平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

何國強(qiáng)

摘 ?要：近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國石油鉆探生產(chǎn)行業(yè)不斷進(jìn)步，石油平臺(tái)也逐步由近海延伸到深海領(lǐng)域，這也對平臺(tái)供應(yīng)船提出了更高的技術(shù)要求。本文以平臺(tái)供應(yīng)船為基礎(chǔ)，就平臺(tái)供應(yīng)船的灰罐存儲(chǔ)物料輸送系統(tǒng)及其優(yōu)化進(jìn)行了分析和探究，為平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：平臺(tái)供應(yīng)船 ?灰罐系統(tǒng) ?螺桿式空壓機(jī)

21世紀(jì)的社會(huì)是資源型社會(huì)，人們對于資源的需求量不斷增加，這也為相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展提供了良好的契機(jī)?；夜尴到y(tǒng)，作為我國石油鉆探生產(chǎn)平臺(tái)供應(yīng)船散料儲(chǔ)存、輸送系統(tǒng)的主要設(shè)備，承擔(dān)著石油鉆探生產(chǎn)過程中所需物資的運(yùn)送，其安全高效的無故障運(yùn)行及其性能的不斷優(yōu)化對于海上石油鉆探生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)步具有不可忽視的重要作用。

平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)

平臺(tái)供應(yīng)船，Platform Supply Vessel，簡稱為PSV，專為石油平臺(tái)服務(wù)供給，此類船因其任務(wù)不同，其長度也有所不同，分別從30米到100米不等，寬10米到30米不等，載重量則一般不高于5000噸。平臺(tái)供應(yīng)船最主要的功能即運(yùn)輸石油鉆探生產(chǎn)所需的人員、物資到海上的石油平臺(tái)。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，平臺(tái)供應(yīng)船運(yùn)輸?shù)奈镔Y由原來簡單的泥漿、鹽水、原油及相關(guān)的一些低閃點(diǎn)貨物等，逐步發(fā)展為包含鉆井水、干貨、燃油等在內(nèi)的復(fù)雜貨物系統(tǒng)。同時(shí)，新一代的平臺(tái)供應(yīng)船搭載的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)也由最簡單的艉推向全回轉(zhuǎn)方位推轉(zhuǎn)變，且都要求裝備DP1或DP2的1級動(dòng)力定位系統(tǒng)或2級動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)，是平臺(tái)供應(yīng)船散料接收與輸送系統(tǒng)的主要設(shè)備，平臺(tái)供應(yīng)船所用的灰罐一般由上部封頭、下部封頭、筒體、人孔、支腿、進(jìn)氣口、排氣口、進(jìn)料口、出料口以及為安裝倉位計(jì)、安全閥、壓力表等接口組成，直徑在因平臺(tái)供應(yīng)船大小的不同而有所區(qū)別，一般為3到5米，容積從10立方米至120立方米不等。平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)承擔(dān)著石油鉆探生產(chǎn)過程中所需物資的接收、儲(chǔ)存與輸送，包含油井水泥、膨潤土和重晶石等物料。因此，灰罐系統(tǒng)安全高效的無故障運(yùn)行及優(yōu)化對于海上石油鉆探生產(chǎn)的不斷進(jìn)步具有重要作用。

平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合目前平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)的構(gòu)成與發(fā)展現(xiàn)狀，可重點(diǎn)從以下兩個(gè)方面對平臺(tái)供應(yīng)船的灰罐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：

1、灰罐系統(tǒng)的氣動(dòng)輸送方式

通常，海上石油鉆探生產(chǎn)過程對水泥、重晶石、土粉等物料都具有較大的需求量，同時(shí)，為滿足物料長時(shí)間的運(yùn)輸要求，目前我國常使用平臺(tái)供應(yīng)船的灰罐系統(tǒng)對其進(jìn)行有效的存儲(chǔ)與運(yùn)輸。因此，作為維持海上石油的鉆探生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，平臺(tái)供應(yīng)船灰罐中物料有效順暢的進(jìn)出過程至關(guān)重要。一般情況下，平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)儲(chǔ)存物料種類較多，包含水泥、重晶石、土粉、陶粒砂及細(xì)砂等，各物料的性能如下表1所示，研究證明，物料的外形對于其輸送方式的選擇具有決定性的影響，且表1中的水泥、重晶石、土粉等一切干燥的粉狀物料，均應(yīng)采用氣動(dòng)輸送方式，其不僅可有效節(jié)省包裝材料、節(jié)省人力物力的同時(shí)還可減少空氣與噪音污染。但是，氣動(dòng)輸送方式下物料必須經(jīng)過全面有效的干燥處理，且存儲(chǔ)于灰罐后應(yīng)定期進(jìn)行相互的倒罐作業(yè)，以避免物料之間的相互粘結(jié);而對于那些粒狀、塊狀的物料，則適宜采用機(jī)械輸送方式，如皮帶輸送、刮板輸送等。由于氣動(dòng)輸送方式安全有效、節(jié)能環(huán)保，目前國家已相繼出臺(tái)了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)、環(huán)保政策，氣動(dòng)輸送方式也必將獲得進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用。

表1 幾種典型物料及其屬性

2、灰罐系統(tǒng)螺桿式空壓機(jī)的技術(shù)運(yùn)用

灰罐系統(tǒng)作為平臺(tái)供應(yīng)船物料儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，其空壓機(jī)是其罐群的主要?jiǎng)恿碓础Ｄ壳?，我國平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單位多采用活塞式壓縮機(jī)，其雖為我國海洋石油鉆探開發(fā)的物料接送、存儲(chǔ)與運(yùn)輸?shù)膶?shí)現(xiàn)與不斷發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持，但其同時(shí)也存在著如噪音大、損壞性強(qiáng)、難以連續(xù)運(yùn)行、操作性不強(qiáng)等問題，且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逐漸難以滿足我國海洋石油發(fā)展的需要。螺桿式壓縮機(jī)的出現(xiàn)在一定程度上有效的補(bǔ)充了活塞式壓縮機(jī)的這些不足。

螺桿式壓縮機(jī)的工作原理主要包含吸氣過程、封閉與輸送過程、壓縮與噴油過程和排氣過程。其中，對于螺桿式空壓機(jī)的吸氣過程來說，其進(jìn)氣只能通過一個(gè)調(diào)節(jié)閥的開啟與關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，主副轉(zhuǎn)子的齒溝空間轉(zhuǎn)到進(jìn)氣端壁開口時(shí)空間最大，且與空氣接通，此時(shí)，真空狀態(tài)的齒溝即會(huì)吸收空氣，當(dāng)空氣充滿齒溝時(shí)，轉(zhuǎn)子進(jìn)氣端面即會(huì)重新轉(zhuǎn)動(dòng)，并離開機(jī)殼之進(jìn)氣口，即“進(jìn)氣過程”;而封閉與輸送過程發(fā)生在吸氣之后，主副轉(zhuǎn)子與機(jī)殼封閉，空氣不再進(jìn)入，轉(zhuǎn)子齒峰與齒溝形成齒合面后并繼續(xù)向排氣端移動(dòng);同時(shí)，輸送過程中，齒溝內(nèi)氣體逐步被壓縮，壓力迅速獲得提高，其中的潤滑油因壓力差距較大而噴起，并進(jìn)入壓縮室，此過程即“壓縮與噴油過程”;最后，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒合面繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，與機(jī)殼排氣面相通時(shí)，即可排氣。

與活塞壓縮機(jī)相比，灰罐系統(tǒng)螺桿式空壓機(jī)連續(xù)運(yùn)行的可靠性較強(qiáng)，效率高，作為回轉(zhuǎn)式運(yùn)行結(jié)構(gòu)，其平衡性較好，噪音較小，且易于操作，每班1人即可管理10臺(tái)螺桿式空壓機(jī)，節(jié)省人力物力。如25m3風(fēng)動(dòng)下灰立式罐，為便于下灰，采用立式料倉形結(jié)構(gòu)，上部為橢圓形封頭，下部為75度角帶折邊錐形封頭，直徑2.5m，長6.27m。其圓形匯管固定在錐形封頭下的外部，匯管配裝10個(gè)出氣管，匯氣管下部錐形封頭處分別裝置10個(gè)切向進(jìn)入的進(jìn)氣管，使得壓縮空氣在罐內(nèi)形成渦流狀，增強(qiáng)物料流動(dòng)性的同時(shí)方便檢修、拆裝和更換。

實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題

1、管路及閥附件的布置

由于灰罐系統(tǒng)輸送介質(zhì)的特殊性，其管路布置不像別的系統(tǒng)那么隨意，對于彎頭和閥附件的布置位置都有特殊的要求。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，灰罐的注入管彎頭需要滿足5倍的彎曲半徑，灰罐的透氣管彎頭需要滿足3倍的彎曲半徑，這就對我們的放樣人員提出了比較高的要求，因?yàn)榛夜薜墓苈沸枰紦?jù)比較大的位置，而平臺(tái)供應(yīng)船的空間是極其有限的，現(xiàn)在的平臺(tái)供應(yīng)船為了提高船舶的裝貨能力，對于內(nèi)部的空間是一再的壓縮。一旦灰罐的管路沒有設(shè)計(jì)好，需要修改的話，返工量極其巨大。而管路中的閥附件需要布置在易于操作的位置，但因?yàn)橥ǖ赖年P(guān)系，管路基本上是布置在通道的上方，這樣就基本上不能進(jìn)行操作的，需要放樣人員在這個(gè)位置添加小平臺(tái)對其進(jìn)行操作，但小平臺(tái)又不能影響通道。

2、管路中法蘭的布置及處理

根據(jù)規(guī)范的要求，灰罐系統(tǒng)中的管路是不允許有法蘭接頭的，因?yàn)榛夜尴到y(tǒng)中的貨物有可能通過法蘭滲透到管路外面，這個(gè)會(huì)引起船員的健康問題。而船東則希望在管路中有盡可能多的法蘭接頭的，這樣在管路發(fā)生堵塞的時(shí)候，船員可以簡單而方便的疏通管路。船東與船檢的需求在這里發(fā)生了沖突，這就需要進(jìn)行協(xié)商，解決。按照規(guī)范要求，如果在管路系統(tǒng)中不能避免法蘭的使用，則需要對這個(gè)法蘭進(jìn)行包覆，以免灰罐系統(tǒng)的介質(zhì)滲透至管路外面。這樣一看，矛盾好像就解決了，按照船東的要求布置法蘭，按照船檢的要求對法蘭進(jìn)行包覆就行了。但是規(guī)范對這點(diǎn)還進(jìn)行了解釋，整個(gè)管路的法蘭數(shù)量不易過多。最后的結(jié)局是船東，船檢及船廠三方在船廠的三維模型上對整個(gè)灰罐系統(tǒng)的管路進(jìn)行評估，按照船東，船檢協(xié)商的結(jié)果對整個(gè)管路系統(tǒng)的法蘭進(jìn)行刪減，最后形成一個(gè)三方都認(rèn)可的布置，船廠按這個(gè)進(jìn)行生產(chǎn)及安裝。

3、灰罐系統(tǒng)的密性試驗(yàn)

灰罐系統(tǒng)由于其介質(zhì)的特殊性，在進(jìn)行密性試驗(yàn)的時(shí)候是決定不能用水和油的，只能使用干燥的壓縮空氣。曾經(jīng)有船東在運(yùn)營的船舶上對我們進(jìn)行問題反饋，其中就有一條，因?yàn)榛夜薜墓苈分杏兴?，?dǎo)致船東在注入干水泥時(shí)，遇水凝固堵塞了管路，導(dǎo)致原本能裝4個(gè)罐子300立方的貨物，因?yàn)楣苈返亩氯?，只裝了2個(gè)罐子150立方的貨物。船東的意見反饋后，我們進(jìn)行了核查，最后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)檫@條船的灰罐系統(tǒng)的密性試驗(yàn)，我們使用了水來進(jìn)行密性試驗(yàn)，雖然在密性試驗(yàn)后也使用了壓縮空氣來進(jìn)行管路的干燥，但可能是因?yàn)槭歉稍锏臅r(shí)間不夠長，在彎頭處還是存在水滴，最后在船東裝貨的時(shí)候造成了管路的堵塞。

結(jié)語

目前，我國海上石油的鉆探開發(fā)正在快速發(fā)展，補(bǔ)充國家戰(zhàn)略資源的同時(shí)，也帶動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長與人們的生活水平提高，但這也為我國為海上石油平臺(tái)服務(wù)的各項(xiàng)技術(shù)設(shè)備提出了更高的要求，因此，必須注重引進(jìn)國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，不斷發(fā)展和優(yōu)化包含平臺(tái)供應(yīng)船灰罐系統(tǒng)在內(nèi)的石油平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，才能促進(jìn)我國石油行業(yè)的不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]周瑞芬.一種新型風(fēng)動(dòng)下灰罐的設(shè)計(jì)[J].油氣田地面工程，2004，（6）.

[2]梁力民，吳焰海，孫海玉等.灰罐中儲(chǔ)存物料輸送優(yōu)化分析[J].石油礦場機(jī)械，2002，（6）.

（作者單位：浙江造船有限公司）