海洋石油平台公用／仪表气系统工艺设计研究.pdf

一 ． ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 3 年 第1 6 卷 海洋石油平台公用／ ／ ／ 仪表气系统工艺设计研究 罗彭，张振鹏，张晓敏，孟宪武，张龙，邢文 海洋石油工程股份有限公司，天津 3 0 0 4 5 1 [ 摘 要]分析 了海洋石油平台公用／ 仪表气系统的工艺流程和计算过程 ，介绍了系统处理能力、设计压力、罐容等参数的 选取原则和计算方法，总结了 设计应注意的事项。 [ 关键词]海洋石油平台；工艺设计；公用／ 仪表气系统；设计优化 海洋石 油平 台在生产操作中需要稳定、可靠 的压缩空气 。压缩 空气在海上平 台的用途可分 为 两类 仪表用气和公用设备用气 。仪表气 必须是 无油干燥的空气，主要供给仪表和阀件；公用气 主要作为气动工具和气动绞车 的气源 、生产及公 用系统的吹扫风。 1 工艺流程介绍 压 缩 空气 系 统 的空气 处理 能力 应满 足 连续 为平 台提供足够的公用气和仪表气量 ，满足平 台 用气量和用气压力的要求并优先保证仪表气 的供 应 。 公用／ 仪表 气系统 的设 备通常 有 空气 压缩 机 、油气过滤分离器 、后冷却器 、空气罐、干燥 器及前后滤器，该系统的典型流程如图1 。 图1 公用／ 仪表气系统典型流程图 空气经空气压缩机进 行压缩 、冷却 、过滤和 干燥 等处理后达到仪表气质量要求。公用气 的质 量要求宽松一些 ，可取 白干燥器之前 。为了减少 空压机气流 的波动并满足规范要求 的系统储气能 力，在空压机后设有公用气罐和仪表气罐。 空气经入 口过滤器过 滤后进入 空压机进行压 缩 ，压缩后 的空气进入油气过滤分离器 、空气冷 却器，然后进入公用气储罐 。公用气一部分经定 压 阀去 公用气分配管 网，另一部分经前过滤器 、 干燥器和后过滤器 ，成为露点低于环境温度1 0 C 以上 的干燥 空气 ，然 后进 入仪 表气 储罐 进行 储 存。两 台压缩机采用L E AD／ L AG模式，通过公用 气罐上的压力信号控制启停。由于公用／ 仪表气系 统是连续工况，因此流程设置为一用一备 。 2工艺计算原则 1 系统设计压力满足各用户需要的最高压 力，同时考虑管线和设备摩 阻压 降。 作者简介罗彭 1 9 8 6 一，男，黑龙江人，本科学历，助理工 程师。现在海洋石油工程股份有限公司从事海洋平台工艺设计工 作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第8 期 罗彭等海洋石油平台公用／ 仪表气系统工艺设计研究 ． 4 5一 2 空压机及相关组件配置应 能满足平 台不 同生产工况用气 需求 ，干燥气 处理能力和效 果满 足仪表气用量和质量要求。 3 在最大仪表气 消耗量情况下 ，可连续供 气2 0 mi n 无需补充 。 4 空气储罐容积和尺寸应充分考虑平台总 体布置和 设计建 造实际，选择 合适 的高径 比，避 免罐体过高。 5 考 虑每一用户 的使用 时间和频率 ，对使 用 时间短或偶尔 使用 的用户应考虑适 当的系数 ， 不能因此造成整个系统设计过大 。 6 合理设定压力开关值 ，避免空压机频繁 启停 。 3 工艺计算实例 下面 以某 常规井 口平台为例 ，分析公用／ 仪表 气系统设计原则和注意事项。该工艺流程见图1 。 3 ． I 设计基础条件 整个平 台的空气用户用气数据 由机械和仪表 专业提供 ，具体数据如表l 所示 。 表1 平台各用户用气量统计表 用户 仪表气 N m ／ h 公用气 N m ／ h 备注 使用状态 连续 间歇 连续 间歇 操作压力 仪表专业 控制 阀 3 2 ． 2 关断／ 开关 阀 5 ． 8 5 井 口控制盘 1 1 0 ． 7 6 压力柜 2 0 ． 7 5 O 0 ～8 O 0 k P a G 小计 5 2 ． 9 1 1 6 ． 6 1 1 5 ％ 泄漏量 7 ． 9 4 l 7 ． 4 9 合计 6 O ． 8 4 l 3 4 ． 1 机械专业 开排槽泵 4 2 4 0 0 ～ 8 5 O k P a G 化学药剂填充泵 4 2 生活污水处理装置 3 ． 4 5 5 0 ～8 5 0 k P a G 钻机模块 1 5 1 2 0 5 0 O ～8 0 O k P a G 总计 6 O ． 8 4 l 4 9 ． 1 2 0 7 ． 4 3 ． 2系统处理能力选取 空压机和干燥器等关键设备的处理能力计算和选择过程见表2 。 表2 设计参数计算表 主要 参数 工况原则 参 数计算 计算 结果 选 型 备注 仪表 气连续 用户 用量 之和 ，公 连续用量 6 0 ．8 4 6 0 ． 8 4 N m ／ h 用气 一 般为间歇用户 连续用量与钻修井工况用量 6 0 ． 8 4 1 2 0 1 5 1 1 0 ． 7 6 峰值用量 3 2 9 ．9 4 之和 5 ．8 5 1 ． 1 5 3 2 9 ． 9 4 连续用量与5 0 ％ 峰值 用量之间 的 6 0 ． 8 4 与3 2 9 ． 9 40 ． 5 的最 单 台空压机排量 1 6 5 1 8 0 考虑 1 ．1 倍余量 最大值 大值 仪表气连续量与最大间歇量之 6 0 ． 8 4 1 1 0 ． 7 6 1 ． 1 5 干燥器／ 前后滤器 2 l 6 ．4 2 4 0 考虑I ． 1 倍余量 和并考虑1 5 ％ 损耗 1 ．1 5 21 6 ． 4 3 - 3系统设计压力、温度选取 根据相关专业提供的用户要求并考虑摩 阻压 降，主辅空压机 L E AD ／ L AG 启停压力选取时考虑 两 台空压机启停 的压力 间隔，同时避免空压机 的 频繁启停。具体参数设置如表3 所示。 设计参数与厂家最终的供货指标对 比见表4 。 3 ． 4公用气罐和仪表气罐罐容及尺寸计算 3 ． 4 ． 1 罐容计算公式 罐容计算原则 公用气罐和仪表气罐共同的 储气量必须保证在最大仪表气耗量 的情况下，可 连续供气2 0 mi n 而无需补充。 罐容计算工况 在工艺计算 中，考虑空压机 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 4 6 一 ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 3 年第1 6 卷 表3 主要设备压力设定值列表 压力设定点 使用状态 设定值 k P a G 备注 空压机 排压 正常操作 1 0 0 0 公用气罐压力 正常操作 9 5 0 O F F 1 0 0 0 LE AD 0 N 8 5 0 操作温度为5 O ℃ OF F 95 0 L A G O N 80 0 仪表气罐压力 正常操作 8 5 0 表4 设计参数和供货指标对照表 设备名称 设计参数 供货指标 备注 N m ／ h 空压机 1 8 0 2 1 0 前过滤器 2 4 0 2 9 4 压力和温度的设计参数与供货 干燥 器 2 4 0 2 6 8 指标一致 后过滤器 2 4 0 2 9 4 不能启动时，两个罐共 同储 气量必须满足仪表气 连续用户2 0 mi n 用气量需求，必须但不 限于此条 件 。还应充分考虑仪表气间歇用户的用气量 。通 常取两个罐尺寸 一致 ，为下游专业开展设计及建 造安装等环节提供便利。 此工况下罐容计算公式 V1 1 0 1 - 3 t Xv l ／ 0 1 - P 2 1 式 中 V 一 罐 容 积 ，m。 ；t一 储 存 时 间， mi n ；v 。 一在 1 个 标准大气压 ，0 ℃条件下 的耗气 量 ，Nm ／ mi n ；P 1 一仪表气正常操作压力，k P a G； P 一仪表气最小操作压力，k P a G 3 ． 4 ． 2计算压力的选取 在本例中，假定两台空压机均未能启动 ，以 LAG空压 机未 能启 动 时仪 表气储 罐压 力作 为供 气最高压力 ，为7 0 0 k P a G，此 时公用气罐压力为 8 0 0 kPa G 。 仪表气所需最低压力下限值 为5 0 0 k P a G，考 虑供气 管线摩 阻压 降5 0 k P a G，取最低供气压力 5 5 0 k P a G，此时公用气罐压力为6 5 0 k P a G。 取压差值 P l P 2 1 5 0 k P a G 3 ． 4 ． 3 计算过程 耗气 量 取 仪表 气 连 续用 量 6 0 ． 8 4 Nm ／ h， 供 气 2 0 mi n，考 虑 仪 表 气 最 大 问歇 用 户用 量 1 1 0 ． 7 6 X 1 ． 1 5 1 2 7 ． 3 7 Nm ／ h ，供气 l O mi n 。 耗气量 6 0 ． 8 4 X 1 ／ 3 1 2 7 ． 3 7 X 1 ／ 6 4 1 ． 5 Nm 根据式 1 ，净容积为 V 1 1 0 1 ． 3 6 0 ． 8 41 ／ 3 1 2 7 ． 3 7 1 ／ 6 ／ 7 0 0 5 5 0 2 8 ． 0 3 m 取两个气瓶容积尺寸一致V 并 由于公用气 罐给仪表气罐供气时干燥器再生损耗为1 5 ％，故气 瓶净容积为 V 。 t 0 ． 8 5 V 。 t28 ． 03 m ， V 。 t 1 5． 1 5 m 选择罐尺 寸2 ． 2 m I ． D． 1 3 ． 4 m T ／ T ，体积 1 5 ． 7 1 T I ，大于1 5 ． 1 5 m ，故V公 用 风 V仪 表 风 1 5 ． 7 m 。 经计算 ，在 1 5 0 k P a 压差下 ，1 5 ． 7 m 的公用 气罐和仪表气罐可供气4 3 ． 0 1 Nm ，满足耗气量要 求。 4设计注意事项 综上所述 ，海洋平 台公用／ 仪表气系统的工艺 设计过程较简单 ，主要涉及空压机、干燥器等关 键设备参数的选取 ，储气罐容积及尺寸的确定 。 在优化设计中应着重以下几方面 1 根据各个用户 的要求 以及使用时间和频 率 ，恰当选择 峰值用量 ，进而确定空压机 、干燥 器、滤器等设备的处理能力。 2 沟通相关专业 ，了解现场实际情况 ，注 意参考常用供货商的产 品系列 ，恰 当选择设计参 数。 3 罐容计算过程 中适当选取间歇用户及用 气 时间，注意本例中某 一用户量过大 时，应避免 所选罐容偏大。 下转4 3 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第8 期 刘建忠等通导海图系统在海上油田的应用 一 3一 增加 的报警信息 ，双击报警信息可 自动在海 图上 跳到报警船舶位置 。确认完毕后关 闭报警记录页 面 注意不是最小化 ，若发现操作不 了的界面要 查看是否有最小化报警记录页面 。确认报警后 请通知相关报 警船舶或者添加该船舶到船舶例外 中 。 3 应用效果 在海上石 油平台的生产环境 中，经常有过往 船舶不 了解平 台问海底管线及 电缆 的铺设方位 ， 随意抛锚引起事故或 险情发生 ，对平 台的安全生 产及海洋环境 的保护造成 了巨大威胁 。例如 外 来船舶在某油区两座平 台问的海域行驶时发生故 障 ，随 即在 该 区域 附近抛 锚 ，导致 平 台海底 管 线破损 ，发生油气泄漏事故 。事故造成 了海洋污 染 ，致使 平 台关 断 ，给 国家造 成 了重大 财产 损 失，海洋生态环境遭到严重破坏。 本平 台的海 图通 导系统 在使用过程 中，曾有 数次外来船舶在平 台海管周边减速至低速报警值 以下 ，有抛锚趋势 ，海 图系统及时发 出报警 ，中 控值班人员在确认报警后 ，第一时间与值班 船舶 及该报警船舶取得联系 ，通知该船舶此海域 有海 底管线及海底 电缆 ，禁止抛锚 。 了解此情况后 ， 外 来船 舶 安全驶 离海 管 区域 ，避 免 了事 故 的发 生 。 4结束语 通过海 图监控系统 ，海洋采油平台可有效地 监控和预警周边船舶 的航行动 向，及时提醒操作 人 员对应 急情况进行 响应 ，有效地保护 了海 上油 田的海底油气混输管线 ，为平台 的安全生产 和海 洋环境保护提供 了坚实的保障。 ◆参考文 献 [ 1 ] 冯燕尔，沈晓群． 基于A I s 的船舶避碰系统研究[ J 】 ． 现代电 子技术，2 0 0 9 ， 1 7 1 6 0 1 6 1 ． 上接4 6 页 4 重点应关注压力的选取 ，选择合适的操 作压力 以及压力 开关 的设定 点。供气压差 的选择 对罐容计算影 响甚大 ，是避免造成罐体积设计过 大的重要因素。 5 罐体尺寸选择 时，必须考虑平 台层间高 度及总体布置 ，储罐建议高度 小于4 ． 5 m，罐体直 径增加可明显增大罐容 。 5结束语 海洋平 台工艺和公用系统 的优化 设计 是提升 整 体设计质 量的关键环节 ，为下游 专业 的开展和 现场 建造 安装等提供 了 良好基础 ，同时能更 好地 节约投 资成本 ，创造更大经济效益 ，对提升海洋 石油平 台的整体设计和施工质量具有积极 的指导 作用 。 ◆参考文献 [ 1 】 海洋石油工程设计指南编委会． 海洋石油工程设计概 论与工艺设计[ M] E 京石油工业出版社，2 0 0 7 ． [ 2 ] 姬忠礼，邓志安等． 泵和压缩机[ M】 京石油工业出版 社 ，2 0 0 8 ． [ 3 ] 海洋石油工程设计指南编委会． 海洋石油工程机械与 设备设计[ M】 ． 北京石油工业出版社，2 0 0 7 ． 本刊郑重声明 近 日一些读者、作者来函来电询问我刊是否在外地设有编辑部及某编辑进行组稿的 问题。本刊特此郑 重声明本刊只有一个编辑部，设在北京市西城区六铺炕街1 号1 号楼，联系电话0 1 0 6 4 2 5 6 6 8 9 ，传真0 1 0 8 2 0 3 2 6 2 3 ，投稿邮箱h g b s h s b 1 6 3 ． t o m。本刊在外地没有所谓的编辑部或分部，从未委托任何人以本刊编辑 的身份进行组稿活动。请广大读者、作者以我刊公布的联系方式进行辨别并及时与我刊联系， 以免上当。 特此 声明。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m