海上平臺含砂排放管液封改進(jìn)設(shè)計

杜志勝，徐錦錦，馬 超，張 發(fā)，劉富強(qiáng)

(1. 中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司工程設(shè)計研發(fā)中心，天津 300452；2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

海上平臺含砂排放管液封改進(jìn)設(shè)計

杜志勝1，徐錦錦2，馬 超1，張 發(fā)1，劉富強(qiáng)1

(1. 中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司工程設(shè)計研發(fā)中心，天津 300452；2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

排放系統(tǒng)是海上固定平臺最重要的系統(tǒng)之一。為防止可燃?xì)庠谂欧殴軆?nèi)串通，開式排放管均設(shè)有U型管液封裝置。由于含砂排放時常規(guī)U型管極易堵塞且難于清理，根據(jù)液封原理對海上平臺U型管液封進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，同時設(shè)計了新型Y型管液封，更適用于海上平臺含砂排放系統(tǒng)。新型Y型管液封裝置具有液封和沉砂兩個功能，可以有效監(jiān)測管內(nèi)沉砂情況，容砂量大，且易于清理。

海上平臺；排放系統(tǒng)；U型管液封裝置；Y型管液封裝置

0 引 言

海上平臺排放系統(tǒng)是保障海上油氣平臺安全生產(chǎn)必不可少的系統(tǒng)之一，主要功能是收集和處理來自生產(chǎn)設(shè)備正常和非正常狀態(tài)下排放的流體，同時也收集和處理甲板面上的雨水和含油污水。海上平臺的排放系統(tǒng)分為開式排放和閉式排放兩個系統(tǒng)[1]。開式排放系統(tǒng)主要收集平臺各處與大氣相通的水、污水和污油；閉式排放系統(tǒng)主要收集生產(chǎn)設(shè)備排放的帶壓氣液混合物和污油。

有關(guān)安全規(guī)范要求[2],應(yīng)設(shè)置必要的措施防止可燃?xì)膺M(jìn)入開式排放系統(tǒng)或從開式排放系統(tǒng)逸出。由于來自平臺各處的開式排放液體是依靠自身重力流入開排管線的，為了防止可燃?xì)馔ㄟ^排放管線互串或排放罐內(nèi)可燃?xì)膺M(jìn)入排放管線，排放管線一般采取液封的方式隔斷可燃?xì)庠谂欧殴軆?nèi)的流通。目前開式排放管均設(shè)有U型管液封裝置。但對于含砂排放，U型管極易堵塞且難于清理。針對這一問題，本文對海上平臺U型管液封進(jìn)行了改進(jìn)，并設(shè)計了兼具液封和沉砂功能的Y型管液封裝置。

1 排放系統(tǒng)液封簡介

1.1 液封原理及形式

液封的原理是利用一定高度的靜液柱壓力來抵抗系統(tǒng)內(nèi)氣壓的變化，防止氣體流通。排放管道液封常規(guī)的做法是在排放管上設(shè)計U型管[3]，液體排放時U型管內(nèi)存液，從而形成液柱以隔斷排放管內(nèi)U型管兩側(cè)氣體的互通。U型管通常由4個90°彎頭或彎管構(gòu)成。為了清理或掃線時能夠排盡U型管低點存液，在其低點設(shè)有放凈口[管徑1英寸(25.4 mm)]及放凈閥門。常規(guī)U型管形式如圖1所示。

圖1 常規(guī)U型管液封裝置Fig.1 Conventional U-tube liquid seal device

1.2 存在問題

對于排放含砂介質(zhì)的管線，由于流體依靠自重流入開式排放系統(tǒng)，且流速較低，故而常規(guī)U型管低點處極易沉積砂粒，造成U型管堵塞，導(dǎo)致排放管線功能失效，極易出現(xiàn)地漏溢流。另外由于U型管排放口管徑較小，在管線砂粒堆積后很難通過排放口將砂粒清出。常規(guī)U型管一旦發(fā)生堵塞，極難疏通，只能對管道采取機(jī)械切割的方式進(jìn)行清砂工作。

2 U型管液封改進(jìn)設(shè)計

U型管的改進(jìn)應(yīng)考慮：(1)如何避免管內(nèi)砂粒沉積從而造成堵塞；(2)一旦管內(nèi)堵塞后如何方便清理。因此，從兩方面著手進(jìn)行U型管液封的改進(jìn)設(shè)計。

(1) 增大排放口尺寸。

如圖2所示，為了消除排放口管徑對排砂的限制，將排放口管徑由1英寸增大至3英寸。在管內(nèi)沉砂較少時打開排放口關(guān)斷閘閥進(jìn)行疏通，可以有效避免U型管內(nèi)堵塞。關(guān)斷閥不能使用蝶閥，因為當(dāng)管內(nèi)砂粒沉積后蝶閥閥板無法旋轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致閥門無法打開。

圖2 增大排放口后的U型管液封裝置Fig.2 U-tube liquid seal device with enlarged pipe size of drain pipe

(2) 取消排放口，設(shè)置疏通盲端。

如圖3所示，將U型管下部彎頭換成三通，在三通口設(shè)置法蘭及盲法蘭。此改進(jìn)方法延緩了管內(nèi)發(fā)生堵塞的時間，堵塞后也易對管道進(jìn)行疏通。

圖3 帶疏通端的U型管封液裝置Fig.3 U-tube liquid seal device with dredging ends

兩種改進(jìn)方法都能有效緩解U型管堵塞問題，但是都無法監(jiān)測U型管內(nèi)沉砂程度，需定期進(jìn)行疏通。由于排放管線布置在每層甲板下且緊貼該層結(jié)構(gòu)梁，相對下層甲板高度較高，排放或疏通需要高空作業(yè)，人員操作時容易發(fā)生危險。

3 新型Y型管液封設(shè)計

U型管液封裝置即使經(jīng)過上述改進(jìn)也仍然存在問題，需要定期進(jìn)行清砂作業(yè)，增加了排放系統(tǒng)安全管理及作業(yè)的難度。為此，需設(shè)計新型的液封裝置以達(dá)到理想的液封及防堵塞效果。

3.1 新型Y型管形式

新型Y型管相比U型管液封進(jìn)行了重大改進(jìn)。新型Y型管仍然利用了U型管液封原理，但是改變了U型管液封的結(jié)構(gòu)形式。新型Y型管的形式如圖4所示。

圖4 新型Y型管液封裝置Fig.4 Y-tube liquid seal device

新型Y型管取消了U型管的排放口，同時將其中一個彎頭換成等徑三通，并在該三通后設(shè)計了關(guān)斷閥門、一定長度的直管段、液相檢測口及固體排放口。

3.2 新型Y型管使用方法

新型Y型管關(guān)斷閘閥處于開啟狀態(tài)，排放介質(zhì)中的砂粒會逐漸沉積在關(guān)斷閘閥至固相排放口間的直管段內(nèi)。通過打開液相檢測口觀察檢測口是否能順利流出液體判斷新型Y型管內(nèi)沉砂程度。當(dāng)檢測口無法流出液體時，可以判斷該直管段內(nèi)已充滿砂粒，需進(jìn)行清砂作業(yè)。此時關(guān)閉關(guān)斷閘閥，打開固相排放口進(jìn)行清理，也可直接將該堵塞的直管段拆卸下來進(jìn)行清理。

3.3 新型Y型管優(yōu)點

改進(jìn)后的Y型管有以下優(yōu)點：

(1) 具有液封和沉砂兩個功能；

(2) 可以有效監(jiān)測管內(nèi)沉砂情況；

(3) 沉積段沉砂也不會造成管道堵塞；

(4) 將沉積段由水平段改進(jìn)為豎直段，容砂量大；

(5) 液封結(jié)構(gòu)更為緊湊，長度更短；

(6) 增加了隔斷閥，當(dāng)進(jìn)行疏通時不影響排放管使用；

(7) 設(shè)計了拆卸短節(jié)，可將砂粒沉積段管線直接拆除疏通，非常方便；

(8) 無高空作業(yè)，操作安全。

3.4 新型Y型管的實際應(yīng)用

(1) 用于鉆修機(jī)及配置鉆修機(jī)設(shè)施平臺的開式排放系統(tǒng)。

鉆修機(jī)及配置鉆修機(jī)設(shè)施平臺由于存在鉆井或修井作業(yè)，進(jìn)入開式排放系統(tǒng)的流體會帶有少量泥漿。開式排放系統(tǒng)需采用防砂液封。墾利10-1油田WHPA/B等多臺模塊鉆機(jī)的開式排放系統(tǒng)已采用了新型Y型管液封。

圖5為新型Y型管的現(xiàn)場應(yīng)用，綜合考慮裝置的經(jīng)濟(jì)性及實際操作要求，現(xiàn)場應(yīng)用時取消了關(guān)斷閘閥。

圖5 墾利10-1油田WHPA/B模塊鉆機(jī)新型Y型管液封Fig.5 Application of Y-tube liquid seal device to KL 10-1 WHPA/B drilling rig

(2) 用于井口采油樹裝置的閉式排放管線。

渤海油田油井生產(chǎn)出砂嚴(yán)重[4-5]，采油樹裝置泄放至閉排系統(tǒng)的含砂原油由于流速降低，會逐漸在管內(nèi)低點沉積，堵塞閉排管線。綏中36-1油田某平臺在采油樹閉式排放管線上也采用了新型Y型管設(shè)計，其目的并非作為液封使用，而是為了避免閉排管堵塞及清砂，取得了很好的效果。

4 結(jié) 語

(1) 對于含砂排放系統(tǒng)，常規(guī)U型管液封存在易堵塞、難疏通等問題，極易出現(xiàn)地漏溢流，造成排放污染或危險，需對其進(jìn)行改進(jìn)。

(2) 從如何避免管內(nèi)砂粒沉積以及管內(nèi)堵塞后如何清理兩個方面考慮，U型管可進(jìn)行增大排放口尺寸及設(shè)置疏通盲端兩種改進(jìn)措施。改進(jìn)后的U型管液封能基本滿足現(xiàn)場作業(yè)要求，但無法檢測裝置內(nèi)部具體堵塞程度，需定期對裝置進(jìn)行疏通，工作量較大。

(3) 改進(jìn)后的新型Y型管液封具備液封和沉砂兩個功能，可以有效監(jiān)測管內(nèi)沉砂情況，同時具有容砂量大、結(jié)構(gòu)緊湊、易于疏通及操作安全等優(yōu)點，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，非常適用于海上平臺含砂排放系統(tǒng)。

[1] 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.海上固定平臺安全規(guī)則[S].2000.

[2] American Petroleum Institute. API RP 500. Recommended practice for classification of locations for electrical installations at petroleum facilities classified as class I, Division 1 and Division 2[S]. 1997.

[3] 王利民，肖飛.集中式管道排液水封的設(shè)計與應(yīng)用[J].煤化工，2014(1)：25.

[4] 黃鑫.渤海稠油油田開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對措施[J].油氣田地面工程，2010,29(9)：76.

[5] 韓國慶，李相方，吳曉東，等.渤海稠油油田適度出砂生產(chǎn)可行性研究[J].鉆采工藝，2004，27(3)：29.

OptimizationofLiquidSealDeviceforDrainSystemsContainingSandonOffshorePlatforms

DU Zhi-sheng1, XU Jin-jin2, MA Chao1, ZHANG Fa1, LIU Fu-qiang1

(1.CNOOCEnerTechEquipmentTechnologyResearch&DesignCenter,Tianjin300452,China;2.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300461,China)

Drain system is one of the most important systems on offshore platforms. In order to prevent the turbulent flow of combustible gas which comes from different regions, U-tube liquid seal device is often used in open drain pipes. When the drain system contains sand, the U-tube will get clogged frequently and is difficult to clean. To solve this problem, the optimization of U-tube liquid seal device is performed according to the principle of liquid seal. Moreover, a new Y-tube liquid seal device is designed, which is more suitable for drain systems which contain sand on offshore platforms. The Y-tube liquid seal device, with the function of sealing and settling, can easily be cleaned, and provides more advantages than U-tube liquid seal device.

offshore platform; drain system; U-tube liquid seal device; Y-tube liquid seal device

TE542；TE545

A

2095-7297(2015)02-0124-04

2015-03-27

杜志勝(1982—)，男，工程師，主要從事海洋工程設(shè)計工作。