外輸軟管無線報警裝置可行性研究

周毅

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司天津300457）

理論創(chuàng)新

外輸軟管無線報警裝置可行性研究

周毅

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司天津300457）

目前中海油在渤海灣的FPSO使用的外輸軟管基本都是雙層的，雙層外輸軟管相對于單層外輸軟管具備第一層管體破裂后通過第二層管體的保護(hù)防止泄漏的作用，雙層軟管法蘭兩端裝有第一層管體泄漏報警裝置[1]，目的是提前告知用戶第一層管體已經(jīng)損壞需要更換。目前該報警裝置主要為電子式和機(jī)械式兩種，當(dāng)?shù)谝粚庸荏w泄露后壓力傳遞到報警裝置激活報警裝置閃爍或者變色。但是由于外輸軟管外輸過程中基本上漂浮在海面上，報警裝置的變化通過肉眼很難觀察，增加原油外輸?shù)娘L(fēng)險。研發(fā)一個帶無線傳輸功能報警裝置，當(dāng)?shù)谝粚庸荏w泄漏后報警裝置被激活并傳送發(fā)射無線信號給中控室，告知用戶哪條外輸軟管第一層管體已經(jīng)失效需要更換。減少用戶的巡檢頻率，降低了外輸作業(yè)安全風(fēng)險。

外輸軟管；FPSO；無線報警裝置

1 現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 現(xiàn)狀

外輸軟管是FPSO上外輸系統(tǒng)的關(guān)鍵長線設(shè)備，是FPSO原油外輸?shù)奈ㄒ煌ǖ?。由于外輸軟管的生產(chǎn)、維護(hù)具有較高的技術(shù)含量，其設(shè)計、制造、安裝、檢測和維修等技術(shù)都掌握在國外公司手中，國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備基本屬于空白。目前，我國所需外輸軟管全部來自進(jìn)口，主要使用以下幾個品牌例如：橫濱、鄧祿普、固特異、特瑞寶馬努力等。這幾大軟管廠家泄漏報警裝置大致分為：電子式、機(jī)械式、物理式。目前無線報警裝置的研究在國際上還處于空白狀態(tài)。

1）電子式

原理：當(dāng)?shù)谝还荏w漏油之后，通過管體空腔進(jìn)入報警燈內(nèi)，泄漏液體在電極內(nèi)形成回路觸發(fā)報警燈閃爍；常見品牌：特瑞寶、馬努力、橫濱、固特異

圖1 電子式報警裝置

2）機(jī)械式

原理：當(dāng)?shù)谝还荏w漏油之后，液體通過管體空腔進(jìn)入報警燈內(nèi)，泄漏液體觸發(fā)壓力彈簧導(dǎo)致報警裝置翻轉(zhuǎn)變色；常見品牌：橫濱、太平橡膠、馬努力

圖2 機(jī)械式報警裝置

3）物理式

原理：當(dāng)?shù)谝还荏w漏油之后，液體通過管體空腔進(jìn)入導(dǎo)致軟管管體吸收膨脹變成啞鈴狀；常見品牌：鄧祿普

圖3 物理式報警裝置

1.2 存在的問題

以上三種常用的報警裝置都存在不便于觀察，增加人員巡檢成本，可靠性不高，尤其是電子式經(jīng)常出現(xiàn)誤報警。使用無線報警裝置可以增加可靠性，減少人員及拖輪巡檢成本，大大減少了人員和設(shè)備工作量，提高了工作效率。

2 技術(shù)方案

2.1 環(huán)境條件

表1 環(huán)境參數(shù)表

2.2 無線報警裝置原理

整個外輸軟管無線報警系統(tǒng)由“軟管端監(jiān)測模塊”和“接收端控制模塊”兩大部分組成。

本系統(tǒng)設(shè)計選用當(dāng)今先進(jìn)的RF[2]技術(shù)方案，配合低功耗，高性能工業(yè)級的MCU[3]來完成和實(shí)現(xiàn)無線報警的任務(wù)，具有安裝便捷，監(jiān)控人性化，后期維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)。

圖4 外輸軟管無線報警系統(tǒng)示意圖

說明：外輸軟管監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)漏油后向接收端發(fā)送壓力數(shù)據(jù),接收端收到數(shù)據(jù)后觸發(fā)報警，并在接收端屏幕顯示報警，同時向中控室電腦傳遞報警信號。

2.2.1 軟管端監(jiān)測模塊

1）設(shè)計參數(shù)

無線傳輸距離：通信空曠可視距離保證1000米；電池壽命：軟管段報警模塊采用鋰電池供電壽命不低于2年；防腐性能：使用316不銹鋼材質(zhì)使用壽命不低于6年；密封性能：耐1米水壓；

表2 軟管端監(jiān)測模塊性能參數(shù)表

軟管端監(jiān)測模塊可編碼功能：給客戶提供PC軟件，接口和工具，用戶可根據(jù)需要自行編寫軟管位置編號等數(shù)據(jù)；

圖5 軟管端監(jiān)測模塊原理圖

圖6 軟管端監(jiān)測模塊結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 接收端控制模塊

1）設(shè)計參數(shù)

系統(tǒng)帶自檢功能：提供軟管泄露壓力產(chǎn)生的報警信號，定期自動檢測軟管報警裝置狀態(tài)的功能好壞并進(jìn)行信號反饋；

接收端控制模塊顯示功能：報警軟管的位置編號、通信是否正常，軟管狀態(tài)是否正常；

室外接收端防爆功能：如將其接收端放置在室外位置需要保證防爆功能；

未來拓展功能：通過無線報警裝置，對軟管的基本信息能傳送至外輸軟管管理ERP[6]系統(tǒng)中做出入庫處理及資產(chǎn)信息登記；

表3 接收終端性能參數(shù)表

圖7 接收端控制模塊原理圖

圖8 接收端控制模塊顯示界面1圖

圖9 接收端控制模塊顯示界面2圖

3 測試結(jié)果

在空曠場地報警裝置發(fā)射端發(fā)射的數(shù)據(jù)傳輸距離大于1100米，按照目前中海油最大FPSO海洋石油117來計算，長度330米，外輸軟管全部釋放達(dá)到280米，總長600米左右，1100米的傳輸距離可以滿足使用要求。1米水深測試無滲漏密封良好，每條外輸軟管兩端各配備一個無線報警裝置成180度角安裝，保證至少有一個報警裝置處于水面以上，同時水下的報警裝置深度不超過50CM，水壓測試結(jié)果表明即使將報警裝置長期浸泡水中也不會失效滿足使用要求。

結(jié)論

通過外輸軟管無線報警裝置可行性研究，結(jié)果表明：壓力傳感裝置，點(diǎn)動開關(guān)裝置，信號觸發(fā)裝置，無線發(fā)射裝置等關(guān)鍵技術(shù)成熟，能夠滿足設(shè)計要求，整體方案技術(shù)可行?？尚行匝芯窟^程中，通過對整體設(shè)計方案進(jìn)行風(fēng)險識別與分析表明存在的風(fēng)險是可控的。在使用上，節(jié)省勞動力，智能高效；在安全上，有效避免了外輸操作人員外出巡檢作業(yè)的安全隱患，為海上原油安全外輸保駕護(hù)航。

[1]Oil Companies International Marine Forum．Guide to Manufacturing and Purchasing Hoses for Offshore Moorings。Printed&Published by WITHERBY&CO.LTD, GMPHOM 2009

[2]陳邦媛.射頻通訊電路[z].北京：科學(xué)出版社,2006.

[3]劉海成，秦進(jìn)平，韓喜春.MCU-DSP型單片機(jī)原理與應(yīng)用[z].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006.

[4]吳永樂，劉元安，張偉偉.微波射頻器件和天線的精細(xì)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2015.

[5]朱輝，馮云，郭鋒，史業(yè)清.實(shí)用射頻測試和測量[M].北京：電子工業(yè)出版社,2010.

[6]羅鴻.ERP原理·設(shè)計·實(shí)施[M].北京：電子工業(yè)出版社,2016.

The feasibility study ofwireless alarm system used on offloading hose

At present,the offloading hoses on FPSO used in Bohai Bay are basically double carcass hoses.Compared to the single carcass hoses, the double carcass hoses have the advantage that it can prevent the leakage when the first layer burst,there are leaking detector devices on both ends of the hoses in order to alarm that the first layer is damaged which needs to be replaced. There are two types of leaking detector devices, the one is electronic,the other is mechanical, when the leaking happens,the pressure will activate the alarm devices,the results are alarm flashing or alarm turn color.It is hard to observe the leakage for the offloading hoses are floating on the sea,accordingly,increase the chance of the leaking.Therefore,it is very important to develop the wireless alarm system which can transmit the signal to the control center and tell which hose should be replaced when the leakage happens,in this way,it can reduce the regular inspection rate, increase the operation safety aswell.

Offloading hose；FPSO；Wireless alarm system