某半潛式平臺壓載控制系統(tǒng)改造優(yōu)化設計

歐毅

摘? ? 要：半潛式鉆進平臺是海洋油氣資源開發(fā)的主要裝備，國內許多半潛式鉆井平臺已趨于老齡化，需要根據(jù)平臺實際情況和客戶要求進行升級改造。本文根據(jù)公司承接修理的某半潛式鉆井平臺改造項目，介紹壓載控制系統(tǒng)改造優(yōu)化設計情況。

關鍵詞：半潛式鉆井平臺;壓載控制系統(tǒng);設計優(yōu)化

中圖分類號：U663.31 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Retrofit Design and Optimization of Ballast Control System of

Semi-submersible Platform

OU Yi

（ YiuLian Dockyards（Shekou） Co.， Ltd.， Shenzhen 518054 ）

Abstract： Semi-submersible drilling platform is the main equipment for the development of offshore oil and gas resources， and the domestic semi-submersible drilling platform tends to be aging， it needs to be upgraded according to the actual situation and customer requirements. According to a semi-submersible drilling platform retrofit project undertaken by the company， this paper introduces the design for the optimization of the ballast control system.

Key words： Semi-submersible drilling platform; Ballast control system; Retrofit Design; Design optimization

1? ? ?前言

該平臺的壓載系統(tǒng)中，閥門遙控與液位監(jiān)測系統(tǒng)設備及組件老化嚴重，頻繁出現(xiàn)閥門卡阻、無法遙控、無法開關到位、報警等故障，經(jīng)船東反復論證，決定進船廠換新。

平臺進廠后，我們面臨著壓載系統(tǒng)密密麻麻的百余根多芯電纜如何拆除等諸多問題。為此，我們組織技術小組提前赴平臺勘驗，深入研究原船圖紙，現(xiàn)場摸查設備的狀態(tài)、具體位置、電纜走向，將需要改造的內容記錄清楚，將復用設備的接線明確到每個接線端子整理成冊，并督促船東要求設計公司將示意圖精確到施工圖，并與設計人員共同優(yōu)化系統(tǒng)圖、設備外形圖等。同時，給施工人員技術交底，明確了每個接線箱、每根電纜、每個端子的用途，從而將明確復用的設備、電纜精心做好記號并要求保護性拆除，廢棄的設備和電纜可直接進行破壞性拆除，這樣既節(jié)省時間也節(jié)約了大量人工成本，最終使壓載系統(tǒng)改造在啟動晚、時間趕、難度大的背景下得以順利完成。

2? ? ?項目實施

2.1? ?編寫技術協(xié)議

由于該平臺壓載系統(tǒng)改造項目船東啟動較晚，離平臺進船廠修理僅一個半月還未提供相關的技術協(xié)議和文件，同時我們對平臺原有系統(tǒng)、使用習慣、改造預期、重點難點、具體哪些設備可復用也不了解。針對此情況，為了保證平臺進廠改造的質量和降低成本，同時考慮今后平臺系統(tǒng)功能齊全、方便維護，我們安排設計人員提前介入，和船東一起共同編寫閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)技術協(xié)議，主要內容如下：

（1）電控柜顏色統(tǒng)一為灰白，面板采用深灰色。

（2）系統(tǒng)如果使用PLC，為方便平臺備件管理，建議使用西門子S7-1500;PLC應采用雙冗余，每臺都包括液位遙測和閥門遙控，任何一臺損壞均不影響使用，可互為備用;

（3）協(xié)議名稱雖為閥門遙控，但應注意其實還有液位遙測功能。

（4）系統(tǒng)圖：

① 系統(tǒng)閥控箱、采集箱、壓載控制臺之間的通訊采用雙冗余，任一位置通訊故障，均不影響使用;

② 為節(jié)省電纜、控制重量，左、右、中立柱應設置不銹鋼信號采集箱，安裝位置滿足規(guī)范要求。該采集箱至少能采集如下信號：泵艙的閥控、泵艙閥位置反饋;海水泵、壓載泵、鉆井水泵、燃油泵、淡水泵、浮子泵進出口壓力;4臺海水泵、4臺壓載泵軸承溫度;P2/S2立柱壓載艙液位;泵艙設備報警。如：防海生物電極公共報警、泵艙污水井高位報警、推進機艙污水井高位報警等;

③ 位于左、右、中立柱水線以上的閥控箱，也應有信號采集功能，且能夠收發(fā)如下信號：采集海水泵、壓載泵電流信號進行顯示;4臺海水泵、4臺壓載泵、2臺鉆井水泵、4臺燃油輸送泵、4臺淡水泵、2臺泵艙浮子泵、2臺推進機艙浮子泵起停控制及運行指示;

④ 壓載控制臺應能收發(fā)如下信號：消防控制箱的自動啟動海水泵、打開海水泵進出口閥的信號，并控制其自動開關。注意不能同時自動打開單側的兩臺海水泵（因海水總管受限）;P1/S1立柱壓載艙的液位;

⑤ 左、右泵艙潛水泵不由壓載系統(tǒng)控制，而由壓載控制臺上的起停按鈕盒控制;

⑥ 左、右2臺潛水泵和4臺浮子泵啟動時，對應的出口閥門應隨之打開，停泵時關閉各自對應閥門;

⑦ 鹽水泵起停及運行指示，均不在壓載系統(tǒng);

⑧ 系統(tǒng)電制為460 V 60 Hz/120 V 60 Hz。由于壓載系統(tǒng)所使用的應急電源只有120 V，不建議使用208 V;

（5）壓載顯示屏應至少顯示如下畫面：閥門、泵的開關狀態(tài)，其顯示建議采用四色，即開、關、正在開關、故障;管路的使用狀態(tài)，使用閥打開連通時綠色，不使用時灰色;按設備功能劃分多個界面：左、右泵艙壓載泵、閥、管及壓載艙液位、容積、噸位;左右鉆井水系統(tǒng)泵、閥、管及鉆井水艙液位、容積、噸位;左、右海水泵、管及進出口閥+泵艙及推進機艙浮子泵、管、閥;左、右泵艙燃油泵、閥、管及燃油艙液位、容積、噸位;左、右泵艙淡水泵、閥、管及淡水艙、日用水柜液位液位、容積、噸位;四角吃水液位顯示;壓載艙液位報警;4臺海水泵、4臺壓載泵電流和溫度;

（6）每臺壓載工控機、PLC、I/O模塊均應配置UPS，以避免平臺電網(wǎng)波動造成設備使用壽命降低;UPS報警應接入壓載系統(tǒng)PLC;

（7）壓載控制臺需配置但不限于如下設備：航行燈板;2臺潛水泵啟停帶運行按鈕盒;VMS交換機;4臺海水泵急停按鈕;PARGE PARTY電話;自動電話;參照原系統(tǒng)，在隱蔽位置設置海水泵、壓載泵越控開關;

（8）液壓單元報警應提供但不限于下列信號：每臺泵準備啟動;每臺泵運行;每臺電機故障;就地控制;低油位報警;低油壓報警;高油壓&高油溫報警;高油位報警;電機負荷;濾器堵塞報警;低低油位報警;液壓油壓力傳感器等。

2.2? ?整理復用設備及電纜成冊

我們與船東一起研究圖紙、現(xiàn)場摸排，明確了設備的具體位置、電纜走向與接線，出具了《項目改造相關復用電纜統(tǒng)計清單-閥門遙控與液位監(jiān)測部分》。經(jīng)統(tǒng)計，原壓載控制系統(tǒng)包括近20臺泵及其起動器、150余個閥門執(zhí)行器、約40個壓載艙液位計、40余個泵進出口壓力傳感器、4臺浮子泵各3個浮子信號等。現(xiàn)場信號經(jīng)40余個接線箱匯集后，通過約150根多芯電力電纜與壓載控制臺相連。

2.3? ?壓載控制系統(tǒng)圖紙優(yōu)化

2.3.1 壓載控制臺外形圖優(yōu)化

由于壓載控制臺較大，預制生活樓分段時需盡早采購提前進艙。原設計的控制臺桌面布滿電話、按鈕盒等設備，控制臺內也無大型UPS和工控機等需散熱設備，按設計習慣布置的設備及按鈕主次不分，門板無散熱孔，空間未有效利用。

因此，需對控制臺進行優(yōu)化配置和布置。根據(jù)船東要求：將平時基本不用的液壓泵站按鈕、指示燈等均集成在電腦組態(tài)畫面;而事關平臺安全的海水泵按鈕及指示燈，布置在控制臺中央顯眼易操作位置，并設置海水泵和壓載泵越控、急停旋鈕，用硬線直接接至起動器。當工控機、光纖通訊、起停按/旋鈕等故障時，仍可在壓載控制臺遙控起停，確保平臺安全;由于越控旋鈕平時不用，將其設置在控制臺側面隱蔽位置。經(jīng)和船東深入溝通，結合自動化技術的發(fā)展現(xiàn)狀，重新對控制臺進行設計更新優(yōu)化，確保功能滿足規(guī)范和使用要求，外形整體也簡潔明了。優(yōu)化后的壓載控制臺外形，如圖1所示。

2.3.2壓載控制系統(tǒng)圖優(yōu)化

壓載系統(tǒng)由于牽涉大量的閥門及泵類控制、液位遙測電纜及設備復用，施工難度大。由于設計院通常是按照全新系統(tǒng)、設備進行設計，對該平臺這種存在大量復用設備的項目改造流程及具體細節(jié)并不熟悉。如：圖紙沒有標注復用設備具體的安裝位置，電纜走向就沒法確定，難免出現(xiàn)復用電纜的長度不夠的情況，無法據(jù)圖施工;信號類型不明確，信號采集模塊也無法選型。

因此，我們根據(jù)與船東一起擬定的《項目改造相關復用電纜統(tǒng)計清單-閥門遙控與液位監(jiān)測部分》要求，并兼顧規(guī)范要求和現(xiàn)場實際勘驗情況，共同商定提出在左中、右中立柱水線以上分別設置一個集中液壓泵站和一個閥控箱兼信號采集箱。原船接入壓載控制臺的左、右、中、尾立柱及沉箱內的泵類、閥門控制信號及傳感器的電纜在水線以上位置截斷接入新加的采集箱，其它離生活樓較近的信號線直接接入生活樓內新的壓載控制臺;閥控箱具備閥門遙控功能，當壓載控制臺出現(xiàn)故障時，可通過閥控箱遙控閥門和立柱內的左、右分控站與壓載控制臺內的總站，通過雙冗余光纖通訊連接。優(yōu)化后的控制系統(tǒng)圖，如圖2所示。

2.4? ?壓載控制系統(tǒng)改造施工與調試

2.4.1改造施工

壓載控制系統(tǒng)改造由于復用設備、傳感器、電纜等較多，施工難度較新造困難得多，施工周期也非常的緊。施工中既要保證進度，又要確保在施工中保護復用設備和電纜不被損壞，因此對于施工人員的責任心要求更強，必須做好施工前充分的準備工作。

（1）施工前準備工作

按照復用清單要求，對所有施工領班和工人做好技術交底，指明施工方向;

（2）施工流程

為避免復用電纜及電氣設備損壞，施工前要對壓載系統(tǒng)復用清單進行現(xiàn)場檢查，理清復用設備及電纜實際情況判斷是否能用，并且做好相應清冊;對于確定能用的復用設備與電纜，在拆除前做好標記和防護;對于不需移位的復用設備和電纜，做好保護措施;

（3）施工關鍵節(jié)點

平臺壓載系統(tǒng)與其他消防系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)相連通，一旦開始拆除壓載系統(tǒng)，其他系統(tǒng)就會受到影響。為確保平臺安全，壓載系統(tǒng)務必在平臺靠碼頭錨鏈全部放完、平臺調平、與其他系統(tǒng)相連的隔離閥門關閉上鎖、頭道閥門和各壓載艙室閥門關閉上鎖后，再開始動工拆除;明確壓載艙室有水的水艙，避免漏水安全隱患，務必在進塢、艙室排水干凈后才能進行施工。因此，平臺靠碼頭、放錨鏈、系統(tǒng)閥門上鎖、進塢、艙室排水等關鍵節(jié)點應提前策劃，防止出錯而導致安全事故及工期延誤。

通過以上措施，可節(jié)約后期查線人工成本約25%，節(jié)約調試周期約20%，并且有利于控制工期，防止出錯而導致安全事故。

2.4.2 壓載控制系統(tǒng)調試

壓載控制系統(tǒng)調試比較繁瑣，調試前要做好相關的檢查工作：

（1）系統(tǒng)完工的外觀檢查報檢;

（2）系統(tǒng)接線對線報檢，保證整個系統(tǒng)的電源、控制、信號電纜接線正確;

（3）壓載控制系統(tǒng)調試的難點是壓載液位計調試，它涉及30多個液艙都需要進艙測量傳感器盲區(qū)高度，在確保傳感器測試無問題后，再封艙注水。

3? ? 壓載控制系統(tǒng)改造后的使用情況

新壓載控制系統(tǒng)改造完成交付使用后，其運行穩(wěn)定可靠、故障率低，徹底扭轉了以前平臺工程師頻繁處理壓載系統(tǒng)故障的局面?？刂婆_及其組態(tài)界面布局合理，操作方便，上手快，受到了船東好評。

新壓載控制臺外形，如圖3所示。

4? ? ?總結

本次壓載控制系統(tǒng)的改造，通過提前介入、充分和船東溝通、積極參與設計，保證了施工順暢;嚴格控制關鍵節(jié)點，高效、高質量、按期改造完成。粗略估算，不但為公司節(jié)省了成本幾十萬元，且大大降低了船東后期維護保養(yǎng)的投入，也積累了豐富的海工項目改造經(jīng)驗。

參考文獻

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