海洋石油平臺(tái)管道布置設(shè)計(jì)與研究

王立陳,朱　武,劉寧春（海洋石油工程股份有限公司,天津300451）

海洋石油平臺(tái)管道布置設(shè)計(jì)與研究

王立陳,朱武,劉寧春
（海洋石油工程股份有限公司,天津300451）

本文主要討論的是關(guān)于海洋石油平臺(tái)管道布置設(shè)計(jì)與研究的相關(guān)問(wèn)題，在具體的論述過(guò)程中，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行討論，一個(gè)是關(guān)于平臺(tái)管道的布置設(shè)計(jì)，另一個(gè)是有關(guān)管道系統(tǒng)布置的問(wèn)題，在平臺(tái)管道的布置設(shè)計(jì)中主要討論的是關(guān)于設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)資料的準(zhǔn)備、配管研究以及管道布置；在管道系統(tǒng)布置中主要從單元體管道布置展開(kāi)討論。

石油平臺(tái)；管道布置；設(shè)計(jì)；研究

近年來(lái)，隨著海洋石油開(kāi)采的不斷發(fā)展，對(duì)于海洋石油平臺(tái)管道布置設(shè)計(jì)提出了新的要求，在海洋石油平臺(tái)管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要考慮到較多的因素，比如說(shuō)安全和對(duì)環(huán)境的污染等，同時(shí)管道的設(shè)計(jì)需要具備一定的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，下面主要對(duì)平臺(tái)管道布置設(shè)計(jì)和管道系統(tǒng)布置方面的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的論述。

1　平臺(tái)管道布置設(shè)計(jì)

平臺(tái)管道布置設(shè)計(jì)過(guò)程中需要在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，從保護(hù)作業(yè)人員的生命安全、防止環(huán)境的污染、保護(hù)相關(guān)設(shè)備等方面去考慮，同時(shí)設(shè)計(jì)人員需要具備一定的專業(yè)能力。

1.1設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備

在平臺(tái)管道設(shè)計(jì)過(guò)程中需要具備一定的設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)資料，主要從以下幾個(gè)方面考慮：（1）各系統(tǒng)的管道儀表流程圖，這主要是為了對(duì)工藝裝置的結(jié)構(gòu)和功能有充分的了解；（2）管線圖；（3）有關(guān)設(shè)備的詳細(xì)資料，比如設(shè)備的總圖、連接圖以及接口的相關(guān)要求；（4）有關(guān)儀表的詳細(xì)資料，比如安全閥、調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)等；（5）塔罐、常低壓容器等散裝設(shè)計(jì)的有關(guān)詳細(xì)資料；（6）平臺(tái)的結(jié)構(gòu)資料，比如說(shuō)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖、平面圖、節(jié)點(diǎn)詳圖、房間布置圖等；（7）電纜托架、儀表電纜托架的總體布置圖；（8）與電氣設(shè)備、儀表相關(guān)的專業(yè)安裝詳圖，比如按鈕、開(kāi)關(guān)箱和甲板的開(kāi)孔等；（9）有關(guān)旋轉(zhuǎn)設(shè)備在使用過(guò)程中性能方面的詳細(xì)資料，比如壓縮機(jī)的工作溫度、驅(qū)動(dòng)方式、轉(zhuǎn)速等；（10）送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、空調(diào)安裝流程圖；（11）與設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的配管規(guī)格說(shuō)明書(shū)；（12）設(shè)備的總體布置圖。

通過(guò)以上的設(shè)計(jì)條件以及設(shè)計(jì)資料準(zhǔn)備，我們發(fā)現(xiàn)在具體的管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要運(yùn)用不同學(xué)科內(nèi)容去完成，涉及的專業(yè)比較多，是一個(gè)綜合性比較強(qiáng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。

1.2管道布置（配管研究）

管道布置在前期的工作內(nèi)容主要是進(jìn)行管網(wǎng)的預(yù)布置、單體的預(yù)布置以及管道撓性的相關(guān)分析判斷，也叫做配管研究。

在配管研究過(guò)程中主要涉及到的工作包括以下幾點(diǎn)：（1）管網(wǎng)預(yù)布置：根據(jù)不同專業(yè)提供的不同資料進(jìn)行綜合分析，確定主管網(wǎng)的走向、標(biāo)高。對(duì)于可能出現(xiàn)的變更,如工藝、總圖或相關(guān)設(shè)備的變更問(wèn)題在設(shè)計(jì)過(guò)程中就需要進(jìn)行綜合性的考慮，盡可能的避免在施工過(guò)程中做出設(shè)計(jì)變更；（2）單體預(yù)布置，比如說(shuō)控制閥組、清管器相關(guān)管道的布置、主要工藝泵進(jìn)出口管線的布置等，這些閥組管道在布置過(guò)程中需要考慮的因素比較多，比如：自身因素、連接設(shè)備的操作空間以及工藝要求等，因此，對(duì)于這些單體預(yù)布置過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題需要及時(shí)的聯(lián)系相關(guān)專業(yè)進(jìn)行處理；（3）管道的撓性分析判斷，在管網(wǎng)布置、單體預(yù)布置過(guò)程中，部分管道需要進(jìn)行應(yīng)力分析，同時(shí)也可以根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)部分管道進(jìn)行撓性的預(yù)分析判斷，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需要及時(shí)反饋和解決，從而保證使管道在設(shè)計(jì)前期得到一個(gè)比較合理的布置。

1.3管道布置

在平臺(tái)管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，不同的設(shè)計(jì)者由于設(shè)計(jì)理念、文化水平、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等方面的不同，在管道的布置過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的管道布置，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中有一些共同的原則，這些原則是大家在設(shè)計(jì)過(guò)程中都必須遵守的。

對(duì)于管道布置，主要涉及到以下幾點(diǎn)：（1）符合平臺(tái)所在國(guó)的相關(guān)法律法規(guī)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等；（2）符合工藝性要求，比如說(shuō)在管道儀表流程圖中，對(duì)于管道物流的引出或者匯入點(diǎn)都有一定的要求，有些還具有特殊的要求，比如說(shuō)在分支或者匯入的時(shí)候需要考慮對(duì)稱性原則，指定的閥門(mén)、取樣、法蘭、儀表元件、腐蝕監(jiān)測(cè)點(diǎn)、液封的高度等位置；（3）統(tǒng)籌規(guī)劃，管道布置應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，做到安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀，同時(shí)還要考慮到施工的難易程度以及后期的管道檢查和維修工作。在管道布置過(guò)程中需要對(duì)特殊的管道進(jìn)行布置，比如說(shuō)合金管道、玻璃鋼、大直徑管道、高壓大直徑管道等，對(duì)于特殊介質(zhì)的管道布置也要優(yōu)先考慮，對(duì)于一些與其它專業(yè)有關(guān)的管道布置，在設(shè)計(jì)前期需要和相關(guān)專業(yè)的人員取得溝通，確定出最佳的管道布置位置，比如說(shuō)電氣專業(yè)；（4）管道布置的整齊性，管道在布置過(guò)程中需要橫平豎直成排布置，這對(duì)于管道的安裝和固定意義較大，在局部管道布置的時(shí)候可以采用斜線連接，這主要是對(duì)于一些立式容器和管殼式冷換設(shè)備的管道布置；（5）管道布置過(guò)程中，橫向與縱向的標(biāo)高應(yīng)該岔開(kāi)，管道走向改變時(shí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)高也要發(fā)生變化，但某些特殊情況，管道的橫向與豎向可以在同一標(biāo)高；（6）在管道布置過(guò)程中，注意使用最小的管件和最短的長(zhǎng)度將管道進(jìn)行連接，但是要保證管道的柔性和在連接過(guò)程中的力矩不超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度值；（7）對(duì)于直接暴露在外界的管道，需要考慮海面上風(fēng)荷載對(duì)管道的影響；（8）管道布置過(guò)程中需要考慮到儀器設(shè)備對(duì)配管的相關(guān)要求，比如流量計(jì)前后直管段的長(zhǎng)度要求，相關(guān)儀器設(shè)備的正常運(yùn)行和操作維修；（9）管道本身需要有一定的柔性；（10）氣體或者蒸汽管道的支管應(yīng)該從主管的上方引出或者匯入，這主要是為了避免雜質(zhì)進(jìn)入到管道內(nèi)引起不必要的麻煩；（11）在連接過(guò)程中，盡量使用焊接，必要的法蘭和螺紋連接排除在外，通過(guò)焊接可以最大可能的避免管道內(nèi)部液體的滲漏，對(duì)于必須使用法蘭或者螺紋連接的接口位置，要經(jīng)常性的進(jìn)行檢查；（12）法蘭的位置應(yīng)避免處在人行通道的上方，對(duì)于管道中輸送腐蝕性的物質(zhì)時(shí)需要在管道上的法蘭處做好安全防護(hù)措施；（13）對(duì)于穿過(guò)墻壁的管道，墻壁上的孔徑不宜小于管道的外徑尺寸，對(duì)于有橫向位移的管道，在布置時(shí)需要對(duì)孔徑進(jìn)行加大，在安裝過(guò)程中，法蘭需要通過(guò)墻壁時(shí)，孔徑的大小應(yīng)不小于法蘭的外徑加上50mm；（14）使用連接彎管時(shí)，在彎曲半徑上有相應(yīng)的要求；（15）有人員通過(guò)的地方，管道到地面的距離不小于2.2米。

2　單元體管道布置

管道單元體布置就是對(duì)平臺(tái)上某些設(shè)備有關(guān)的管道進(jìn)行的布置。合理的單元體管道布置對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能以及平臺(tái)人員的安全生產(chǎn)操作，具有較大意義。常見(jiàn)的單元管道布置主要有以下幾個(gè)方面：（1）常壓容器，在平臺(tái)安裝過(guò)程中，開(kāi)口位置盡量在一個(gè)方向，對(duì)于液體的出入口要遠(yuǎn)離液位計(jì)，液體入口盡量距離放空管遠(yuǎn)一些，液位計(jì)的上開(kāi)口應(yīng)不低于溢流管，儀表的布置安裝需要考慮到工作人員操作的方便性；（2）熱交換器，管道安裝需要滿足工藝和操作要求，還要考慮到不影響熱交換器的安裝和維修；（3）壓力容器，對(duì)于壓力容器管道的布置應(yīng)該考慮到液體的流動(dòng)，需要具備一定的坡度，出口位置再與泵連接時(shí)，應(yīng)盡量靠近泵但是不能超出撓性要求；（4）泵，對(duì)于泵的管道布置需要滿足凈正吸入壓頭的要求，在布置過(guò)程中需要留出一定的空間作為操作人員的通道，盡可能的避免偏心引起的汽蝕對(duì)泵性能的影響，管道布置不能影響泵在維修過(guò)程中的吊裝，采用螺紋連接的管道，在設(shè)備接口處應(yīng)設(shè)置一個(gè)活接頭，在出現(xiàn)緊急情況是可以在此關(guān)閉管道；（5）壓縮機(jī)，對(duì)于壓縮機(jī)的管道必須進(jìn)行熱漲應(yīng)力分析，在壓縮機(jī)入口處的管道不宜使用彎頭直接連接，在管道入口處要采取一定的措施實(shí)行氣液分離，分離罐距離入口處不能太遠(yuǎn)，為了防止雜物進(jìn)入壓縮機(jī)，在接近入口處的管道需要安裝過(guò)濾器；（6)管匯，管匯在設(shè)計(jì)中主要考慮預(yù)留接口，平臺(tái)和管匯之間管道長(zhǎng)度盡可能最短，并且避免彎曲，閥門(mén)安裝同樣的要便于操作和維修；（7）清管器，連接清管器的關(guān)斷閥及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要考慮空間尺寸，同時(shí)對(duì)與清管器連接的閥門(mén)、管件、法蘭在內(nèi)徑尺寸上需要考慮通球需求，避免設(shè)施的不配套；（8）平臺(tái)之間的棧橋管道，管道布置需要有一定的柔性，可以滿足小位移的發(fā)生，同時(shí)要注意棧橋移動(dòng)對(duì)管道產(chǎn)生的影響；（9）井口管道，井口管道需要考慮石油在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的壓力和腐蝕性，同時(shí)對(duì)于進(jìn)口管道的支架位置及型式需要考慮風(fēng)荷載的影響。

3　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上的論述，我們了解到海洋石油平臺(tái)管道布置設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮的因素比較多，這些因素或多或少都會(huì)對(duì)平臺(tái)管道的設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定的影響，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的平臺(tái)管道才是滿足要求的。

[1]李玉坤.勝利2號(hào)海洋鉆井平臺(tái)底座剛架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[J].石油機(jī)械,2012(04).

[2]吳家鳴.海上鉆井方式的演變與不同類(lèi)型移動(dòng)式鉆井平臺(tái)的特點(diǎn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2013(10).

[3]陳國(guó)明,方華燦,黃東升.近海石油鋼結(jié)構(gòu)疲勞可靠性研究進(jìn)展回顧[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2011(03).

[4]姜宜辰,田育豐,楊樹(shù)耕.導(dǎo)管架平臺(tái)抱樁器設(shè)計(jì)[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2013(01).

[5]譚越,王春升,陳國(guó)龍.可移動(dòng)生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)的應(yīng)用與發(fā)展[J].中國(guó)造船,2012(06).