海洋平臺可拆卸模塊化生活樓的研發

孫海防，于 超，余 捷，翟 東，劉雷宇

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司 天津300457)

0 引 言

隨著國內海洋石油資源的深入開發和油氣增儲上產的要求，酸化壓裂、修井作業、稠油熱采以及生活支持服務等方面的作業大幅度增加，對多功能的可移動生產作業裝備有了新的需求[1]。本文側重于生活支持服務功能研究，通過對生活樓進行模塊化研究，將常規生活樓進行模塊化設計，控制各模塊的重量，利用平臺吊機進行安裝和拆卸，滿足多功能基礎平臺變裝要求。

1 可拆卸模塊化生活樓概述

多功能基礎平臺作為生活支持平臺服務時，需要滿足300人生活和住宿要求，多功能基礎平臺設置有65人固定生活樓，另外需要分別設置 1個 85人和1個150人可拆卸模塊化生活樓。本文針對150人可拆卸模塊化生活樓開展研究，總體上需要滿足150名作業人員用餐、住宿、洗衣、洗浴、如廁功能，同時滿足娛樂、內部通訊、消防和安全方面的要求。洗浴和廁所采用公用模塊，住房模塊不單獨設置洗浴和如廁功能。

2 可拆卸模塊化生活樓設計

2.1 可拆卸模塊化設計

可拆卸模塊化生活樓以中海油固定生活樓標準房間設計理念為基礎，采用單模塊集裝箱型式，通過拼裝連接成整體。

2.1.1 功能模塊設計

可拆卸模塊化生活樓依托于固定生活樓[2]，主要是用于海上施工作業人員的臨時住宿，醫務室、報房都設置在固定生活樓內，本模塊不設置會議室和辦公室，其功能模塊設置如下：

住房模塊、廚房模塊、餐廳模塊、冷庫和冷藏室模塊、洗衣模塊、淋浴模塊、衛生間模塊、配電間模塊、移動樓梯間模塊、更衣室和儲物間模塊、吸煙室和活動室模塊。

2.1.2 模塊化集裝箱尺寸設計

可拆卸模塊化生活樓采用單通道布置，房間呈對稱布置。根據室內家具布置，房間進深為 5.0m，中間通道為1.4m，房間寬度有3.0m和4.0m 2種規格，考慮管線和電纜布置，房間高度設定為 3.05m。每個集裝箱模塊包括 2個房間，中間設置 1400mm通道，房間凈高不小于 2.3m，人均居住面積滿足大于3m2的要求。為了便于建造和安裝，單模塊集裝箱采用標準化模塊，設置有兩種標準類型的集裝箱，其尺寸如圖1和圖2所示。

圖1 標準模塊一(11400mm×3000mm×3050mm)Fig.1 Standard module 1(11400×3000×3050mm)

圖2 標準模塊二(11400mm×4000mm×3050mm)Fig.2 Standard module 2(11400×4000×3050mm)

2.2 總體布置

可拆卸模塊化生活樓設計滿足150人住宿要求，由 35個獨立的集裝箱模塊拼裝而成，生活樓分為3層。為了減少船體晃動影響，可拆卸模塊化生活樓沿多基礎功能平臺中線對稱T型分布[3]。布置時需要考慮以下因素。

2.2.1 多功能平臺主甲板結構物和設備影響

生活樓布置時需考慮多功能基礎平臺主甲板結構和設備影響，多功能基礎平臺設置 4個固樁室[4]，在左右兩舷設置有 2臺吊車，甲板可用面積不太規則，同時需要考慮甲板逃生通道的設置。生活樓布置需在圖3黑色陰影內。

圖3 生活樓總體布置圖Fig.3 General layout of living quarter

2.2.2 多功能基礎平臺浮體運動的影響

根據業務需求，多功能基礎平臺需要經常在油田間短距離遷航，可拆卸模塊化生活樓需要考慮平臺浮體運動的影響，盡可能沿中線對稱布置[5]。

2.2.3 單模塊布置原則

①可拆卸模塊化生活樓有2種不同規格尺寸，模塊間通過連接件和螺栓連接在一起，不同于固定生活樓的焊接方式，如果不同尺寸模塊上下布置在一起，將無法連接，布置時需要避免這種情況，以免增加安裝難度。

②為了盡量減少管線穿越，同時減少接口，設置有水管線的房間需要布置在一起，盡可能布置在一層和二層。

③廁所應避免布置在廚房和餐廳附近；廁所、洗浴間應避免布置在配電間附近，水管線盡可能避免穿越配電間。

2.3 結構設計

單個集裝箱模塊采用框架結構，SHS 200mm×100mm×8mm 方鋼，承載結構受力，保證結構強度。側面板采用 5mm 波紋板，屋面和地面框架采用橫向型材進行加強。可拆卸式模塊化生活樓設置基座，集裝箱模塊放在基座上，結構如圖4所示。

圖4 集裝箱模塊結構示意圖Fig.4 Schematic diagram of container module structure

2.4 模塊連接方式

可拆卸模塊化生活樓要求滿足海上安裝和拆卸要求，因此其連接不能采用常規的焊接方法，需要選擇一種可以進行快速連接和拆卸的方式，同時連接件的強度需要滿足多功能基礎平臺生產工況和遷航工況所受環境載荷的影響[6]。通過研究對比，水平方向選用耳板+螺栓連接，如圖 5所示。豎直方向選用半自動鎖連接，如圖6所示。

圖5 水平連接示意圖Fig.5 Schematic diagram of horizontal connection

圖6 半自動鎖示意圖Fig.6 Schematic diagram of semi automatic lock

2.5 艙壁和甲板耐火分隔設計

可拆卸模塊化生活樓作為生活支持作用時，多功能基礎平臺立在海上油氣田設施旁邊，通過棧橋連接。根據《海上移動平臺入級規范》關于居住平臺的規定，如果居住平臺用于居住的甲板室、上層建筑位于服務的可能產生烴類火災的鉆井或生產平臺30m范圍內，處在范圍內的居住模塊邊界，則應滿足A-60級分隔要求[6]。可拆卸模塊化生活樓邊界艙壁需要滿足 A-60級分隔要求，其他艙室艙壁和甲板滿足《海上移動平臺入級規范》一般耐火分隔要求，詳見表 1、表 2。

表1 艙壁耐火完整性Tab.1 Fire integrity of bulkhead

表2 甲板耐火完整性Tab.2 Deck fire integrity

2.6 暖通設計

可拆卸模塊化生活樓由多個集裝箱模塊拼接而成，不適合采用常規的集中空調模式。每個集裝箱模塊單獨設置通風系統，配置送風風機，通風管道貫穿于2個房間，空氣通過每個房間的門下格柵到中間通道，在生活樓左右進出口附近設排風管線，直接將回風排到生活樓外部，滿足生活樓各個房間換氣和正壓通風要求[7]；每個房間設置冷暖分體空調，對房間溫度進行調節。分體空調負荷設計時需要考慮 100%新風量，尤其是廚房需要滿足換氣次數送風 40～60次/h，排風 40～60次/h的要求。吸煙室、廚房、廁所和沐浴間應單獨設置排風系統，通過排風風機將空氣排出室外，并且排風口和進風口保持一定的距離，防止將排出的污濁空氣直接吸到進風口[8]。

2.7 通信電儀設計

可拆卸模塊化生活樓設有電氣系統、PA/PB系統、火災報警系統、局域網系統和衛星娛樂電視系統等[9]。多功能基礎平臺設有固定生活樓，固定生活樓統籌考慮整個平臺的系統容量，可拆卸模塊化生活樓依托固定生活樓系統配置終端設備，電纜和通信纜布置在生活樓墻壁外側，通過分線箱接入各個集裝箱模塊。配置原則如下。

2.7.1 電氣系統

可拆卸模塊化生活樓設置配電間和應急配電間，對可拆卸模塊化生活樓電氣設備供電，配電間設置主開關，主開關與多功能基礎平臺配電間通過電纜連接，主開關再分為 3路供電開關，分別連接 1～3層設備，主開關和 3路供電開關都布置在配電間；每層各個集裝箱模塊單獨設置接線箱，接線箱電源從集裝箱側壁接入室內，室內電纜線提前布置好；海上連接時，各集裝箱模塊接線箱和各層供電開關之間連接采用快速接頭進行連接，拆卸和安裝方便，縮短安裝工期，如圖7所示。

圖7 船用水密電接頭Fig.7 Watertight electrical connector

2.7.2 火災報警系統

可拆卸模塊化生活樓設置獨立火災報警系統，各個房間配置火氣探頭，配電間設置火氣盤，與多功能基礎平臺固定生活樓火氣盤設置有通信接口，發生火災報警時，由固定生活樓火氣盤啟動 ESD和消防系統。

2.7.3 電視娛樂系統、PA/PB系統和局域網系統

電視娛樂系統、PA/PB系統和局域網這3個系統都依托多功能基礎平臺固定生活樓配置，固定生活樓配置時設備功能參數要兼顧可拆卸模塊化生活樓150人使用的要求。

2.8 管線接口設計

可拆卸模塊化生活樓涉及淡水系統、海水系統、黑水系統、灰水系統和消防系統。為盡可能減少接口，可拆卸模塊化生活樓各住人房間不設置洗浴設施和廁所，僅設置公用廁所和洗浴間，滿足 150人洗浴和如廁要求；同時設置有水管線的房間上下左右集中布置，優化管線布局[10]。

①為了滿足海上快速安裝拆卸要求，淡水管線、海水管線和消防水系統進口管線統一布置在臨近左右舷生活樓墻壁外側，與多功能基礎平臺通過軟管和快速接頭進行連接。

②消防水系統在左右舷每層外樓梯平臺側壁設置消防栓，發生火災時連接消防軟管進行滅火。

③黑水和灰水排放管線管徑較大，通過法蘭與多功能基礎平臺進行連接，直接排放到生活污水處理裝置，經過處理后進入生活污水排放艙，定期送回陸地處理。

3 結 語

本文通過對可拆卸模塊化生活樓的探索研究，在滿足相關規范的前提下，旨在實現生活樓的模塊化。通過陸地標準化定制，縮短建造工期，利用多功能基礎平臺自有吊車吊裝，在海上實現模塊化生活樓安裝和拆卸，適應多功能基礎平臺快速換裝要求，降低運營成本。