海上模塊鉆機人機工程設計改進探討

王鵬

摘? 要：近年來我國海洋石油工程建設領域飛速發(fā)展，陸續(xù)自主設計、建造、投產(chǎn)一批海洋平臺，使我國海洋平臺設計和建造能力得到極大提升，但各模塊布局及局部細節(jié)仍然需要優(yōu)化，基于人機工程的合理設計顯得尤為重要。文章從人機工程學角度結(jié)合現(xiàn)場工作經(jīng)驗提出海洋平臺模塊鉆機中現(xiàn)存在的有待優(yōu)化的案例，總結(jié)南海多個新建平臺人機設計所存在的問題，并進行分析，探討如何通過人機工程設計，使鉆機模塊設備最優(yōu)化、提高工作效率、操作者的舒適性和安全性。

關鍵詞：人機工程;平臺;模塊鉆機

中圖分類號：TH12? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0080-04

Abstract： In recent years， with the rapid development in the field of offshore oil engineering construction in China， a number of offshore platforms have been designed， built and put into production independently， which has greatly improved the design and construction capacity of China's offshore platforms， but the layout and local details of each module still need to be optimized. Reasonable design based on ergonomics is particularly important. From the point of view of ergonomics and based on on-site work experience， this paper points out the existing cases to be optimized in offshore platform modular drilling rigs， summarizes and analyzes the problems existing in ergonomic design of several newly built platforms in the South China Sea， and discusses how to optimize drilling rig module equipment， improve work efficiency， comfort and safety of operators through ergonomic design.

Keywords： ergonomics; platform; modular drilling rig

引言

海洋平臺在海洋石油開采過程中提供重要的保障，為操作人員提供便利的生活空間及操作空間。其中各個工位的結(jié)構合理性決定操作者的工作效率及安全，其布局結(jié)構的合理性可以有效的保障平臺的安全、有序運行。減少人員疲勞，提高操作安全性，進而消除安全隱患，減少安全事故的發(fā)生。

作者參與南海東部多個模塊鉆機的設計和建造工作，在對新建造的多個模塊鉆機進行鉆前檢驗和日常安全檢查的過程中，收集整理部分符合設計要求，但不滿足現(xiàn)場使用要求的設計問題，該類問題因為符合相關設計要求，因此在后期的整改過程中難以整改，而確實對現(xiàn)場操作者帶來一定的不便和安全隱患，因此有必要在新鉆機的設計中進行優(yōu)化，避免出現(xiàn)同類問題。解決安全隱患同時提高操作者工作效率，減少疲勞和不適，對模塊鉆機人機設計具有一定的參考借鑒意義。

1 甲板總體布局

1.1 普通鉆井模塊布局概述

平臺鉆井設備模塊和鉆井支持模塊放置固定平臺甲板上。鉆井設備模塊（DES）由井架、底座、絞車、天車、游車、大鉤、頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤、防噴器、司鉆房、振動篩、除砂泵和鉆臺設備等組成，主要實現(xiàn)鉆井作業(yè)時提升和旋轉(zhuǎn)功能的設備和結(jié)構。鉆井設備模塊應在上下底座縱向和橫向滑移，保證鉆機覆蓋所有井槽條件下，布置在平臺井槽區(qū)域，采用上、中、下三層布置。鉆井支持模塊（DSM）主要由柴油發(fā)電機組、燃油罐、空氣壓縮機及儲氣罐、電氣傳動控制系統(tǒng)、鉆井液池、鉆井泵及輔助設備、管子堆場、管線及電纜橋架等組成，為鉆機提供作業(yè)支持設備和結(jié)構。布置在DES模塊井架開口前方，宜與沿井架開口方向的井槽區(qū)中心線對稱布置，同樣采用上中下三層布置（見圖1）。

1.2 甲板布局不合理產(chǎn)生的風險

甲板面主要是擺放設備、工具貨物等，甲板面太小，這是從鉆井到生產(chǎn)方都在抱怨的問題，特別是在完井和批鉆作業(yè)時，現(xiàn)場需要使用的貨品也無法存放，即使生產(chǎn)把上下所有甲板面都讓給鉆井，還是無法滿足使用要求，只能冒險把吊籃放至工房上，或是疊起擺放，如圖2所示，鉆桿、集裝箱等擺放非常緊湊，存取貨物的時候，存在安全風險，容易造成人員擠壓。在平臺總體設計中，應當根據(jù)作業(yè)能力，詳細設計所需套管、集裝箱的布置場所，而不是根據(jù)總體布局的甲板面積劃定。

1.3 甲板布局問題

受DES和DSM模塊一層總面積的影響，在布局存在以下三點問題需關注：

（1）DES模塊平移至南側(cè)或北側(cè)邊緣井槽打井時，吊機使用將會受到限制（見圖3）。

（2）DES模塊第一層放置在固控單元處集裝箱，影響到北側(cè)踏梯處安全通道。

（3）臨時焊接區(qū)域設置在DSM模塊機修間安全通道，當焊接作業(yè)時將會阻礙安全通道，存在安全風險。

2 模塊鉆井區(qū)域問題分析

2.1 罐區(qū)到振動篩房的連接梯

罐區(qū)與振動篩房之間的連接需要經(jīng)過連接梯子，起到連通兩個工作區(qū)域的作用。但現(xiàn)場所設計的連接梯子不是完整防護的結(jié)構（如圖4所示），人員通過的時候有掉落的隱患，且移井架后的位置不同，與管線存在干涉，在3D模擬中模擬移井架后梯子的實際接口，并予以優(yōu)化改進（見表1）。

2.2 固井泵區(qū)域

移動甲板設計的固井泵擺放區(qū)域太小，導致固井泵放不下，只能放至靠近右舷逃生通道的位置，這樣導致連接管匯加長且占據(jù)大部分甲板區(qū)域，對于甲板面太小的鉆機平臺來說，嚴重影響貨物擺放，且集裝箱擺放存在壓壞管線的隱患。在甲板布局設計中，應根據(jù)作業(yè)能力設計固井泵區(qū)域。

2.3 鉆臺高壓管匯

鉆臺高壓管匯設置的閥門太高，超過2米，高位的兩個閥門操作特別不便，需要改到下部或加裝操作臺?；蛲ㄟ^管線優(yōu)化設計，降低閥門離地高度（見圖6）。

2.4 采油樹甲板區(qū)域

采油樹甲板無風動絞車，不便于操作，也增添安裝采油樹時操作風險。在新鉆機設計中，應考慮設計風動絞車（見圖7）。

2.5 BOP甲板

BOP下甲板距離35米井口大蓋板甲板的距離太小，不便于測SBT和鋼絲作業(yè)，增添操作風險和安全隱患。在新鉆機設計中，應通過3D建模設計，優(yōu)化BOP甲板高度（見圖8）。

2.6 散裝倉

散裝倉內(nèi)未設計排風扇或排風口，南海大部分都是熱天，溫度較高，倉內(nèi)加藥時粉塵彌漫，存在職業(yè)傷害的風險，且不利于人員視線操作，應考慮設計強制通風口（見圖9）。

3 結(jié)束語

我國海洋石油工業(yè)起步較晚，前期設施設計和建造的基本標準和設計思路參考國外，海上設施的設計現(xiàn)階段還處于起步和學習階段，主要考慮滿足相關法律法規(guī)要求，而相關國外標準是以外國人的人體參數(shù)制定，對中國人而言存在適用性較差的情況，因而對人機設計方面考慮較為欠缺，設計單位沒有專門的人機設計環(huán)節(jié)，新建平臺的人機工程問題也未及時反饋給設計單位，同時相關法律法規(guī)及標準對人機設計并沒有具體要求，導致在人機工程設計方面有所欠缺。在新鉆機設計過程中，應結(jié)合三維模型審查，進行人機工程設計審查，通過不斷的總結(jié)和實踐，優(yōu)化和提升模塊鉆機人機工程設計。

參考文獻：

[1]李波.人體工程學在海工項目電儀施工中的應用[J].石油和化工設備，2013，21（10）：34-36.

[2]王帥旗.船舶駕駛室布置人機工程設計及應用[D].哈爾濱工程大學，2012.

[3]陳建玲，孫勤江.海上平臺模塊鉆機司鉆控制系統(tǒng)優(yōu)化設計研究[J].自動化博覽，2017，92（6）：92-98.

[4]曾滿林，戴禮強，趙福全.基于人機工程的汽車設計方法[J].工業(yè)工程，2012，15（5）：55-59.

[5]李紅濤，張驎.人機工程在煤礦中的應用現(xiàn)狀及展望[J].礦山機械，2013，41（5）：1-4.

[6]岳吉祥.深水半潛式平臺鉆機系統(tǒng)選型與布局優(yōu)化研究[D].中國石油大學，2009.

[7]楊麗艷.淺談人機工程在機械設計中的應用[J].機械研究與應用，2010，22（6）：95-97.