海上升壓站事故油罐及相關(guān)給排水設(shè)計(jì)合理性分析

文 | 劉鋒，蘇長(zhǎng)南

目前，國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電處于大規(guī)模開發(fā)的階段，海上升壓站作為海上風(fēng)電場(chǎng)對(duì)外輸電的重要樞紐，其事故油罐及相關(guān)給排水設(shè)計(jì)方案若不合理，不僅會(huì)大幅度增加運(yùn)維人員的工作量，還會(huì)造成違法超標(biāo)排放的含油污水污染海洋，面臨巨額行政處罰的風(fēng)險(xiǎn)。本文就目前國(guó)內(nèi)海上升壓站事故油罐及相關(guān)的給排水設(shè)計(jì)方案，分別從海洋環(huán)保要求、溢流和遠(yuǎn)程控制排放、運(yùn)維三個(gè)方面對(duì)其合理性進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)建議。

海上升壓站事故油罐及相關(guān)給排水設(shè)計(jì)方案及其合理性分析

海上升壓站是集電氣、機(jī)械設(shè)備于一體，無(wú)人值守，自動(dòng)化程度極高的海上固定平臺(tái)。該類型平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案既要考慮正常運(yùn)行的可靠性，又要滿足《中華人民共和國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)法》中有關(guān)防污染的要求。目前，國(guó)內(nèi)海上升壓站普遍采用油冷式變壓器進(jìn)行輸變電，并布置了應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)（配置了柴油柜）作為海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站的應(yīng)急電源，具體方案見(jiàn)圖1。

為防止上述設(shè)備維修時(shí)油料流入海洋造成污染，在設(shè)計(jì)階段分別對(duì)室外露天區(qū)域的散熱器、室內(nèi)變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、柴油柜設(shè)置了圍油欄，并在圍油欄封閉區(qū)域設(shè)置了地漏，通過(guò)管路把地漏與事故油罐相連以對(duì)油料進(jìn)行搜集。極端天氣雨量較大時(shí)，散熱器處的雨水會(huì)迅速充滿事故油罐，當(dāng)油罐液位達(dá)到溢流管的高度時(shí)，實(shí)現(xiàn)溢流排海，避免事故油罐爆艙；平時(shí)該區(qū)域的雨水進(jìn)入事故油罐后，為減少運(yùn)維船的接駁頻率、降低運(yùn)營(yíng)成本，通過(guò)遠(yuǎn)程打開電動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)直接排海。當(dāng)變壓器、散熱器檢修或發(fā)生冷卻油泄漏、柴油機(jī)檢修或柴油柜泄漏，其油料會(huì)通過(guò)地漏匯集至事故油罐，通過(guò)通岸接頭和運(yùn)維船接駁，實(shí)現(xiàn)回收處理。

上述設(shè)計(jì)方案雖對(duì)泄漏的油料進(jìn)行了搜集處理，避免引發(fā)海洋污染，但在合理性方面存在一定疑問(wèn)，現(xiàn)就該方案從合理性方面展開詳細(xì)分析。

一、海洋環(huán)境保護(hù)要求解析

中華人民共和國(guó)是國(guó)際海事組織（IMO）A類理事國(guó)，在海洋環(huán)保方面堅(jiān)定地執(zhí)行著IMO及其下屬機(jī)構(gòu)—海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（MEPC）發(fā)布的相關(guān)公約及通函，如“400總噸及以上非油船和油船機(jī)艙艙底水，未經(jīng)稀釋的排出物的含油量不超過(guò)百萬(wàn)分之十五（15ppm）”“海洋石油鉆井船、鉆井平臺(tái)和采油平臺(tái)的含油污水和油性混合物，必須經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo)后排放；經(jīng)回收處理后排放的，其含油量不得超過(guò)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)”等相關(guān)要求已納入國(guó)家法規(guī)，并強(qiáng)制實(shí)施。

同時(shí)，國(guó)家海洋局是中國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)之一，含油污水的排放一直是國(guó)家海洋局監(jiān)管的重點(diǎn)。國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心在國(guó)家海洋局的要求下，編制并發(fā)布了GB4914《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定含油污水排放濃度要小于15ppm。為避免海上風(fēng)電的運(yùn)行對(duì)海洋環(huán)境造成污染，2017年，國(guó)家能源局發(fā)布NB/T31115《風(fēng)電場(chǎng)工程110kV～220kV海上升壓變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》，明確規(guī)定海上升壓變電站污廢水經(jīng)處理后的排放指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4914的有關(guān)要求。

由此可見(jiàn)，將海上設(shè)施排海含油污水的含油濃度限定在15ppm已成為國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際海洋環(huán)境保護(hù)不可逾越的紅線。

二、溢流和遠(yuǎn)程控制排放功能設(shè)置的合理性分析

（一）溢流達(dá)標(biāo)排放方案

以散熱器圍油欄圍蔽區(qū)域面積約為120m2（2臺(tái)變壓器散熱器），事故油罐總?cè)莘e約為80m3（按單臺(tái)變壓器冷卻油量和該區(qū)域消防水量考慮，未考慮極端天氣的雨量影響），有效容積約為72m3（溢流管高度約為事故油罐90%總?cè)莘e高度）為例，通過(guò)計(jì)算可知：當(dāng)單天或連續(xù)數(shù)天降雨量達(dá)到或等效達(dá)到600mm/d（南海海域極端天氣多、海況差、運(yùn)維船可及性低，單天或連續(xù)數(shù)天降水量超過(guò)此數(shù)據(jù)的可能性大）時(shí)，其搜集雨量容積達(dá)到72m3，會(huì)發(fā)生溢流排海情況。要實(shí)現(xiàn)溢流排放的油水混合物含油濃度完全小于15ppm，則事故油罐中含油總量不能大于1.05L。

圖1 海上升壓站事故油罐及給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（二）遠(yuǎn)程控制達(dá)標(biāo)排放方案

取事故油罐總?cè)莘e約為80m3，有效容積約為72m3（溢流管高度約為90%總?cè)莘e高度）。當(dāng)罐中液體體積小于72m3時(shí)，則不會(huì)發(fā)生溢流排海。取72m3限值進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)事故油罐中含油總量不大于1.05L，才能實(shí)現(xiàn)其油水混合物含油濃度完全小于15ppm。

三、運(yùn)維的合理性分析

（一）運(yùn)維工作量的合理性分析

通過(guò)上文分析可知，若要實(shí)現(xiàn)溢流或遠(yuǎn)程控制達(dá)標(biāo)直排，以減少運(yùn)維船舶往返的接駁頻率，降低運(yùn)維成本，需嚴(yán)格控制事故油罐及其相關(guān)給排水管路里的殘油量。一旦事故油罐及其相關(guān)的給排水管路殘油、變壓器檢修冷卻油或其他油料泄放至事故油罐，需第一時(shí)間派運(yùn)維人員和船只對(duì)油料進(jìn)行接駁，對(duì)管路和事故油罐內(nèi)部進(jìn)行清理，反復(fù)沖洗，不斷取樣檢測(cè)并加以計(jì)算，當(dāng)其殘油總量不足以造成超標(biāo)排放，方可實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)直接排海，但由此帶來(lái)的清理工作量巨大。

（二）運(yùn)維費(fèi)用的合理性分析

圖2 海上設(shè)施含油污水達(dá)標(biāo)排放設(shè)計(jì)方案

表1 海上設(shè)施含油污水達(dá)標(biāo)排放解決方案

若采用船舶接駁的方式接駁事故油罐中的含油污水，以此替代直接排海實(shí)現(xiàn)“零”污染排放，完全規(guī)避溢流或遠(yuǎn)程控制超標(biāo)排放的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)上文分析并結(jié)合南海海域特點(diǎn)可知，散熱器區(qū)域雨水會(huì)全部流到事故油罐，短時(shí)間內(nèi)即可形成大量的含油污水，這就要求接駁船舶不僅要有較強(qiáng)的抗風(fēng)浪能力，還要有較大的含油污水裝載能力。

目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電運(yùn)維船多為小型船舶，船長(zhǎng)為13.4～28m不等，抗風(fēng)浪性能基本都在25m/s以下風(fēng)速、2.5m以下有義波高，且均不具備大量含油污水接收功能，難以滿足接駁要求。如要實(shí)現(xiàn)含油污水的及時(shí)接駁，需租用裝載能力強(qiáng)、抗風(fēng)浪性能好的海工供應(yīng)船（OSV）。目前市場(chǎng)上OSV的租金約3.5萬(wàn)元/天，相比小型運(yùn)維船0.55萬(wàn)元/天的租金來(lái)說(shuō)，費(fèi)用較高，無(wú)形中增加了風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維成本。再加上如遇極端天氣，雨量較大，若接駁不及時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)透氣管溢油或爆艙污染海洋的事故（因目前升壓站事故油罐容積未考慮雨量的影響）。為降低污染風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)形之中又要增加OSV的租用頻率，造成運(yùn)維成本劇增。同時(shí)，OSV接駁的油污水需運(yùn)至碼頭進(jìn)行陸上回收處理，并支付相應(yīng)的處理費(fèi)用。若對(duì)散熱器區(qū)域的雨水進(jìn)行全部搜集，則油污水體量較大，需支付的處理費(fèi)用也較高。

海上設(shè)施含油污水達(dá)標(biāo)排放設(shè)計(jì)方案及其合理性分析

通過(guò)上文分析可知，對(duì)于現(xiàn)有海上升壓站事故油罐及相關(guān)給排水設(shè)計(jì)方案，其直排功能的設(shè)置—極端天氣雨水引發(fā)溢流直排或人為遠(yuǎn)程控制直排，發(fā)生海洋污染事故的風(fēng)險(xiǎn)較高，不符合國(guó)際嚴(yán)苛的海洋環(huán)境保護(hù)公約以及國(guó)內(nèi)相關(guān)法律、法規(guī)要求。而如能實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水進(jìn)入事故油罐總量的有效控制，則既能取得達(dá)標(biāo)排放的效果，又能降低雨天事故油罐溢流產(chǎn)生污染的風(fēng)險(xiǎn)和大型船舶的租賃頻次與租賃費(fèi)用，同時(shí)也可以減少油污水的處理總量和處理費(fèi)用。因此，如何實(shí)現(xiàn)有效的總量控制，將是海上風(fēng)電建設(shè)者，尤其是升壓站事故油罐及相關(guān)給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要面臨的問(wèn)題。

為恪守國(guó)際公約以及IMO各成員國(guó)頒布的海洋環(huán)境保護(hù)法規(guī)，實(shí)現(xiàn)海上設(shè)施含油污水的達(dá)標(biāo)排放，目前國(guó)際海上設(shè)施（包括船舶、移動(dòng)式鉆井平臺(tái)、固定平臺(tái)等）在設(shè)計(jì)時(shí)，必須設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)，杜絕超標(biāo)排放，各國(guó)海洋監(jiān)管部門認(rèn)可的解決方案如表1所示。

通過(guò)表1和圖2可知，目前各國(guó)為防止含油污水超標(biāo)排放，不允許海上設(shè)施設(shè)置含油污水的直排管路，確實(shí)需要排海的，按照上述解決方案，需在管路上設(shè)置排油監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由取樣管、油份檢測(cè)儀、控制箱、電動(dòng)三通閥、排放管組成，其工作原理為：含油污水排海前需經(jīng)過(guò)油份檢測(cè)儀檢測(cè)，判斷其含油濃度是否超出15ppm，并輸出相應(yīng)信號(hào)至控制箱，控制箱控制T型三通閥的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)則排海，超標(biāo)則泄放（泄放至油污水罐），露天甲板含油機(jī)械區(qū)域雨水的排放亦是如此。經(jīng)油份檢測(cè)儀檢測(cè)篩選后，最終儲(chǔ)存在油污水罐的含油污水均屬于超標(biāo)污水，通過(guò)通岸接頭與船舶連接進(jìn)行駁運(yùn)處理，并運(yùn)回岸上進(jìn)行集中處理。而達(dá)標(biāo)的水流（含雨水）則直接排海，有效地減少了油污水罐的接收量和駁運(yùn)船舶的駁運(yùn)量。

上述方案在海上設(shè)施設(shè)計(jì)、建造階段，以及后期運(yùn)行階段雖由各國(guó)海洋監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)可的法定檢驗(yàn)第三方—船級(jí)社負(fù)責(zé)監(jiān)督，各國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)監(jiān)管，但含油污水排放標(biāo)準(zhǔn)始終按含油量不得超過(guò)15ppm統(tǒng)一執(zhí)行。

將現(xiàn)有的海上升壓站事故油罐及相關(guān)給排水系統(tǒng)，與海上設(shè)施含油污水達(dá)標(biāo)排放成熟的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，不難看出后者的出發(fā)點(diǎn)與前者存在一定的共性：用于露天區(qū)域可能含油水流（含雨水）的搜集，防止油類流入海洋污染海洋環(huán)境。但后者較前者更趨于合理：（1）后者經(jīng)檢測(cè)排放的水流可完全滿足排放要求，而前者存在較大的不可控性（無(wú)法保證排放是否達(dá)標(biāo)）；（2）后者對(duì)雨水的處理更為理性，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)自動(dòng)排放，否則主動(dòng)搜集的功能，有效地降低了達(dá)標(biāo)雨水進(jìn)入罐體的可能性。如將兩個(gè)方案進(jìn)行有效結(jié)合，則能夠更好地解決海上升壓站事故油罐及相關(guān)給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨的總量控制難題。

結(jié)論

綜上分析，目前國(guó)內(nèi)海上升壓站事故油罐及相關(guān)給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中溢流直排和遠(yuǎn)程控制直排功能的設(shè)置缺乏有效的監(jiān)控，難以實(shí)現(xiàn)法律、法規(guī)及相關(guān)規(guī)范關(guān)于含油污水排放“其含油濃度不得超過(guò)15ppm”的要求，既存在違規(guī)排放污染海洋的風(fēng)險(xiǎn)，又有增加建設(shè)單位運(yùn)維工作量和運(yùn)維費(fèi)用的弊端。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)海上升壓站事故油罐及其相關(guān)給排水系統(tǒng)設(shè)置排油監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)真正的達(dá)標(biāo)排放，切實(shí)履行法律、法規(guī)的要求，還能通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)散熱器露天區(qū)域雨水達(dá)標(biāo)后自動(dòng)排海的功能，以此減少進(jìn)入事故油罐的雨水量，減少運(yùn)維人員清除殘油的工作量，降低含油污水的處理量和相關(guān)船舶的租賃費(fèi)用，維護(hù)海上風(fēng)電建設(shè)單位的利益。同時(shí)，設(shè)計(jì)事故油罐容積時(shí)，不僅要考慮變壓器冷卻油量和該區(qū)域消防水量，更要結(jié)合當(dāng)?shù)睾Ｓ驓v年降雨量、運(yùn)維船舶的可達(dá)性及其含油污水的接收能力，確定合理的容積，避免出現(xiàn)溢油或爆艙事故。