海上無人平臺及其動設(shè)備設(shè)計探討

王 沙,郭明荃,張 強,初文山,張歆媛

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

在以人為本的大背景下，作為海洋平臺生產(chǎn)設(shè)施的無人平臺應(yīng)運而生。海上石油開采除了要求適應(yīng)惡劣的海況和海洋環(huán)境的要求，還必須滿足安全生產(chǎn)及保護(hù)海洋環(huán)境的要求，平臺要有完善的發(fā)電或供受電系統(tǒng)，有完善的生活和補給系統(tǒng)，因此平臺布置應(yīng)緊湊、自動化程度高，安全可靠性要求高。

1 無人平臺定義

無人平臺并非在任何工況下都沒有人員操作。無人平臺是相對有人平臺而言，正常生產(chǎn)時在一段時間內(nèi)沒有人員在平臺上生活和生產(chǎn)，平臺上的生產(chǎn)則需要人員通過儀控手段從周圍依托平臺或者終端，進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測和控制。無人平臺不需要在平臺上設(shè)置生活樓和生活補給系統(tǒng)，只有在平臺設(shè)施故障或者正常巡檢時，才會有人員定期登臺。

無人平臺需要設(shè)置一個登臺頻率，登臺頻率需要設(shè)計方與作業(yè)者共同討論得出，作業(yè)者應(yīng)定期人員登臺巡檢，設(shè)計方也會根據(jù)登臺頻率設(shè)計無人平臺的自持能力和特殊工況的應(yīng)急方案。登臺頻率一般為7 d、15 d或30 d[1]，具體視海域特點和操作者工作習(xí)慣而定。

因此，無人平臺的工藝系統(tǒng)要求簡化、自動、可靠。通常根據(jù)不同平臺特點設(shè)置油氣處理系統(tǒng)、外輸系統(tǒng)、化學(xué)藥劑系統(tǒng)、開排系統(tǒng)、閉排系統(tǒng)等，有些平臺可能會根據(jù)需要設(shè)置火炬系統(tǒng)、生產(chǎn)水處理系統(tǒng)、注水系統(tǒng)等，比如淡水系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)、柴油系統(tǒng)、海水系統(tǒng)、公用儀表風(fēng)系統(tǒng)等則根據(jù)需要，盡量簡化或取消。

2 無人平臺的基本原則

無人平臺首先應(yīng)滿足安全可靠，即簡化優(yōu)化工藝流程，減少設(shè)備數(shù)量，提高設(shè)備的可靠和穩(wěn)定性。經(jīng)過比選選取自動化和智能化程度較高的儀表和設(shè)備，盡可能減少因為設(shè)備和閥門故障導(dǎo)致的生產(chǎn)關(guān)停[2]。

無人平臺關(guān)鍵位置的溫度、壓力和液位等信號均需要實現(xiàn)遠(yuǎn)傳功能，海管入口和出口、分離器罐體上的壓力信號如有必要，建議增設(shè)3選2執(zhí)行機構(gòu)[3]，提高監(jiān)測準(zhǔn)確率，避免因為儀表誤報而導(dǎo)致的平臺生產(chǎn)頻繁關(guān)停。同時無人平臺需要擴(kuò)大視頻監(jiān)控范圍，實現(xiàn)生產(chǎn)操作可視化，完全遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。針對主油氣設(shè)備，平臺動設(shè)備，以及有泄漏風(fēng)險等位置，需要單獨設(shè)置高級的視頻監(jiān)測設(shè)備。

機械設(shè)備方面，盡可能選取可靠性，維保周期長的設(shè)備和設(shè)置，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施實現(xiàn)故障診斷。文章將對關(guān)鍵位置動設(shè)備需要實現(xiàn)可靠地遠(yuǎn)程啟動功能，詳細(xì)動設(shè)備的設(shè)計探討進(jìn)行討論。

提高平臺與外界的溝通便捷程度，保證通信寬帶的可靠性，優(yōu)先推薦采用光纖通信，盡量減少微波等通訊方式。

由于平臺簡化流程，海水系統(tǒng)如無必要可不設(shè)置，無人平臺可采用消防干式環(huán)網(wǎng)或經(jīng)過論證，取消消防環(huán)網(wǎng)。若平臺發(fā)生火災(zāi)，建議通過供給船或者?？康你@井船提供消防水源，平臺應(yīng)在合適的位置設(shè)置國際通岸接頭。

平臺登臨建議首選直升機登臨，其次采用登船平臺登臨。以避免海上天氣惡劣，出現(xiàn)依靠登船平臺無法登臨的情況。同時無人平臺應(yīng)做好反恐措施，比如設(shè)置防盜門，有效防止外部人員非法入侵。

無人平臺應(yīng)該遵守國家海洋環(huán)境保護(hù)法的要求，減少環(huán)境影響，避免環(huán)境污染。

3 無人平臺動設(shè)備分類及設(shè)計

無人平臺的動設(shè)備主要包括泵、壓縮機、風(fēng)機等，其中采用最多的為各種類型的泵，由于平臺的動設(shè)備一般要求遠(yuǎn)程關(guān)不具備遠(yuǎn)程啟功能，為適應(yīng)無人平臺需求，動設(shè)備也需要盡可能實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動功能，但是對動設(shè)備的安全可靠和自動化要求更高些。

3.1 開排泵

開排泵的用途是將開排罐內(nèi)的液體打入閉排罐，防止開排罐內(nèi)液體冒罐。開排泵的介質(zhì)通常為帶油開排液體，以水居多，含油較少。因此開排泵的選型通常為單級離心泵。

開排泵需要通過現(xiàn)場MCC控制，具有現(xiàn)場運行和停止指示燈，現(xiàn)場手動啟停開關(guān)。中控需要實現(xiàn)對泵的運行和停止?fàn)顟B(tài)顯示，遠(yuǎn)程手動啟?？刂?。

開排泵通常為兩臺，可以設(shè)置為一用一備，也可以設(shè)置成LEAD/LAG模式[4]。若是設(shè)置成一用一備，則開排泵的進(jìn)出口閥門均需設(shè)置成具有遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉的電動或液動閥門，閥門成本會增加。建議開排泵的進(jìn)出口設(shè)置成LEAD/LAG控制模式，則開排泵進(jìn)出口閥門可以設(shè)置為手動閥門，泵由開排罐的液位控制啟停。

開排泵可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程無人化。

3.2 閉排泵

閉排泵的用途是將閉排罐內(nèi)的液體打入分離器或外輸海管，防止閉排罐液位過高導(dǎo)致生產(chǎn)關(guān)斷。閉排泵輸送的介質(zhì)為含油水，油的含量較開排液體增多，閉排泵的選型統(tǒng)稱為單級離心泵，也有的項目選取的是往復(fù)泵。

閉排泵需要通過現(xiàn)場MCC控制，具有現(xiàn)場運行和停止指示燈，現(xiàn)場手動啟停開關(guān)。中控需要實現(xiàn)對泵的運行和停止?fàn)顟B(tài)顯示，遠(yuǎn)程手動啟?？刂?。

閉排泵通常為兩臺，可以設(shè)置為一用一備，也可以設(shè)置成LEAD/LAG模式，閉排泵的流量通常與開排泵的排量保持一致。閉排泵同理開排泵，若是設(shè)置成一用一備，則閉排泵的進(jìn)出口閥門均需設(shè)置成具有遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉的電動或液動閥門，閥門成本會增加。建議閉排泵的進(jìn)出口設(shè)置成LEAD/LAG控制模式，則閉排泵進(jìn)出口閥門可以設(shè)置為手動閥門，泵由閉排罐的液位控制啟停。

閉排泵可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程無人化。

3.3 化學(xué)藥劑注入泵

化學(xué)藥劑注入泵是需要將化學(xué)藥劑從化學(xué)藥劑儲罐泵入下游注入點，實現(xiàn)藥劑的作用。化學(xué)藥劑泵通暢設(shè)置為一用一備，選型多采用隔膜泵，屬于往復(fù)泵的一種。

根據(jù)規(guī)范API RP 14C，化學(xué)藥劑泵出口應(yīng)設(shè)置安全閥PSV，如果下游堵塞泵出口會出現(xiàn)高壓，安全閥PSV會自動打開，將超壓流體泄放至泵入口或者化學(xué)藥劑儲罐，從而對泵體和管線進(jìn)行保護(hù)[5]。

化學(xué)藥劑注入泵需要通過現(xiàn)場MCC控制，具有現(xiàn)場運行和停止指示燈，現(xiàn)場手動啟停開關(guān)。中控需要實現(xiàn)對泵的運行和停止?fàn)顟B(tài)顯示，遠(yuǎn)程手動啟停控制。

化學(xué)藥劑注入泵可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停，正常工作時一臺泵出于連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，另一臺泵中充滿藥劑，處于熱備狀態(tài)。若是需要更換藥劑泵，則只需要遠(yuǎn)程控制啟動備用泵。

化學(xué)藥劑泵可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程無人化。

3.4 火炬分液泵

火炬分液泵的用途是將火炬分液罐內(nèi)的液體打入閉排罐，防止火炬分液罐液位過高導(dǎo)致生產(chǎn)關(guān)斷。火炬分液泵輸送的介質(zhì)為輕烴凝析油，油的含量較多，火炬分液泵的選型通常為離心泵。

火炬分液泵需要通過現(xiàn)場MCC控制，具有現(xiàn)場運行和停止指示燈，現(xiàn)場手動啟停開關(guān)。中控需要實現(xiàn)對泵的運行和停止?fàn)顟B(tài)顯示，遠(yuǎn)程手動啟?？刂啤?/p>

火炬分液泵通常為兩臺，可以設(shè)置為一用一備，也可以設(shè)置成LEAD/LAG模式。火炬分液泵同理開排泵，若是設(shè)置成一用一備，則閉排泵的進(jìn)出口閥門均需設(shè)置成具有遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉的電動或液動閥門，閥門成本會增加。建議火炬分液泵的進(jìn)出口設(shè)置成LEAD/LAG控制模式，則火炬分液泵進(jìn)出口閥門可以設(shè)置為手動閥門，泵由火炬分液罐的液位控制啟停。

火炬分液泵可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程無人化。

3.5 其它泵

海水泵、淡水泵、可飲用水泵、熱水泵需要根據(jù)平臺需求判斷是否設(shè)置，一般簡易化無人井口平臺不設(shè)置此四種泵。

4 結(jié)論

無人化設(shè)計，尤其是無人平臺的動設(shè)備設(shè)計，更應(yīng)該遵循安全可靠的原則，保證平臺在無人期間正常生產(chǎn)，減少故障停產(chǎn)，減少操維困難，減少安全隱患。同時，關(guān)于無人平臺的設(shè)計原則，更需要業(yè)主、作業(yè)方、設(shè)計者，以及廠家等多方共同討論制定，各方確認(rèn)并遵循。海上無人平臺作為未來平臺設(shè)計的一種趨勢，勢必會在更多海域有更亮眼的表現(xiàn)。