海上無人駐守平臺新型登臨系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用*

楊炳華 林俊鋒 董穎杰

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

海上無人駐守平臺新型登臨系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用*

楊炳華 林俊鋒 董穎杰

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

楊炳華,林俊鋒,董穎杰.海上無人駐守平臺新型登臨系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].中國海上油氣，2016,28(6)：133-136.

Yang Binghua,Lin Junfeng,Dong Yingjie.Design and application of the boarding system for unmanned offshore platforms[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(6):133-136.

傳統(tǒng)的海上無人駐守平臺登臨系統(tǒng)存在電機功率大、不便于物料運送、攀爬軟梯易損壞等缺點。為克服傳統(tǒng)登臨系統(tǒng)設(shè)計上的弊端，研發(fā)了由絞車提升系統(tǒng)和水平可伸縮吊橋2部分組成的新型登臨系統(tǒng)，將原來的提升系統(tǒng)由舉升吊橋改進為直接提升貨物，同時在原吊橋上增設(shè)水平可伸縮部分，以降低電機功率，減小絞車負載。該新型登臨系統(tǒng)已成功應(yīng)用于潿洲12-8W/6-12油田，現(xiàn)場實踐效果表明該系統(tǒng)設(shè)計合理、使用方便，具有較好的實用價值，也更有利于保障人員登臨無人平臺的安全。

海上無人駐守平臺；新型登臨系統(tǒng)；提升系統(tǒng)；水平可伸縮吊橋；潿洲12-8W/6-12油田

海上中小油氣田及邊際油氣田的開發(fā)中，經(jīng)常依托中心生產(chǎn)處理平臺而使用無人駐守的簡易采油采氣平臺，生產(chǎn)、維修人員定期登臨平臺進行巡檢維護。傳統(tǒng)無人駐守平臺登臨系統(tǒng)的設(shè)計理念是：人員通過攀爬軟梯上下簡易平臺，當(dāng)人員撤離時，為防止海水涌浪對軟梯的破壞及無關(guān)人員隨意登臨平臺，采用遙控器控制電動絞車將登臨平臺所用的吊橋舉升起來；而當(dāng)油田人員再次登臨簡易平臺時，再通過遙控器控制電動絞車將吊橋和軟梯釋放下來[1-5]。應(yīng)用實踐表明，傳統(tǒng)的海上無人駐守平臺登臨系統(tǒng)存在諸多不足。首先，電動絞車的作用是拉升吊橋，為了保障拖輪?？科脚_的安全，吊橋的長度通常設(shè)計為10～15 m，其質(zhì)量為4～5 t，這就要求電動絞車必須具備較大的功率，電動絞車的滾筒和鋼絲繩也須具備很高的強度，如潿洲12-8W/6-12油田的登臨系統(tǒng)所使用的絞車電機功率為15 kW，額定拉力為70 kN，鋼絲繩直徑為24 mm。其次，海上經(jīng)常存在浪高涌大的海況，而油田人員由于生產(chǎn)及維修須不定時通過攀爬軟梯的方式上下無人駐守平臺，存在很高的受傷風(fēng)險，且不方便上下運送工具、材料。再次，人員撤離后，若發(fā)生平臺斷電或斷電臺風(fēng)撤離后再恢復(fù)的情況，電動絞車失電，將無法遙控釋放吊橋及軟梯而出現(xiàn)人員無法登臨平臺的問題。因此，使用傳統(tǒng)平臺登臨系統(tǒng)時，即使人員撤離簡易平臺，吊橋也須釋放下來，將軟梯垂到海水里，這就無法起到保護軟梯和防止無關(guān)人員隨意登臨簡易平臺的目的，并且軟梯長期浸在海水中，受涌浪、大風(fēng)、潮汐的拍打扭轉(zhuǎn)而很容易發(fā)生破損斷裂，需要定期更換，浪費了財力、物力[6-7]。另外，傳統(tǒng)的無人駐守平臺登臨系統(tǒng)絞車電機一般采用380 V 50 Hz油田電網(wǎng)電源，若將絞車電機更換為110 V直流電機，須將380 V三相交流電經(jīng)過整流和濾波處理后為直流絞車電機供電。當(dāng)平臺斷電時，直流電機由蓄電池組供電，蓄電池組采用全浮充充電方式，但經(jīng)油田技術(shù)委員會核算評估，用蓄電池組作為15 kW絞車電機的電源，起升和下放3～4 t的吊橋至少需要110 V 200 AH的蓄電池組才能滿足基本工作要求。若按照平臺左右兩舷2個吊橋共用一套蓄電池組的改造或建造方案設(shè)計，蓄電池組加其他配件及改造費用約需要75萬人民幣，考慮到前期投入及后期對大容量蓄電池組維修保養(yǎng)的費用，用蓄電池組帶動絞車舉升吊橋的改進方案不具備可行性。為解決上述問題，本文對傳統(tǒng)無人駐守平臺登臨系統(tǒng)進行改進，設(shè)計了新型登臨系統(tǒng)，并在潿洲12-8W/6-12油田進行了試點應(yīng)用，取得了良好成效。

1 新型登臨系統(tǒng)設(shè)計

針對現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備特點，在對傳統(tǒng)海上無人駐守平臺登臨系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，從改變原絞車提升系統(tǒng)的用途和在原吊橋上增設(shè)水平可伸縮部分對原平臺登臨系統(tǒng)進行了改進設(shè)計。

1.1 絞車提升系統(tǒng)改進設(shè)計

原絞車提升系統(tǒng)設(shè)計的目的是將吊橋舉升起來，而改進的新提升系統(tǒng)的絞車設(shè)計則用來直接提升貨物，載單人的吊籃質(zhì)量約25 kg，普通單人的質(zhì)量約75 kg，考慮到提升絞車運轉(zhuǎn)過程中的摩擦阻力和一定的安全余量，將提升絞車、滾筒和鋼絲繩按照舉升0.5 t的能力進行設(shè)計。海上平臺登臨系統(tǒng)吊橋設(shè)計一般距離最高海平面4 m，距離最低海平面7 m，平臺斷電后恢復(fù)正常電力供應(yīng)的操作只需2人登臨平臺即可，分次完成2人的舉升登臨最多需要舉升絞車運行10 min，但為安全起見，對蓄電池組將按照舉升0.5 t的貨物連續(xù)運行1 h的能力進行設(shè)計。另外，為防止電動絞車舉升過高造成載人吊籃撞到定滑輪輪軌而發(fā)生傷人事故，還設(shè)置了吊籃提升上限位開關(guān)，當(dāng)提升上限位開關(guān)被觸發(fā)后，即刻發(fā)送電信號到控制箱而緊急關(guān)停電動絞車。

提升絞車平時由油田電網(wǎng)的380 V交流電經(jīng)過整流和濾波處理供電，蓄電池組作為后備電源處于浮充充電狀態(tài)。當(dāng)采油采氣簡易平臺電網(wǎng)失電、臺風(fēng)斷電撤離再恢復(fù)情況下，電動絞車才由蓄電池組供電?？刂葡湓O(shè)置有無線通信模塊，可以遙控電動絞車正反轉(zhuǎn)，帶動載人吊籃的上升和下放。與原絞車提升系統(tǒng)相比，新提升系統(tǒng)的電動絞車直接用于舉升人員和貨物，其功率及蓄電池組的容量僅為原提升系統(tǒng)的1/6～1/8，大大降低了電動絞車的功率，減少了對絞車滾筒和鋼絲繩的負載要求，且利用蓄電池組作為備用電源，在油田電網(wǎng)失電或臺風(fēng)斷電撤離再恢復(fù)情況下仍然可以正常使用。

1.2 水平可伸縮吊橋設(shè)計

對于長10～15 m、質(zhì)量3～4 t的吊橋而言，將吊橋一端通過焊接或鉸接方式固定在距離海平面4～7 m的靠船甲板上，另一端用固定在14～17 m絞車甲板的吊索懸吊起來，這種安裝固定方式比懸臂棧橋結(jié)構(gòu)具有更高的機械強度和可靠性。新設(shè)計的平臺登臨系統(tǒng)仍承襲原吊橋的優(yōu)點，采用吊索懸吊固定吊橋，吊橋的長度仍為10～15 m，但是在原來吊橋的末端增設(shè)了水平可伸縮部分，該部分由平行導(dǎo)軌、帶滾輪的水平平移甲板、平移甲板驅(qū)動電機、減速器模塊、滾輪、驅(qū)動輪軸、前限位開關(guān)、后限位開關(guān)、前后限位開關(guān)觸板、前限位擋板、后限位擋板、防翻車安全桿以及吊橋等組成(圖1)。

圖1 海上無人駐守平臺新型登臨系統(tǒng)水平可伸縮部分底部示意圖

平行導(dǎo)軌長度大于3 m即可滿足工作要求，導(dǎo)軌安裝在原吊橋的最末端，兩端設(shè)置前限位擋板和后限位擋板，防止前后限位開關(guān)失效或人為操作失誤時使帶滾輪的水平平移甲板從平行導(dǎo)軌兩端滑出。考慮到載人載貨后水平平移甲板的重心極易偏離，從而導(dǎo)致水平平移甲板的滾輪與防翻車安全桿相卡，水平平移甲板無法在電機驅(qū)動下自由伸縮，因此設(shè)定了只有水平平移甲板上的貨物被清空后才能執(zhí)行水平平移甲板的伸縮運動。后限位擋板帶通孔，前限位擋板帶半封閉的圓孔，用于安放、固定防翻車安全桿，安全桿位于滾輪與帶滾輪的水平平移甲板的甲板面之間，在水平平移甲板的滾輪放置于平行導(dǎo)軌之后，將防翻車安全桿從后限位擋板的通孔插入到前限位擋板的半封閉圓孔中，然后從后限位擋板通孔內(nèi)側(cè)用固定銷固定防翻車安全桿。由于H型滾輪與工字型導(dǎo)軌的接觸形式不具備消除水平平移部分因受力不均而發(fā)生末端下垂墜?；騻?cè)翻墜海隱患的功能，因此設(shè)計了防翻車安全桿，當(dāng)水平平移甲板重心偏移時，水平平移甲板的滾輪便會卡在防翻車安全桿上。圖2為新型登臨系統(tǒng)水平平移甲板側(cè)視圖。

圖2 海上無人駐守平臺新型登臨系統(tǒng)水平平移甲板側(cè)視圖

新型登臨系統(tǒng)工作時，平移甲板驅(qū)動電機及減速器模塊帶動驅(qū)動輪軸，滾輪與輪軸為一體件，驅(qū)動輪軸帶動水平平移甲板的滾輪轉(zhuǎn)動，滾輪和軌道通過輪內(nèi)側(cè)的柱面與軌道上平面的線接觸配合實現(xiàn)相對移動,從而實現(xiàn)水平平移甲板的伸縮功能。吊橋甲板面上設(shè)置有前限位開關(guān)、后限位開關(guān)，水平平移甲板下甲板面上設(shè)置有前后限位開關(guān)觸板。前限位開關(guān)、后限位開關(guān)、前后限位開關(guān)觸板設(shè)置在一條直線上，且與導(dǎo)軌平行，當(dāng)水平平移甲板移動到極限位置時，前后限位開關(guān)觸板分別與前、后限位開關(guān)相觸碰，限位開關(guān)發(fā)出緊急關(guān)停信號到控制箱，控制箱關(guān)停平移甲板驅(qū)動電機及減速器模塊。驅(qū)動輪軸下端面的高度高于前限位開關(guān)和后限位開關(guān)的高度，可防止在水平移動過程中帶滾輪的水平平移甲板驅(qū)動輪軸與前、后限位開關(guān)相撞。前限位開關(guān)大約設(shè)置于軌道長度方向的中部，既可保證水平平移甲板在運行時具有最大的行程，又可實現(xiàn)滾輪在到達軌道極限位置之前自動停機的功能。平移甲板驅(qū)動電機與提升絞車電機共用同一蓄電池組作為備用電源，由控制箱本地控制或遙控控制[7-8]。此外，為確保新型登臨系統(tǒng)在惡劣天氣下的使用效果，可以根據(jù)需要適當(dāng)增加帶滾輪的水平平移甲板及平行導(dǎo)軌的寬度，并在平移甲板的兩側(cè)添加護欄。

新型登臨系統(tǒng)的提升系統(tǒng)一般設(shè)置在平臺14～17 m高處的絞車甲板上，不會直接受到海水或雨水影響，而水平可伸縮部分的驅(qū)動電機置于吊橋之上，距離海平面最低高度約4 m，極易受到海水或雨水影響。因此，提升絞車電機和平移甲板驅(qū)動電機均采用ABB船用防爆電機(電機防護等級為IP56級)，可有效防止灰塵和海浪進入電機后損壞電機。蓄電池組存放在平臺干燥通風(fēng)的蓄電池間，控制柜同樣按防潮防爆要求設(shè)計。

1.3 新型登臨系統(tǒng)工作原理

本文設(shè)計的海上無人駐守平臺新型登臨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，該系統(tǒng)由絞車提升系統(tǒng)和水平可伸縮吊橋2部分組成。當(dāng)人員需要登臨海上無人駐守平臺時，通過遙控器控制電動絞車反轉(zhuǎn)，將載人吊籃略微提升起來，使吊籃脫離水平平移甲板的甲板面，通過遙控器控制平移甲板驅(qū)動電機及減速器模塊反轉(zhuǎn)，齒輪減速器減速后帶動驅(qū)動輪軸反轉(zhuǎn)進而帶動滾輪反轉(zhuǎn)，水平平移甲板向內(nèi)收縮運動，直到與吊橋前沿齊平，然后控制電動絞車正轉(zhuǎn)，下放載人吊籃，直至到達拖輪的甲板面，載人載貨后遙控提升海洋石油平臺載人吊籃，提升高度超過水平平移甲板的甲板面，通過遙控器控制平移甲板驅(qū)動電機及減速器模塊正轉(zhuǎn)，將水平平移甲板向外伸出，然后遙控下放載人吊籃于水平平移甲板的甲板面上，從而實現(xiàn)登臨平臺的功能。當(dāng)人員從無人駐守平臺撤離時，操作步驟與登臨步驟相反。

圖3 海上無人駐守平臺新型登臨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 應(yīng)用效果

新設(shè)計的登臨系統(tǒng)自2014年8月開始在潿洲12-8W/6-12油田試點應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的登臨系統(tǒng)，新型登臨系統(tǒng)甲板面積減少了1.3 m2，鋼材質(zhì)量在保持原始載荷條件下減少了9%，機械設(shè)備更換及維修費用節(jié)約8.6萬元，每年可減少更換3條攀爬軟梯，節(jié)約軟梯費用2萬元，綜合計算可減少建造成本37萬元。由于該系統(tǒng)電動絞車可用來直接舉升人員和貨物，大大降低了電動絞車的功率,減少了絞車滾筒和鋼絲繩的負載要求，達到了無關(guān)人員無法隨意登臨平臺的目的，又解決了軟梯經(jīng)常損毀的問題；另外，該系統(tǒng)是利用蓄電池組作為備用電源，在油田電網(wǎng)失電或臺風(fēng)斷電撤離再恢復(fù)情況下仍然可以正常使用，也從根本上解決了常規(guī)登臨系統(tǒng)設(shè)計上的缺陷。

3 結(jié)束語

通過對傳統(tǒng)海上無人駐守平臺登臨系統(tǒng)的提升系統(tǒng)用途的改進和在吊橋上增設(shè)水平可伸縮部分，成功設(shè)計了新型登臨系統(tǒng)，既有效解決了傳統(tǒng)登臨系統(tǒng)設(shè)計上的缺陷，又很好地實現(xiàn)了減少綜合建造成本的目標。新型登臨系統(tǒng)已于2014年8月在潿洲12-8W/6-12油田試點應(yīng)用，現(xiàn)場實踐表明該系統(tǒng)設(shè)計合理、使用方便，具有較好的實際應(yīng)用價值。

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(編輯：呂歡歡)

Design and application of the boarding system for unmanned offshore platforms

Yang Binghua Lin Junfeng Dong Yingjie

(ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

The conventional boarding system for unmanned offshore platforms has disadvantages such as requiring large motor power, inconvenience to transport materials, vulnerable boarding ladders, etc. To overcome the drawbacks of the conventional system, a new boarding system was designed which consists of lifting system and horizontally retractable drawbridges. The new lifting system would lift the cargo directly instead of lifting the drawbridge as the conventional system did, and the horizontally retractable component was added onto the old drawbridges, which can save the motor power and winch load. The new boarding system has successfully been used in Weizhou 12-8W/6-12 oilfield. The field practice shows that the new system is reasonable in design, convenient in application, more valuable in operation, making it safer to get on and off unmanned offshore platforms.

unmanned offshore platform; new boarding system; lifting system; horizontally retractable drawbridge; Weizhou 12-8W/6-12 oilfield

1673-1506(2016)06-0133-04

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.06.022

*中海石油(中國)有限公司綜合科研項目“海上在生產(chǎn)油氣田挖潛增效技術(shù)研究(編號：CNOOC-KJ 125 ZDXM 06 LTD 03 ZJ 12)”部分研究成果。

楊炳華，男，工程師，2006年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)石油工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)主要從事海上石油天然氣開發(fā)工作。地址：廣東省湛江市坡頭區(qū)南油三區(qū)23棟505室(郵編：524057)。E-mail:276160321@qq.com。

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2016-01-07 改回日期：2016-02-15