；根據(jù)使用的需要，在拖航辦公室和中控室內分別布置1 套固定式甚高頻（Very High Frequency，VHF）對講機，供拖航和日常通信使用。

3.1.5 綜合自動化系統(tǒng)設計

1）壓載控制系統(tǒng)設計。為減少電纜敷設，在左中、右中立柱水線以上分別設置1 個閥控箱兼信號采集箱［8］，原路過此處或在其附近的監(jiān)控設備復用電纜在此處截斷之后改接至該采集箱，其他離生活樓較近的信號直接接至新壓載控制臺。閥控箱具有閥門遙控功能，當壓載控制臺發(fā)生故障時，可遙控閥門。閥控箱與壓載控制臺內的總站通過雙冗余光纖通信。在壓載控制臺上設置海水泵和壓載泵越控旋鈕，通過電力電纜直接與海水泵和壓載泵啟動器連接，能越過工控機、光纖通信和遙控按鈕等產生的故障，直接控制泵的啟停。

2）監(jiān)測報警系統(tǒng)設計。原平臺監(jiān)測報警、水密門開關信號在新生活樓電弄接線箱匯集之后，同電站、中央空調等新設備的監(jiān)測信號一起接入新監(jiān)測報警系統(tǒng)，在中控室和機艙值班室內設置操作站。

3.1.6 電纜及其接線箱

由于原生活樓的中控室、報務室、電氣設備間和通信設備間被移到了三樓，大量復用設備電纜需延長，在新生活樓的一樓中部電弄設置3 個大型電力電纜接線箱，在一樓中部梯道布置1 個同軸電纜接線箱，在左前立柱梯道布置1 個電力電纜接線箱，用于實現(xiàn)左前立柱照明和輔機控制復用電纜。

3.2 新生活樓電氣設備布置

新生活樓建模外形圖見圖2，新生活樓分為3 層，設有2 個單人間、9 個四人間和46 個雙人間，可供130 人居住，第一層布置廚房、洗衣房等功能處所和少量住艙，第二層主要布置住艙，第三層布置辦公室、設備間和高級船員住艙，電控設備集中位于第三層的中控室、報務室、通信設備間和電氣設備間內。設備布置延續(xù)原平臺的操作習慣，與原生活樓基本一致：在中控室內布置壓載控制臺、綜合自動化系統(tǒng)各顯示器和遙控箱等監(jiān)控設備；在報務室內布置環(huán)境監(jiān)測顯示器、主用無線電控制臺等通信設備；在電氣設備間內布置備用無線電控制臺、分電箱、風機控制柜和防火風閘控制柜等日常操作較少的電氣設備；在通信設備室內布置衛(wèi)星通信、電話、局域網(wǎng)和視頻監(jiān)控等機柜。防噴器遙控操作站和馬丁鉆井監(jiān)控操作站仍位于井隊辦公室內，以方便專人監(jiān)控。

圖2 新生活樓建模外形圖

4 新生活樓電氣系統(tǒng)施工

生活樓換新施工流程圖見圖3，各專業(yè)施工相互穿插、影響，電氣專業(yè)除了做好常規(guī)質量控制工作以外，需兼顧全局，重點做好施工前準備、關鍵節(jié)點控制和重量控制等工作。

圖3 生活樓換新施工流程圖

1）施工前準備：為避免復用的電纜和電氣設備損壞，電氣系統(tǒng)施工應先于其他系統(tǒng)，施工之前厘清復用的設備和電纜，并在開工之前做好清冊，復用的設備和電纜在拆線之前應做好記號與防護，需復用的電纜全部抽出舊生活樓。充分開展電氣施工準備工作，預計可減少后期查線人數(shù)30%，節(jié)省調試時間約20%，并利于控制工期。

2）施工關鍵節(jié)點：為確保平臺安全，消防、救生和應急切斷等設備應在靠岸之后再拆除，壓載系統(tǒng)應在錨鏈全部放完、平臺調平之后再拆除，大量電氣設備和電纜隱蔽在天花板或內裝板內，為保證住員的健康，應在住員撤走之后再拆除，若涉及水艙閥門的更換或海底門檢修，更換時會漏水，應在進塢、排水之后再進行更換或檢修，新生活樓根據(jù)船廠吊機的起吊能力吊上平臺并將其組裝完成之后方可敷設相關電纜及管路。因此，靠碼頭、放錨鏈、住員離場、進塢和生活樓吊裝為關鍵節(jié)點，應提前規(guī)劃，避免因遺漏而導致工期延誤。

3）重量控制：甲板可變載荷是平臺改造成功與否的關鍵指標，電氣專業(yè)應配合做好重量把控工作。原生活樓解體之后，相關電纜、設備等應先稱重并做好記錄再吊下平臺，設計時采用現(xiàn)場總線技術減少電力電纜的使用量，不用的電纜應抽除；新生活樓相應新物資也應在稱重并記錄之后再吊上平臺，并做好比對，若有超重現(xiàn)象，應及時處理。為抵消新生活樓增加的重量，將主甲板反頂不常用的電氣設備維護走道割除。

5 結 語

經(jīng)過縝密設計和施工，“勘探四號”鉆井平臺的生活樓改造工程如期完工。改造后平臺的生活樓環(huán)境大為改善，層數(shù)由2 層變?yōu)? 層，住人數(shù)由120 人增加至130 人，高度由6.3 m增至9.0 m。改造后的傾斜試驗表明：設備設施重量控制合理，生活樓質量由改造前的810 t增加至820 t；在風暴自存工況下，甲板可變載荷由3 200 t減少至3 150 t；電力負荷由270 kW增至350 kW，達到了預期的改造效果。

此次改造沿用了原平臺安全、適用的功能，復用了質量安全可靠、復用工程量小的電氣設備，更換了眾多壓載系統(tǒng)等核心關鍵設備和火氣探測系統(tǒng)等成熟的國產設備，有效保證了生活樓改造工程如期、順利完工，預計節(jié)省投資額數(shù)百萬元，同時能降低平臺后期的維護成本。