張力腿平臺壓載系統(tǒng)臨時(shí)設(shè)施的處置方案研究

張永發(fā)，云月勝

（海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)院，天津300451）

引言

隨著海上油氣田的開發(fā)逐漸向深海推進(jìn)，張力腿平臺（TLP）憑借其優(yōu)異的深水適應(yīng)性，已經(jīng)成為深水油氣田開發(fā)的主要型式之一。張力腿平臺是指通過張力腿系統(tǒng)固定在海底的浮式海洋平臺，包括浮筒 、立柱、立柱上部的上部甲板或者桁架式上部組塊以及與海底相連的張力腿系統(tǒng)[1]，見圖1所示。

圖1 張力腿平臺（TLP）示意圖[1]

500m水深油田生產(chǎn)裝備TLP自主研發(fā)課題主要是以南海某兩區(qū)塊油田數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)兩座TLP。由于TLP安裝時(shí)需要在短時(shí)間內(nèi)注入、排出大量壓載水，其調(diào)載總量和調(diào)載速率遠(yuǎn)大于在位期間各工況，故在下浮體 內(nèi)設(shè)有臨時(shí)壓載艙，并設(shè)置臨時(shí)壓、排載設(shè)施[2]。本文針對TLP壓載系統(tǒng)臨時(shí)設(shè)施的處置方案進(jìn)行研究，包括系統(tǒng)的整體配置、設(shè)備的采辦及租用方式、臨時(shí)設(shè)施的拆除方案等。

1 TLP壓載系統(tǒng)及供配電方案介紹

1.1 TLP壓載系統(tǒng)

由于兩座TLP下浮體的主尺度接近、分艙和總體布置情況一致，故兩平臺壓載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、管徑大小、設(shè)備參數(shù)完全相同。

以其中一座TLP為例，壓載系統(tǒng)的主要設(shè)備和管路均布置在下浮體。如圖2所示，各立柱內(nèi)的壓載主管與下浮體底部的壓載主環(huán)管相連接。TLP海水系統(tǒng)的3臺海水提升泵兼做壓載泵，自海水總管引一支路通至壓載主環(huán)管，作為壓載水的注入管。為滿足TLP安裝時(shí)的壓載能力要求，又將上部模塊的消防管系與壓載水注入管相連，用于臨時(shí)壓載。

圖2 TLP壓載管系圖

各立柱內(nèi)壓載管系布置基本一致，以NE立柱為例，如圖3所示。各壓載艙（包括永久壓載艙和臨時(shí)壓載艙）的壓載支管連接至該立柱內(nèi)的壓載主管，3臺排載泵的吸入口與壓載主管相連，泵出口的排載管路沿立柱上行，通至舷外的排載護(hù)管。

圖3 立柱內(nèi)壓排載管系圖

TLP共設(shè)置12臺排載泵，包括4臺永久泵和8臺臨時(shí)泵，其中臨時(shí)排載泵用于平臺安裝期間的輔助排載。上述排載泵的布置如圖4所示，在NW、SW立柱內(nèi)各設(shè)置3臺臨時(shí)排載泵，在NE、SE立柱內(nèi)各設(shè)置2臺永久排載泵和1臺臨時(shí)排載泵。

圖4 立柱底部泵艙布置圖

1.2 供配電方案

根據(jù)不同工況下壓、排載泵的投用數(shù)量，其供電負(fù)荷及供電電源也有所不同。TLP在位期間，壓載泵2用1備，排載泵2用2備；TLP安裝期間，3臺壓載泵和1臺消防泵運(yùn)行、另1臺消防泵備用，排載泵10用2備，壓、排載作業(yè)不同時(shí)進(jìn)行。供電電源分別取自400V常規(guī)主電、應(yīng)急電和臨時(shí)電，電源分別源自海纜/Essential發(fā)電機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)和臨時(shí)發(fā)電機(jī)，消防泵為柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。基本的供電原則為：

（1）TLP在位期間

正常情況下：壓載泵和NE、SE立柱的永久排載泵由源自海纜經(jīng)由船體低壓盤的400V電源供電。

海纜失電時(shí)：壓載泵和NE、SE立柱的永久排載泵由源自Essential發(fā)電機(jī)的400V電源供電。

應(yīng)急工況下：壓載泵和NE、SE立柱的永久排載泵由源自應(yīng)急發(fā)電機(jī)的400V電源供電。

（2）TLP安裝期間

此時(shí)海纜還不能向TLP正常供電，供配電方案如圖5所示。

圖5 TLP安裝期間供配電方案

① 壓載作業(yè)

正常情況下：MCCB01、MCCB02閉合，MCCB03斷開，3臺壓載泵由Essential發(fā)電機(jī)供電。

Essential發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)：MCCB01斷開，MCCB02和MCCB03閉合，應(yīng)急發(fā)電機(jī)可繼續(xù)為3臺壓載泵供電。

② 排載作業(yè)

正常情況下：MCCB01、MCCB04閉合，MCCB02、MCCB03、MCCB05斷開，NE、SE立柱的永久排載泵和臨時(shí)排載泵由Essential發(fā)電機(jī)供電，NW、SW立柱的臨時(shí)排載泵由一臺臨時(shí)發(fā)電機(jī)供電。

Essential發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)：MCCB01斷開，MCCB02和MCCB03閉合，應(yīng)急發(fā)電機(jī)可繼續(xù)為NE、SE立柱的永久排載泵和臨時(shí)排載泵供電。

臨時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)：MCCB04斷開，MCCB05閉合，另一臺臨時(shí)發(fā)電機(jī)可保證NW、SW立柱的臨時(shí)排載泵不間斷供電。

應(yīng)急發(fā)電機(jī)所在母排的2臺永久排載泵作為備用泵。在排載過程中，其它任何1臺或2臺排載泵發(fā)生故障時(shí)，都可通過切換負(fù)荷保證10臺排載泵的供電需求。

TLP壓載控制站位于上部模塊的中控室，壓載控制系統(tǒng)（BCS）包括液位遙測和閥門遙控兩個(gè)子系統(tǒng)。永久壓載艙、臨時(shí)壓載艙和空艙均安裝液位遙測裝置；永久壓排載管系采用遙控蝶閥，對于臨時(shí)壓排載管系，除臨時(shí)壓載艙的壓載支管上采用遙控蝶閥外，其余均采用手動(dòng)閥門。系統(tǒng)中輸送壓載的遙控閥設(shè)計(jì)為失效關(guān)閉[3] 。在壓載控制站設(shè)置對壓載泵（即海水提升泵）、永久排載泵和臨時(shí)排載泵的遠(yuǎn)程控制及狀態(tài)顯示功能。

2 臨時(shí)設(shè)施采辦/租用方案

兩座TLP各需要4臺永久排載泵和8臺臨時(shí)排載泵，均為帶自吸裝置的立式離心泵。上述排載泵共需采辦16臺，將其中12臺排載泵（4臺永久排載泵、8臺臨時(shí)排載泵）安裝、就位于先行建造的TLP上，待該平臺安裝完畢后，拆除其內(nèi)8臺臨時(shí)排載泵，運(yùn)抵建造場地，同余下的4臺排載泵一并安裝于第二座TLP上。待第二座平臺安裝完畢后，拆下的8臺臨時(shí)排載泵將作為備用泵分別儲存在兩座平臺上。

臨時(shí)壓排載管系主要包括：

（1）上部模塊消防管路與壓載水注入管的臨時(shí)連接

該部分管線位于NW立柱頂部，分為兩路，一路來自消防主環(huán)管，另一路來自消防泵出口，每一路上均設(shè)有PCV閥、手動(dòng)蝶閥和PSV閥。

（2）臨時(shí)壓載艙的壓載支管及其匯集管

如圖6所示，TLP每個(gè)立柱內(nèi)有4個(gè)臨時(shí)壓載艙，相應(yīng)設(shè)置4路臨時(shí)壓載支管，每路臨時(shí)壓載支管均由1個(gè)電-液式遙控蝶閥控制。4路臨時(shí)壓載支管匯至臨時(shí)壓載匯集管上，該臨時(shí)壓載匯集管最終與其所在立柱的永久壓載主管相連。

圖6 臨時(shí)壓載艙的壓載支管及其匯集管

（3）臨時(shí)排載泵進(jìn)出口管線

共有8套臨時(shí)排載泵進(jìn)出口管線 ，其中NW和SW立柱內(nèi)各3套，NE和SE立柱內(nèi)各1套。臨時(shí)排載泵入口管線上設(shè)置有手動(dòng)蝶閥和壓力表，出口管線上設(shè)置有壓力表、單向閥和手動(dòng)蝶閥。

（4）臨時(shí)排載管線

在NW和SW立柱內(nèi)各有1路臨時(shí)排載管，其上設(shè)置有破真空閥。

上述臨時(shí)管線上的閥門可按一個(gè)平臺的需求量采辦，第一座TLP安裝完畢后，將繼續(xù)在第二座TLP上使用。對于兩座TLP的臨時(shí)壓排載管線，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，且每隔2～5米設(shè)置法蘭連接，除為適應(yīng)兩平臺下浮體尺度差別而單獨(dú)制作的少量調(diào)整管段外，應(yīng)使第一座TLP的絕大多數(shù)臨時(shí)管線可用于第二座TLP。所有臨時(shí)壓排載管線及手動(dòng)閥門使用完畢后考慮利庫，臨時(shí)壓載支管上的遙控蝶閥拆除后將作為備品分別儲存在兩座TLP上。

對于臨時(shí)供配電設(shè)施，需租用2臺臨時(shí)發(fā)電機(jī)和5屏低壓盤（2屏800×1000×2200進(jìn)線柜、3屏600×1000×2200 MCC柜），可先后在兩座TLP的建造、安裝過程中重復(fù)使用。

3 臨時(shí)設(shè)施布置安裝方案

建造過程中，需為布置在各立柱底部泵艙內(nèi)的臨時(shí)排載泵制作基座并焊接在下浮體結(jié)構(gòu)上，泵與底座間使用螺栓連接。

臨時(shí)壓排載管線應(yīng)采用分段制作，管線間采用法蘭連接，其與永久管路的連接處需配置盲法蘭，以備臨時(shí)管閥拆除后進(jìn)行管口封堵。

租用的2臺臨時(shí)發(fā)電機(jī)組（自帶燃油柜），單臺預(yù)估尺寸為9m×3m×3m，預(yù)計(jì)每臺重約30t。為便于機(jī)組吊裝和減少臨時(shí)電纜敷設(shè)長度，將2臺臨時(shí)發(fā)電機(jī)組布置于上部模塊主甲板西南側(cè)，如圖7所示。原位于此處的TOTE TANK和PAINTING ROOM可臨時(shí)布置在生活樓一側(cè)，待TLP安裝完畢且臨時(shí)發(fā)電機(jī)組移除后，將TOTE TANK和PAINTING ROOM復(fù)位。為便于臨時(shí)發(fā)電機(jī)組的安裝和拆卸，將采用臨時(shí)限位安裝。

圖7 上部模塊主甲板布置圖

臨時(shí)租用的5屏低壓盤布置于SW立柱頂下方的設(shè)備間內(nèi)，見圖8所示。每臺臨時(shí)排載泵需要2根3C×95動(dòng)力電纜，與其所在立柱的永久用電設(shè)備共用電纜托架。

圖8 立柱頂下方艙室布置圖

4 臨時(shí)設(shè)施拆除方案

臨時(shí)排載泵及其進(jìn)出口管線、閥門拆除后，通過泵艙頂部的滑道梁將其移至該處所內(nèi)的吊貨區(qū)，使用平臺吊機(jī)經(jīng)立柱頂部吊貨口將被拆除的泵、閥、管件吊離。由于臨時(shí)排載泵為立式離心泵，貫穿了泵艙內(nèi)的鋼格柵，故拆除泵后需將空缺的鋼格柵補(bǔ)齊。泵底座高度低于鋼格柵且焊接于船體結(jié)構(gòu)上，無需割除。

拆下的臨時(shí)壓載支管及臨時(shí)壓載匯集管可利用立柱頂下方設(shè)備間內(nèi)的滑道梁經(jīng)由豎井通道提升至該處吊貨區(qū)，進(jìn)而使用平臺吊機(jī)經(jīng)立柱頂部吊貨口將其吊離。臨時(shí)壓載支管的穿艙管段不拆除，使用盲法蘭自艙壁外側(cè)封堵。

對于臨時(shí)排載管線，位于立柱內(nèi)的部分可利用設(shè)備間的滑道梁經(jīng)由豎井通道提升至設(shè)備間吊貨區(qū)，再使用平臺吊機(jī)經(jīng)立柱頂部吊貨口將其吊離；位于立柱頂?shù)呐R時(shí)排載管線直接利用平臺吊機(jī)進(jìn)行吊離；位于舷外的排載護(hù)管不拆除。

來自消防系統(tǒng)的臨時(shí)壓載水注入管位于立柱頂部，拆除后可使用平臺吊機(jī)吊離。

如圖9所示，利用平臺南側(cè)吊機(jī)可將臨時(shí)發(fā)電機(jī)組吊離TLP。

圖9 平臺吊機(jī)工作范圍圖

位于SW立柱設(shè)備間的臨時(shí)低壓盤可利用本設(shè)備間內(nèi)的滑道梁將其先行運(yùn)至該處所吊貨區(qū)，再使用平臺南側(cè)吊機(jī)經(jīng)立柱頂部吊貨口吊離。臨時(shí)排載泵的供電電纜不必拆除，但其兩端需做好密封、絕緣處理。

中控壓載控制站應(yīng)分設(shè)臨時(shí)壓載工況與永久壓載工況兩個(gè)界面，在壓載系統(tǒng)臨時(shí)設(shè)施拆除后啟用永久壓載操作界面。另外，臨時(shí)壓載支管上的遙控閥和臨時(shí)排載泵拆除后，其對應(yīng)的電纜在現(xiàn)場端應(yīng)進(jìn)行固定、在中控接線柜端應(yīng)接在備用端子上，不得懸空。

5 結(jié)束語

本文介紹了TLP壓載系統(tǒng)的原理和相關(guān)設(shè)備配置，結(jié)合科研課題研究，針對兩座TLP壓載系統(tǒng)特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了壓載系統(tǒng)臨時(shí)設(shè)施的采辦、布置及拆除方案，最終提出了一套完整的TLP壓載系統(tǒng)臨時(shí)設(shè)施的處置辦法，對TLP相關(guān)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工有一定的指導(dǎo)意義。