海洋石油平臺開式排放系統(tǒng)的設(shè)計

姜來舉 黨博 李治

摘 ?要：排放系統(tǒng)是保障海上油氣田平臺安全生產(chǎn)必不可少的系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)主要收集和處理甲板面上的雨水和含油污水以及來自生產(chǎn)設(shè)備正常和非正常狀態(tài)下排放的流體。開式排放系統(tǒng)不帶壓排放，需要根據(jù)排放液體的性質(zhì)（分為含油液體和非含油液體），以及排放液體所在的區(qū)域（按其所在區(qū)域分為非危險區(qū)液體和危險區(qū)液體排放）分層、分區(qū)域、分性質(zhì)單獨匯合收集于開式排放容器內(nèi)，以避免危險性介質(zhì)擴散至非危險區(qū)而帶來的安全隱患問題，同時開式排放系統(tǒng)還要考慮所在海域的降雨量，主導風向、平臺受雨面積等因素。綜合考慮之后，以確定開排系統(tǒng)的設(shè)計能力。

關(guān)鍵詞：海上油氣田平臺;排放系統(tǒng);開式排放系統(tǒng);受雨面積

中圖分類號：TP277 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）06-0005-02

1 ?開式排放系統(tǒng)的定義

海上石油平臺排放系統(tǒng)的作用是用來收集從容器、甲板以及撬塊底座的來液，并將其輸送到聚集容器進行處理。排放系統(tǒng)分為開式和閉式排放。

開式排放將液體從平臺甲板和撬塊底座開口依靠重力自流到處理設(shè)施，因其與大氣接通，依靠重力自流，故將其稱為開式排放系統(tǒng)。

2 ?開式排放的區(qū)域劃分及排放準則

2.1 ?排放源

進入開式排放系統(tǒng)的排放源分為非含油污水和含油污水，按照排放源所在平臺的區(qū)域又可將其分為四個區(qū)域：危險區(qū)的設(shè)備圍堰排放、危險區(qū)的甲板排放、非危險區(qū)的不含油設(shè)備圍堰和甲板排放、非危險區(qū)的含油設(shè)備圍堰排放。

開式排放系統(tǒng)是一個潛在的安全事故源，為了減少這種事故，對平臺的危險區(qū)和非危險區(qū)應分別安裝獨立的排放系統(tǒng)，而且為了防止處理設(shè)備內(nèi)收集的危險性氣體反竄至非危險區(qū)，需要在非危險區(qū)排放系統(tǒng)的配管增加水封來隔離，如圖1所示。

2.2 ?排放準則

考慮到環(huán)境保護及能源節(jié)約的問題，來自開排系統(tǒng)的來液不能直接排海，但是各區(qū)域及不同排放源的來液含油量又有所差異，故收集的開排來液的排放情況會有差異，根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗并結(jié)合現(xiàn)場操作反饋的信息，設(shè)計中遵循以下設(shè)計原則：

①危險區(qū)的設(shè)備圍堰排放來液一直進入開排罐。

②危險區(qū)的甲板排放來液，前15 min進入開排罐，15 min后切換至排海管線。

③非危險區(qū)的含油設(shè)備圍堰排放來液，前15 min進入開排罐，15 min后切換至排海管線。

④非危險區(qū)的不含油設(shè)備圍堰和甲板排放來液，前5 min進入開排罐，5 min后切換至排海管線。

以上排放準則適用于設(shè)置開排罐的平臺，如果平臺設(shè)置開排沉箱，則所有區(qū)域的來液統(tǒng)一進入開排沉箱中，而不設(shè)置去排海管線的切換閥，在開排沉箱中進行簡單的油水分離，沉箱上部的油層用開排泵泵送至閉排系統(tǒng)中，下部的水層隨洋流流至海中。

3 ?開排系統(tǒng)的計算

3.1 ?受雨面積的計算

受雨面積的計算是為了計算平臺開排罐的罐容，開排罐的規(guī)模必須能處理落在甲板上的最大水量，這可以是雨水或清洗水。在最低限度下，該系統(tǒng)應該設(shè)計成可以處理每小時兩英寸的降雨量，同時受雨面積還取決于平臺的形狀和所處的環(huán)境條件。如果沒有更準確的數(shù)據(jù)，飄雨的最大夾角可假設(shè)為45 ？觷，因此暴露在雨水中的中、下層面積可以用45 ？觷角進行計算。

為了平臺保守設(shè)計，考慮最大工況的降雨及受雨面積，根據(jù)以往經(jīng)驗，降雨量考慮為一年一遇最大小時降雨量;降雨方向考慮從平臺各角點正45 ？觷方位飄到平臺，這時平臺中、下層受雨面積最大，受雨面積如圖2所示。

根據(jù)圖2可知：

綠色陰影處面積：

S1=0.707H×（W-0.707H）+1/2×（0.707H）2

黃色陰影處面積：

S2=0.707H×（L-0.707H）+1/2×（0.707H）2

按照上述方法，核算從四個角點方向打到平臺甲板的面積，并從中找出一個最大值;根據(jù)受雨面積并結(jié)合安全專業(yè)的危險區(qū)劃分圖，就可以計算出危險區(qū)的設(shè)備圍堰排放、危險區(qū)的甲板排放、非危險區(qū)的不含油設(shè)備圍堰和甲板排放、非危險區(qū)的含油設(shè)備圍堰排放各區(qū)域的來液量。

3.2 ?開排管匯的計算

3.2.1 ?管匯計算依據(jù)

①在開式排放系統(tǒng)中，液體的流速必須在3～7英尺/s之間（通常我們?nèi)? m/s），以保證沙子和其他固體被沖洗出管線。

②開式排放系統(tǒng)是靠重力自流，為了達到海上排污系統(tǒng)的設(shè)計和預期的管線尺寸范圍，推薦計算管徑時，考慮其充滿度為70%。

綜上所述，開排管匯的管徑計算公式為：

d=（0.087×4×Q/0.7×π×V）0.5

式中：

d為管內(nèi)徑，單位為in;

Q為來液流量，單位為m3/h;

V為來液流速，通常取2 m/s。

3.2.2 ?開排配管準則

①在開式排放系統(tǒng)的設(shè)計和管線布置中，應盡量考慮減少管件、捕集器、閥門、過濾網(wǎng)和其他限制流動的備件數(shù)量，管線布置需附加向下的坡度，約為1/8英寸，在某些地方可能有必要在同一水平面安裝急轉(zhuǎn)彎，但垂直向上的管線是不允許的。

②開排系統(tǒng)中的水封應布置在易于清掃的地方。

③為了便于清掃，對任何單一的匯管，應保證其直徑不小于4寸。

④在排污管線的走向中，應盡可能避免90 ？觷的彎頭，如果需要90 ？觷的轉(zhuǎn)彎時，可以使用兩個45 ？觷的彎頭代替，這樣可以減少急轉(zhuǎn)彎而引起的堵塞。

3.3 ?開排罐的尺寸計算

按照上文章節(jié)，開排排放準則，計算開排罐容積時，考慮危險區(qū)的設(shè)備圍堰排放、危險區(qū)的甲板排放、非危險區(qū)的含油設(shè)備圍堰排放各區(qū)域的來液的15 min累積量Q1;非危險區(qū)的不含油設(shè)備圍堰和甲板排放來液5 min的累積量Q2;兩者之和再考慮1.1倍的系數(shù)，就是開排罐的凈容積：

Vnet=1.1×（Q1+Q2）

計算出開排罐的凈容，再結(jié)合機械專業(yè)提供的罐的尺寸，就可以定出開排罐的高低液位：

Vnet=L×W×（LAH-LAL）

式中：

L為罐的長度，單位為mm;

W為罐的寬度，單位為mm;

LAH為罐的高液位設(shè)定值，單位mm;

LAL為罐的低液位設(shè)定值，單位mm。

確定了這些信息，就可以通過液位的設(shè)定來控制開排泵啟停，以實現(xiàn)平臺的自動化控制。

3.4 ?開排槽的設(shè)計

平臺設(shè)置開排槽是考慮下層甲板或工作甲板上的甲板及撬排來液的接收，因為靠重力自流下層甲板和工作甲板靠重力已經(jīng)不能自流至開排罐內(nèi)，所以開排槽會懸掛在下層甲板或工作甲板下方。

開排槽的容積設(shè)計與開排罐一致，不同的是，由于開排槽接收的來液量較小，開排槽不需要設(shè)置液位控制系統(tǒng)。開排槽泵的啟停通過現(xiàn)場人員手動操作，以及時將開排槽內(nèi)收集的液體泵送至開排罐內(nèi)，所以建議平臺操作方定期巡視開排槽，防止開排槽溢液。

4 ?開排設(shè)計中應注意的問題

①不建議在開排匯管上增加濾器來防止雜物進入開排罐，為防止此類問題，建議平臺操作方加強管理，避免在平臺甲板上丟棄雜物

②考慮環(huán)評要求，開排排海管線上需要設(shè)置流量計來計量排海液體的量（通常選用電磁流量計），在計量精度方面，電磁流量計要求液體流速≥1 m/s，所以在滿足排海管線尺寸的前提下，應盡量選擇更小的管線尺寸，以最大限度地滿足不同季節(jié)降雨情況下，排海計量精度的要求

③對于排海管線流量計后的彎管設(shè)置，在確定流量計制造廠家可滿足非滿管流狀態(tài)下的計量精度要求時，建議不設(shè)置此彎管，以保證排海管線的通暢。

參考文獻：

[1] 《海洋石油工程設(shè)計指南》編委會.海洋石油工程設(shè)計概論與工藝設(shè)計[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.