自升式平臺運行工況對危險區(qū)域設(shè)備選型的影響

白民權(quán)

（大連中遠(yuǎn)海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

自升式鉆井平臺是用于海洋油氣勘探的設(shè)施，主要工作在30 m～200 m水深的海域，是現(xiàn)階段海洋油氣開發(fā)和勘探應(yīng)用較多的鉆井設(shè)施。我國于上世紀(jì)后期開始引進(jìn)和建造各規(guī)格自升式鉆井平臺，目前國內(nèi)各設(shè)計單位和船廠的自升式鉆井平臺設(shè)計水平和建造能力也在逐漸成熟。

大連中遠(yuǎn)海運重工建造的Super 116E型自升式鉆井平臺是美國LeToureau公司開發(fā)的一款350英尺工作水深的自升式鉆井平臺，其最大鉆井深度在3萬英尺左右。該項目入級ABS船級社，主船體采用三角形箱式設(shè)計，有3個樁腿用于平臺支撐固定，樁腿為正方形桁架式結(jié)構(gòu)，每個腿長度477英尺，每個樁腿由20臺變頻電機(jī)提供動力，用于操作鉆井平臺的上升和下降。在主甲板上布置懸臂梁，懸臂梁可縱向滑移至尾部70英尺。懸臂梁上面布置鉆臺和井架，鉆臺可橫向左右滑移15英尺。主甲板艏部布置生活樓，含直升機(jī)平臺，生活樓定員120人。

鉆井平臺在工作過程中，通過大型鉆井設(shè)備驅(qū)動泥漿循環(huán)作業(yè)實現(xiàn)鉆井功能。泥漿本身會揮發(fā)出可燃?xì)怏w，因此鉆井設(shè)備、泥漿容器和參與泥漿循環(huán)處理的各環(huán)節(jié)設(shè)施都可能泄漏可燃?xì)怏w，此部分區(qū)域為危險區(qū)域，在危險區(qū)域內(nèi)需要使用防爆型電氣設(shè)備。因此，鉆井平臺的危險區(qū)域劃分及對應(yīng)設(shè)備選型非常重要。

1 鉆井平臺危險區(qū)劃分

1.1 船級社對鉆井平臺危險區(qū)劃分特定要求

按照ABS MODU 2014/4-3-6[1]對于危險區(qū)的定義，船級社依據(jù)鉆井平臺可燃性氣體可能出現(xiàn)及持續(xù)時間的不同，由高到低將危險區(qū)分為Zone 0、Zone 1和Zone 3這3個等級。對于平臺鉆井時與泥漿系統(tǒng)循環(huán)相關(guān)的部分，美國船級社（ABS）在各等級危險區(qū)中的描述分別如下：

“5.1 Hazardous Areas Zone 0 Include: (2012)

i) The internal spaces of closed tanks and piping of the mud circulating system between the well and the final degassing discharge (e.g., escape gas outlets),[1]5.3 Hazardous Areas Zone 1 Include:

i) Enclosed spaces containing any part of the mud circulating system that has an opening into the spaces and is between the well and the final degassing discharge[1]

5.5 Hazardous Areas Zone 2 Include:

i) Enclosed spaces which contain open sections of the mud circulating system from the final degassing discharge to the mud pump suction connection at the mud pit.”[1]

翻譯如下：

“5.1 劃分為0類危險區(qū)的處所如下

i) 井液循環(huán)系統(tǒng)中從井口至除氣排出管終端之間的內(nèi)部空間。

5.3 劃分為1類危險區(qū)的處所如下

i) 井液循環(huán)系統(tǒng)中從井口至除氣排出管終端之間管道泄露位置。

5.5 劃分為2類危險區(qū)的處所如下

i) 包含有從最終除氣排出口至坑池處井液泵吸入接管間的井液循環(huán)系統(tǒng)的圍蔽處所?！?/p>

根據(jù)以上描述，ABS船級社將與泥漿循環(huán)相關(guān)的設(shè)備、艙室、容器和管路區(qū)域均設(shè)定為危險區(qū)域，同時，設(shè)備和管路上的法蘭、閥門等連接位置對應(yīng)的氣體延伸區(qū)域也均被定義為危險區(qū)。

1.2 危險區(qū)域劃分圖

按照ABS MODU 2014/4-3-6的要求，本項目危險區(qū)域劃分圖紙如圖1所示。平臺主要的危險區(qū)域都集中在泥漿循環(huán)相關(guān)的設(shè)施周圍。從機(jī)艙的泥漿艙開始，泥漿經(jīng)由泥漿泵、泥漿管線、鉆臺計量罐、閥組、頂驅(qū)和鉆桿傳送至井口底部參與鉆井作業(yè)，再經(jīng)套管回流后進(jìn)入主甲板泥漿處理單元進(jìn)行除氣、除沙和除泥，最后回到泥漿池進(jìn)行循環(huán)。與整個過程相關(guān)的設(shè)施和對應(yīng)延伸區(qū)域均為危險區(qū)。

圖1 自升式鉆井平臺危險區(qū)劃分圖

2 鉆井平臺運行工況對危險區(qū)定義和設(shè)備選型的影響

2.1 自升式鉆井平臺運行工況

自升式鉆井平臺根據(jù)其不同運行階段可分為以下運行工況。

1）拖航工況。Super 116E型鉆井平臺沒有安裝推進(jìn)器，不具備自航能力，因此需要使用拖輪拖拽平臺航行至目標(biāo)海域，此工況為鉆井平臺的拖航工況。在拖航工況下，鉆井平臺部分設(shè)備工作維持其基本運行能力。

2）升降工況。自升式平臺到達(dá)目標(biāo)海域之后，在鉆井作業(yè)之前需要插樁固定并進(jìn)行平臺升降和壓載測試，這個過程為平臺的升降工況。在升降工況下，升降裝置投入使用。

3）鉆井工況。鉆井工況下，平臺投入鉆井作業(yè)。根據(jù)不同條件下運行設(shè)備的不同，鉆井工況可分為輕載鉆井工況、重載鉆井工況和起下鉆桿工況等。在鉆井工況下，泥漿泵、鉆井絞車和頂驅(qū)等大型鉆井設(shè)備投入運行，各鉆井設(shè)備均圍繞泥漿循環(huán)系統(tǒng)工作，泥漿循環(huán)系統(tǒng)為鉆井作業(yè)的核心系統(tǒng)。

2.2 危險區(qū)域內(nèi)的設(shè)備選型要求

按照ABS MODU 2014/4-3-3/9.1.2要求，危險區(qū)域內(nèi)需要使用防爆型設(shè)備[1-2]?！?.1.2 Electrical Equipment

Electrical equipment used in hazardous areas is to be manufactured, tested, marked and installed in accordance with IEC Publication 60079, or other recognized standards, and certified by an independent testing laboratory acceptable to ABS.”[1-2]

翻譯如下：

“9.1.2 防爆電氣設(shè)備

防爆電氣設(shè)備的制造和試驗，應(yīng)符合本社接受的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；并應(yīng)具有本社認(rèn)可的防爆主管試驗機(jī)構(gòu)核發(fā)的防爆合格證。”

根據(jù)此處描述，所有布置在危險區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備都需滿足防爆要求?？紤]到本項目危險區(qū)域面積大，涉及到的電氣設(shè)備范圍廣、數(shù)量多，且部分設(shè)備只在單一工況下投入運行，因此，項目組與船級社溝通，對部分設(shè)備的選型是否需要滿足防爆要求進(jìn)行澄清。

2.3 鉆井平臺在拖航工況下，對危險區(qū)范圍內(nèi)部分電氣設(shè)備選型的澄清

根據(jù)海上避碰規(guī)則[3]要求，本項目需要在鉆臺尾部區(qū)域布置航行燈具，包括尾燈和尾部錨燈，如圖2所示。根據(jù)危險區(qū)劃分要求，鉆臺及周邊區(qū)域均為危險區(qū)，這些航行燈需要布置在此處危險區(qū)內(nèi)，如過嚴(yán)格按照ABS規(guī)則執(zhí)行，則這2個航行燈均需要使用防爆類型燈具。然而在拖航工況下，泥漿循環(huán)系統(tǒng)并沒有處于工作狀態(tài)，在此條件下不會有可燃?xì)怏w產(chǎn)生。據(jù)此與ABS進(jìn)行澄清，建議在此處使用非防爆的航行燈具。經(jīng)與ABS溝通，ABS同意在此項目上分工況進(jìn)行危險區(qū)范圍判斷和設(shè)備選型的建議，同時ABS提出要對航行燈的工作狀態(tài)做明確說明，以避免在鉆井作業(yè)時對航行燈誤操作而引起危險。因此，在控制室內(nèi)的航行燈控制板附近增加警告牌，如圖3所示，禁止在鉆井作業(yè)時操作航行燈。此外，還在操船手冊中說明航行燈只允許在拖航工況下使用，如圖4所示。最終，本項目鉆臺區(qū)域航行燈選型為非防爆類型，此項設(shè)計滿足ABS要求。

圖2 鉆臺尾部航行燈布置

圖3 航行燈控制板操作警示牌

圖4 航行燈操作說明

2.4 鉆井平臺在升降工況下，對危險區(qū)范圍內(nèi)部分電氣設(shè)備選型的澄清

本項目平臺的泥漿處理單元布置在主甲板尾部區(qū)域，相關(guān)設(shè)備和泥漿容器均采用敞開式布置。從圖5可看出，其危險區(qū)范圍覆蓋了部分升降系統(tǒng)電機(jī)。升降系統(tǒng)如使用防爆類型電機(jī)，將會對項目成本產(chǎn)生很大影響?？紤]到升降系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備只在平臺升降過程中投入運行，在平臺鉆井工況下不使用，因此是否更換為防爆電機(jī)并不會對平臺的安全性能產(chǎn)生影響[4-5]。對此，項目組與ABS溝通，向其說明情況并建議升降系統(tǒng)使用非防爆電機(jī)，ABS最終接受此設(shè)計方案，同時要求在本項目操作手冊中對此做明確描述并做警示牌，船廠按要求完成，如圖6所示。升降系統(tǒng)電機(jī)僅在平臺升降過程中使用，鉆井工況下不運行，因此這部分電機(jī)最終選型為非防爆類型，此項設(shè)計符合船級社要求。

圖5 泥漿處理單元布置危險區(qū)域

圖6 升降系統(tǒng)操作警告牌

3 小結(jié)

項目組最終與ABS達(dá)成一致，針對只在特定工況中投入使用的設(shè)備，其設(shè)備選型按照其運行的特定工況進(jìn)行考慮，并在明顯位置做出警示。據(jù)此，部分航行燈、部分升降系統(tǒng)電機(jī)和部分滑移系統(tǒng)電機(jī)均不需要使用防爆類型設(shè)備。本項目已成功交付，設(shè)備運行穩(wěn)定，由其他部門進(jìn)行的各類后續(xù)檢驗也證實了方案的可行性。

4 結(jié)論

ABS MODU在關(guān)于危險區(qū)劃分和危險區(qū)域設(shè)備選型的描述中，沒有提及鉆井平臺運行工況的差異性。部分危險區(qū)域僅在特定的運行工況下存在，如果有設(shè)備確定在此特定工況下不會運行，則可以將此設(shè)備按照“布置在安全區(qū)域”進(jìn)行選型。在與船級社澄清的過程中，船級社對此予以接受，其重點對指定設(shè)備僅在特定工況下的運行狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。在項目執(zhí)行過程中，需要加強(qiáng)對船級社規(guī)范的理解，也需要針對具體問題加強(qiáng)與船檢的溝通，盡量避免過度設(shè)計，降低項目成本。