外輸軟管無線報警裝置可行性研究

周毅

（中海油能源發展采油服務公司天津300457）

理論創新

外輸軟管無線報警裝置可行性研究

周毅

（中海油能源發展采油服務公司天津300457）

目前中海油在渤海灣的FPSO使用的外輸軟管基本都是雙層的，雙層外輸軟管相對于單層外輸軟管具備第一層管體破裂后通過第二層管體的保護防止泄漏的作用，雙層軟管法蘭兩端裝有第一層管體泄漏報警裝置[1]，目的是提前告知用戶第一層管體已經損壞需要更換。目前該報警裝置主要為電子式和機械式兩種，當第一層管體泄露后壓力傳遞到報警裝置激活報警裝置閃爍或者變色。但是由于外輸軟管外輸過程中基本上漂浮在海面上，報警裝置的變化通過肉眼很難觀察，增加原油外輸的風險。研發一個帶無線傳輸功能報警裝置，當第一層管體泄漏后報警裝置被激活并傳送發射無線信號給中控室，告知用戶哪條外輸軟管第一層管體已經失效需要更換。減少用戶的巡檢頻率，降低了外輸作業安全風險。

外輸軟管；FPSO；無線報警裝置

1 現狀及存在的問題

1.1 現狀

外輸軟管是FPSO上外輸系統的關鍵長線設備，是FPSO原油外輸的唯一通道。由于外輸軟管的生產、維護具有較高的技術含量，其設計、制造、安裝、檢測和維修等技術都掌握在國外公司手中，國內生產技術和設備基本屬于空白。目前，我國所需外輸軟管全部來自進口，主要使用以下幾個品牌例如：橫濱、鄧祿普、固特異、特瑞寶馬努力等。這幾大軟管廠家泄漏報警裝置大致分為：電子式、機械式、物理式。目前無線報警裝置的研究在國際上還處于空白狀態。

1）電子式

原理：當第一管體漏油之后，通過管體空腔進入報警燈內，泄漏液體在電極內形成回路觸發報警燈閃爍；常見品牌：特瑞寶、馬努力、橫濱、固特異

圖1 電子式報警裝置

2）機械式

原理：當第一管體漏油之后，液體通過管體空腔進入報警燈內，泄漏液體觸發壓力彈簧導致報警裝置翻轉變色；常見品牌：橫濱、太平橡膠、馬努力

圖2 機械式報警裝置

3）物理式

原理：當第一管體漏油之后，液體通過管體空腔進入導致軟管管體吸收膨脹變成啞鈴狀；常見品牌：鄧祿普

圖3 物理式報警裝置

1.2 存在的問題

以上三種常用的報警裝置都存在不便于觀察，增加人員巡檢成本，可靠性不高，尤其是電子式經常出現誤報警。使用無線報警裝置可以增加可靠性，減少人員及拖輪巡檢成本，大大減少了人員和設備工作量，提高了工作效率。

2 技術方案

2.1 環境條件

表1 環境參數表

2.2 無線報警裝置原理

整個外輸軟管無線報警系統由“軟管端監測模塊”和“接收端控制模塊”兩大部分組成。

本系統設計選用當今先進的RF[2]技術方案，配合低功耗，高性能工業級的MCU[3]來完成和實現無線報警的任務，具有安裝便捷，監控人性化，后期維護費用低等特點。

圖4 外輸軟管無線報警系統示意圖

說明：外輸軟管監測點出現漏油后向接收端發送壓力數據,接收端收到數據后觸發報警，并在接收端屏幕顯示報警，同時向中控室電腦傳遞報警信號。

2.2.1 軟管端監測模塊

1）設計參數

無線傳輸距離：通信空曠可視距離保證1000米；電池壽命：軟管段報警模塊采用鋰電池供電壽命不低于2年；防腐性能：使用316不銹鋼材質使用壽命不低于6年；密封性能：耐1米水壓；

表2 軟管端監測模塊性能參數表

軟管端監測模塊可編碼功能：給客戶提供PC軟件，接口和工具，用戶可根據需要自行編寫軟管位置編號等數據；

圖5 軟管端監測模塊原理圖

圖6 軟管端監測模塊結構圖

2.2.2 接收端控制模塊

1）設計參數

系統帶自檢功能：提供軟管泄露壓力產生的報警信號，定期自動檢測軟管報警裝置狀態的功能好壞并進行信號反饋；

接收端控制模塊顯示功能：報警軟管的位置編號、通信是否正常，軟管狀態是否正常；

室外接收端防爆功能：如將其接收端放置在室外位置需要保證防爆功能；

未來拓展功能：通過無線報警裝置，對軟管的基本信息能傳送至外輸軟管管理ERP[6]系統中做出入庫處理及資產信息登記；

表3 接收終端性能參數表

圖7 接收端控制模塊原理圖

圖8 接收端控制模塊顯示界面1圖

圖9 接收端控制模塊顯示界面2圖

3 測試結果

在空曠場地報警裝置發射端發射的數據傳輸距離大于1100米，按照目前中海油最大FPSO海洋石油117來計算，長度330米，外輸軟管全部釋放達到280米，總長600米左右，1100米的傳輸距離可以滿足使用要求。1米水深測試無滲漏密封良好，每條外輸軟管兩端各配備一個無線報警裝置成180度角安裝，保證至少有一個報警裝置處于水面以上，同時水下的報警裝置深度不超過50CM，水壓測試結果表明即使將報警裝置長期浸泡水中也不會失效滿足使用要求。

結論

通過外輸軟管無線報警裝置可行性研究，結果表明：壓力傳感裝置，點動開關裝置，信號觸發裝置，無線發射裝置等關鍵技術成熟，能夠滿足設計要求，整體方案技術可行。可行性研究過程中，通過對整體設計方案進行風險識別與分析表明存在的風險是可控的。在使用上，節省勞動力，智能高效；在安全上，有效避免了外輸操作人員外出巡檢作業的安全隱患，為海上原油安全外輸保駕護航。

[1]Oil Companies International Marine Forum．Guide to Manufacturing and Purchasing Hoses for Offshore Moorings。Printed&Published by WITHERBY&CO.LTD, GMPHOM 2009

[2]陳邦媛.射頻通訊電路[z].北京：科學出版社,2006.

[3]劉海成，秦進平，韓喜春.MCU-DSP型單片機原理與應用[z].北京：北京航空航天大學出版社,2006.

[4]吳永樂，劉元安，張偉偉.微波射頻器件和天線的精細設計與實現[M].北京：電子工業出版社,2015.

[5]朱輝，馮云，郭鋒，史業清.實用射頻測試和測量[M].北京：電子工業出版社,2010.

[6]羅鴻.ERP原理·設計·實施[M].北京：電子工業出版社,2016.

The feasibility study ofwireless alarm system used on offloading hose

At present,the offloading hoses on FPSO used in Bohai Bay are basically double carcass hoses.Compared to the single carcass hoses, the double carcass hoses have the advantage that it can prevent the leakage when the first layer burst,there are leaking detector devices on both ends of the hoses in order to alarm that the first layer is damaged which needs to be replaced. There are two types of leaking detector devices, the one is electronic,the other is mechanical, when the leaking happens,the pressure will activate the alarm devices,the results are alarm flashing or alarm turn color.It is hard to observe the leakage for the offloading hoses are floating on the sea,accordingly,increase the chance of the leaking.Therefore,it is very important to develop the wireless alarm system which can transmit the signal to the control center and tell which hose should be replaced when the leakage happens,in this way,it can reduce the regular inspection rate, increase the operation safety aswell.

Offloading hose；FPSO；Wireless alarm system