關(guān)于海洋工程裝備項(xiàng)目中的碳排放研究

石 海 牛建華 薄 浩 王舉田 劉 超

海洋石油工程（青島）有限公司 山東青島 266520

溫室氣體作為影響全球溫度的主要因素之一，已經(jīng)得到全世界的關(guān)注。聯(lián)合國(guó)1972 年開始組織環(huán)境問題的國(guó)際會(huì)議，1994 年3 月21 日《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》推出并產(chǎn)生法律約束力。2015 年12 月12 日，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》一致通過了《巴黎協(xié)定》，此協(xié)定最終目標(biāo)是在21 世紀(jì)末將全球氣溫上升控制在工業(yè)化前水平1.5℃以內(nèi)。中國(guó)政府要求，在“十四五”期間嚴(yán)格控制煤炭使用量增長(zhǎng)，并在“十五五”期間逐步減少。對(duì)于碳排放量總體而言，在2030 年力爭(zhēng)達(dá)到二氧化碳排放峰值，并爭(zhēng)取在2060 年達(dá)到碳中和的遠(yuǎn)景目標(biāo)。

海洋工程裝備的制作工作大部分為鋼結(jié)構(gòu)材料的加工，在原材料制造、切割、焊接等過程中均存在一定的二氧化碳排放。因此，如何管理好海洋裝備項(xiàng)目的建造、運(yùn)行階段[1]的碳排放工作，減少碳排放量，對(duì)于配合國(guó)家完成碳排放目標(biāo)具有重要意義。

1 建造階段

海洋工程裝備一般工期壓縮較多，存在一定程度上的“三同時(shí)”（設(shè)計(jì)、采辦、建造）。因此，在建造初期，項(xiàng)目的關(guān)鍵長(zhǎng)線設(shè)備到貨時(shí)間、施工圖紙、材料到貨狀態(tài)無法準(zhǔn)確到可以編制翔實(shí)可行的建造實(shí)施計(jì)劃，僅能從項(xiàng)目整體上規(guī)劃各專業(yè)的建造工作。隨著建造工作逐步推進(jìn)，圖紙、材料、人力等資源狀態(tài)逐步明朗，再將項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)行滾動(dòng)更新，優(yōu)化建造工作安排，將建造工作的計(jì)劃工作細(xì)化到五級(jí)計(jì)劃[2]，做到建造工作最優(yōu)解。從而盡可能減少由于資源沖突及管理效率導(dǎo)致的鋼結(jié)構(gòu)切割、焊接工作，從項(xiàng)目管理上整體減少碳排放。

1.1 結(jié)構(gòu)專業(yè)

鋼結(jié)構(gòu)加工制造過程中涉及切割（高溫切割，工業(yè)混合燃?xì)?、天然氣等燃料氣體燃燒排放）、焊接（二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接）等操作。海洋裝備中的結(jié)構(gòu)專業(yè)主要發(fā)揮的是支撐作用，實(shí)現(xiàn)各種功能的機(jī)械設(shè)備、工藝管線、電力/控制/ 通訊設(shè)備設(shè)施的支撐物。例如，常規(guī)海洋工程裝備中有水下支撐結(jié)構(gòu)的石油開采平臺(tái)及靠海洋浮力漂浮的FPSO 等，均需要結(jié)構(gòu)專業(yè)的鋼板、H 型鋼、角鋼等鋼材搭建可以容納、支撐其他設(shè)備設(shè)施的構(gòu)造物，將各組件整合成為一個(gè)整體，比較可靠的連接形式就是焊接。

在結(jié)構(gòu)專業(yè)建造施工中，涉及碳排放量較大的主要為鋼板、H 型鋼及甲板板切割、組對(duì)、焊接完成的結(jié)構(gòu)片的預(yù)制工作；甲板片與不同甲板層支架支撐的立柱與拉筋之間的切割、組對(duì)、焊接工作；甲板層之間的房間墻皮及結(jié)構(gòu)附屬附件的切割、組對(duì)、焊接工作；平臺(tái)管線可燃?xì)怏w燃燒或者放空的火炬臂或者放空塔相關(guān)的切割、組對(duì)、焊接工作；平臺(tái)擋風(fēng)用的擋風(fēng)鋼結(jié)構(gòu)體切割、組對(duì)、焊接工作；部分水下支撐結(jié)構(gòu)的大型卷管、拉筋、加強(qiáng)筋板、防沉板和裙裝套筒等結(jié)構(gòu)物的切割、組對(duì)、焊接工作。

1.2 機(jī)械專業(yè)

機(jī)械安全設(shè)備的安裝過程中涉及設(shè)備底座與主體結(jié)構(gòu)之間的連接切割、焊接工作。設(shè)備坐落在結(jié)構(gòu)物上，為了保持設(shè)備固定牢固，有兩種連接方式：第一種是現(xiàn)將設(shè)備底座通過焊接的方式與平臺(tái)之間進(jìn)行固定，再將設(shè)備與設(shè)備底座通過螺栓緊固；第二種是設(shè)備底端與接觸的結(jié)構(gòu)材料直接焊接在一起。在機(jī)械設(shè)備安裝期間，主要的碳排放工作存在于設(shè)備底座安裝時(shí)的切割、組對(duì)、焊接過程中。

1.3 配管專業(yè)

管線在海洋裝備的運(yùn)行過程中要實(shí)現(xiàn)流體、氣體的輸送等功能，包括高溫、腐蝕性的液體輸送。工作時(shí)，可能存在震動(dòng)、熱脹冷縮等變形。管線需要通過支撐附件將固定在與主體結(jié)構(gòu)之間的一定范圍內(nèi)，此過程需要附件安裝的切割、焊接工作；管線要一段一段拼接起來，此時(shí)需要對(duì)接焊口之間的切割、焊接工作。需要在結(jié)構(gòu)支撐物上安裝管支架、沖徑管等支撐次級(jí)結(jié)構(gòu)，再通過管鞋、抱卡、導(dǎo)向塊等固定裝置將管線固定在一定范圍內(nèi)。配管專業(yè)的碳排放工作主要存在于這些管支架等附屬結(jié)構(gòu)的切割、組對(duì)、焊接工作過程中。

1.4 電儀訊專業(yè)

電儀訊設(shè)備、電纜等支撐附件與主體結(jié)構(gòu)之間的連接需要切割、焊接工作。電儀訊專業(yè)主要是海洋裝備的動(dòng)力電力傳遞、控制 通訊信號(hào)傳遞、現(xiàn)場(chǎng)終端的燈具、電磁控制閥等功能實(shí)現(xiàn)等作用。這類材料、電儀設(shè)備與主體結(jié)構(gòu)之間需要通過支撐件等形式進(jìn)行固定。支架等次級(jí)結(jié)構(gòu)下端通過焊接等形式與主體結(jié)構(gòu)連接固定，上端通過螺栓等形式將電纜、小設(shè)備固定。此專業(yè)的碳排放工作主要體現(xiàn)在電儀訊支架等次級(jí)結(jié)構(gòu)的切割、組對(duì)、焊接工作過程中。

1.5 舾裝專業(yè)

舾裝專業(yè)主要涉及焊接附件與主體結(jié)構(gòu)之間的安裝焊接工作。舾裝專業(yè)主要體現(xiàn)在海洋裝備的人員、設(shè)備海上生存期間的生活所需，以及設(shè)備環(huán)境所需的房間內(nèi)生活裝飾。房間內(nèi)的門、窗、舾裝板、地面地板、天花板與主體結(jié)構(gòu)之間的固定工作通過支架等小型結(jié)構(gòu)物實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)專業(yè)上需要焊接舾裝專業(yè)的支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)上安裝保溫棉等保溫材料進(jìn)行保溫，然后安裝舾裝板等材料。此專業(yè)的碳排放工作主要體現(xiàn)在舾裝支架等次級(jí)結(jié)構(gòu)的切割、組對(duì)、焊接工作過程中。

1.6 通風(fēng)空調(diào)專業(yè)

生活工作所需通風(fēng)設(shè)備、風(fēng)管支撐附件與主體結(jié)構(gòu)之間的切割、焊接工作。通風(fēng)專業(yè)主要實(shí)現(xiàn)海洋裝備所需的房間內(nèi)外通風(fēng)、房間內(nèi)溫度控制。這涉及通風(fēng)風(fēng)閘、風(fēng)管、穿艙件、空調(diào)等均需要與主體結(jié)構(gòu)固定。相應(yīng)的通風(fēng)空調(diào)支架、底座等一端與主體結(jié)構(gòu)焊接固定，另外一端通過螺栓等連接形式與設(shè)備、風(fēng)管等相連接固定。此專業(yè)的碳排放工作主要體現(xiàn)在通風(fēng)空調(diào)支架等次級(jí)結(jié)構(gòu)的切割、組對(duì)、焊接過程中。

1.7 電力資源

建造過程中打磨機(jī)、焊機(jī)等設(shè)備設(shè)施運(yùn)行需要使用電力資源。在建造過程中，受工期、氣候條件等限制，需要連續(xù)作業(yè)，涉及照明輔助；在鋼結(jié)構(gòu)加工過程中，材料切割后需要電動(dòng)力的砂輪機(jī)進(jìn)行打磨，涉及焊機(jī)和焊接；在結(jié)構(gòu)件等連接焊接工作完成后，需要將結(jié)構(gòu)件表面打磨潔凈后涂敷保護(hù)涂層；管線試壓時(shí)需要打壓泵進(jìn)行管線壓力試驗(yàn)工作；還有部分使用電作為動(dòng)力的設(shè)備設(shè)施在項(xiàng)目建造期間為項(xiàng)目正常建造發(fā)揮著作用。

1.8 其他

此外，還涉及建造過程中的人員、物資運(yùn)輸所需常規(guī)及特種車輛燃料燃燒排放，以及健康安全管理設(shè)備配置方面滅火器等部分氣體的逸散排放。

對(duì)建造階段各專業(yè)的碳排放源進(jìn)行識(shí)別，詳見表1[3]。

表1 海洋裝備建造階段碳排放源識(shí)別表

2 調(diào)試階段

一座3000t 的采油平臺(tái)往往有上百臺(tái)設(shè)備、數(shù)十萬米電纜，因此調(diào)試工作量較為繁重。為了縮短調(diào)試所占整個(gè)項(xiàng)目周期的長(zhǎng)度、降低成本考慮（陸地調(diào)試成本底，海上調(diào)試成本高），會(huì)將調(diào)試分為預(yù)調(diào)試和調(diào)試階段[4]。在調(diào)試階段，按照各專業(yè)的功能區(qū)分為電力系統(tǒng)、油系統(tǒng)和水系統(tǒng)等不同功能的各組件。使平臺(tái)從成千上萬個(gè)小組件逐步運(yùn)轉(zhuǎn)起來，成為一個(gè)各系統(tǒng)功能順利運(yùn)行、協(xié)作發(fā)揮最終目標(biāo)的整體。此階段主要涉及碳排放管理的為設(shè)備調(diào)試所需的燃料燃燒、電能消耗。調(diào)試期間可以通過采用功率較低的臨時(shí)供電系統(tǒng)等方式來降低使用正式發(fā)電機(jī)所耗用的燃料油量[5]，降低燃料燃燒的碳排放量。

對(duì)于調(diào)試階段的碳排放源進(jìn)行識(shí)別，詳見表2。

表2 海洋裝備調(diào)試階段碳排放源識(shí)別表

3 運(yùn)行階段

（1）海洋裝備中的動(dòng)力中心，燃料燃燒發(fā)電或者使用外來電力供給裝備的各設(shè)備設(shè)施運(yùn)行過程中，涉及碳排放。在裝備運(yùn)行期間，在滿足裝備各設(shè)備設(shè)施運(yùn)行的前提下，使用最小消耗量的燃料消耗或者電力能源使用，可以將海洋裝備的此部分碳排放降到最低。

（2）海洋裝備與陸地之間需要進(jìn)行人員、物資、開采資源的運(yùn)輸，這就需要拖輪等進(jìn)行運(yùn)行，涉及移動(dòng)源燃燒排放。

（3）海洋裝備在運(yùn)行期間需要保障消防安全，因此對(duì)于部分消防設(shè)備設(shè)施也存在少量的逸散排放。

表3 為海洋裝備運(yùn)行期間的碳排放源識(shí)別表。

表3 運(yùn)行階段碳排放源識(shí)別表

4 結(jié)語

從海洋裝備項(xiàng)目的策劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行各階段的全壽命周期來看，項(xiàng)目的建造、調(diào)試、運(yùn)行階段對(duì)整個(gè)項(xiàng)目建造發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如果能夠在此階段對(duì)碳排放進(jìn)行較為完善的管理，可更有效地做好碳排放控制工作。