“南海自强号”改造设计中新技术的应用

“南海自强号”改造设计中新技术的应用张永华（中海石油海洋工程公司设计公司）提要“南海自强号”生产处理平台是由沉垫自升式钻井平台改造而成的，它相对于新设计生产处理平台来讲，难度更大。要在自升式移动钻井平台原空间有限的条件下进行改造，使其能够达到原“南海希望号”浮式油轮的生产处理能力，这就给总体设计和配管设计造成很大的难度。笔者作为“南海自强号”总体和配管的设计者，在满足规范要求的情况下，采用了一些新技术，如：三架一体、设备分类叠放、利用井口槽的空间等，很好地解决了甲板面积小，设备拥挤的矛盾；桥头管线用软管与平台管线连接，解决了栈桥与平台的相对位移大，硬管连接无法解决的难题，使“南海自强号”的改造设计顺利进行，油田按期投产。SummaryNANHAIZIQIANGHAOwhichisaProductionPlatformcomesfromaJack-upRigthroughmodification.Tosomeextend,thismodificationdesignismoredifficultthannewlyconstructionofProductionPlatform.InordertoinsteadtheNANHAIXIWANGHAO,themodifiedProductionPlatformmustmeetthecapabilityofitinthelimited-spaceconditionsofJack-upRig,andthismakeitdifficulttoGeneralandPiping.IntheModificationdesignsomenewtechnologywereapplied,whichalsomeetspecification.Forexample,pipingsupport,powercablesupportandinstrumentcablesupportsharedtogetherthesamesupportsystem,equipmentwerearrangedaccordingtotheirclassification,wellplotdeckstructureandspacewereadequatelyutilized.Thissolvedtheproblemoflimitedspaceandcongestedequipmentarrangementeffectively.MakinguseofhoseinbridgeconnectionsolvedthedisplacementproblembetweenthePlatformandtheBridgewheresteelpipecannotbeconnected,whichensuredcommissioningoftheoilfield.关键词改造总体配管设计KeyWordsModificationGeneralPipingDesign1概述1.1“南海自强号”平台简介“南海自强号”是1993年从美国购进的一座已退役旧钻井船。此前曾于1995年底经改造后，用作生产储油平台服役于渤海湾。1997年由总公司调拨给南海西部公司，用于海南涠西南老油田（WZ10-3）改造工程，代替即将退役的“南海希望号”生产储油轮，维持老油田的生产。改造后的“南海自强号”将WZ10-3A井口平台（1986年投产）的生产井液处理后，将原油和天然气通过栈桥管线输回到WZ10-3A平台，再利用WZ10-3A平台原有的海底管线将油、气分别输往涠西南油田群中的其他平台，最后经过WZ12-1平台将油气输入到涠洲岛陆地终端（见附图1）。并向WZ10-3A平台提供注入水和动力，向WZ11-4平台提供燃料气，是涠西南油田群中的一个重要设施。此平台分主甲板、机械甲板和排放甲板。主甲板原长59.7米，宽40.2米；通过封闭井口槽，扩大了主甲板面积，增加了长17.7米，宽20米的油气处理区；机械甲板长19.5米、宽34.5米、高3.9米；排放甲板在井槽区主甲板下方长5.8米、宽15.2米、高3.6米。平台上原有柴油舱、淡水舱、海水舱、升降系统、生活设施、救生设施和直升飞机坪等。在此基础上，再布置原油处理系统、天然气处理系统、含油污水处理系统、污水处理装置、排放系统、热介质系统、伴生气增压系统、空气压缩系统、主电站系统、应急电站系统、化学药剂系统、柴油系统、淡水系统、海水系统、注水系统、原油外输系统、中控系统、通讯系统、消防系统、喷淋系统、救生系统、火炬放空系统和与WZ10-3A平台连接的栈桥（见附图2A、附图2B）。如此庞大的系统在这么小的钻井平台上进行布置，可想而知设计的难度之大。笔者在满足规范要求的情况下采用了新技术，很好地解决了这一难题。2总体设计2.1条件限制“南海自强号”生产处理平台是改造设计，它相对于新设计一个生产处理平台来讲，有很多条件受到限制。首先，这个钻井平台是国外购进的旧平台，在改造设计中无详细资料可查。其次，原钻井平台的一些设备和设施的位置不能改变。例如，原钻井平台的升降系统的设备，以及生活设施的设备和生活楼等，不可能和其他新增设备一起重新布置。因为新旧设备全部重新布置，会增加投资并延长工期，失去了改造工程的少投入，快使用的优越性。第三，考虑到原钻井平台的稳定性，故整体结构不易作很大的变动，这就使总体布置受到了很多的条件限制。2.2总体设计（1）排放甲板的设计排放甲板是在井口槽的下部增加的一块甲板，其上方是油气处理设备，布置了开式排放罐撬、闭式排放罐撬和消防设备。（见附图3）（2）机械甲板上的设计机械甲板其实就是原钻井船的舱室，因受舱室高度和安全的约束，因此尽量将一些非危险性的公用设备安装在舱室，主要布置了消防系统、化学药剂系统、淡水系统、柴油系统、污水处理系统（原平台的设备）、空压机撬、注水增压泵撬和注水泵、以及备件舱、机修间和化验室等。（见附图3）（3）主甲板的设计主甲板的设计主要遵循了分区布置设施的思想，即生活区与工业区分开，工业区内又将油、气处理等危险设备与公用、注水等非危险性设备分开。在主甲板中间布置了两台长10.5米、宽2.438米的燃气轮机发电机组，以及相应的辅助设备；注水系统和热介质系统等的设备，以及主变压器间。应急发电机布置在主甲板右侧，主甲板左侧做为本平台的吊货甲板。为了减少生活楼的噪音，把中控室和配电间布置靠近生活楼，即主甲板的首部，使生活楼与工业区分开。救生设施布置在生活楼的两侧。主甲板尾部的右侧布置了连接WZ10-3A平台的栈桥；左侧布置了火炬臂，以及火炬系统。危险区在船艉部（即图中的上甲板），主要布置了油气分离系统、原油外输系统、伴生气增压系统、含油污水处理系统和油气热交换器等。（详见附图4）2.3总体设计特点（1）安全区与危险区之间加防火墙根据规范要求，在正常情况下安全区与危险区之间至少要有3米宽的隔离带。由于此平台的面积所限，不允许有这样的一个敞开区。为了解决这个难题，采取了安全区与危险区之间加防火墙的措施。这样既满足规范要求，又解决了安全区与危险区距离不足的矛盾。（2）利用井口槽为了解决甲板面积较小的问题，因地制宜，将原钻井平台的井口槽底部封起一部分，作为开、闭式排放甲板，合理的布置了开式排放撬和闭式排放撬。另外,将井口槽的上部封起，作为上甲板。这样充分的利用了原钻井平台上一切可以利用的地方，又相对加大了甲板面积。（3）设备分类叠放为了合理的利用空间，提高甲板的占用率。将天燃气洗涤气罐和天燃气压缩机合并为一个天燃气处理撬，将热介质膨胀罐撬放置在热介质循环泵撬上，减少了占用的甲板上面积。（4）三架一体在以往的平台设计中，由于空间上不存在问题，故电器电缆托架、仪表电缆托架和管线的支架各自独立设置。而此改造生产处理平台，由于大部分设备都集中在主甲板和上甲板上，相应的管线、电力线和仪表线也很多，那么主甲板和上甲板上的支架也会很多。根据这一情况，在总体设计时，笔者巧妙地将管线支架、电缆托架和仪表托架合为一体进行总体布置，节省了空间，减轻了重量，很好地解决了平台甲板上支架多空间小，非常拥挤的关键矛盾。这种三架一体（见附图5）的设计，在海洋石油平台设计中首次采用。3配管设计3.1“南海自强号”配管设计与一般生产处理平台配管设计的不同·一般生产处理平台配管不需要考虑舱室密闭的问题。而“南海自强号”生产处理平台，则必须考虑舱室密闭。·一般生产处理平台的顶层甲板上为修井甲板，基本上没有设备，管线的布置和支撑不成问题。而“南海自强号”平台，生产处理设备都放置在露天主甲板上，配管的支撑需从主甲板上生根。·一般生产处理平台是导管架支撑，晃动很小，桥头管线连接一般采用硬管连接。而“南海自强号”生产处理平台是用三根桩腿支撑的平台，晃动非常严重，桥头管线不能采用硬管连接。·将主甲板上主通道上方作为主管网和电缆桥架的走道，用门字型支架解决人员通道和管网支撑的问题。3.2配管设计鉴于“南海自强号”生产处理平台与一般生产处理平台不同，笔者是这样处理的。（1）舱室密闭问题一般生产处理平台配管不需要考虑舱室密闭问题，只需在甲板上开个孔（孔的周围加上止水扁铁），让管线穿过就可以了。而“南海自强号”上的管线就不能简单的开个孔让其穿过。由于此平台有镀锌管线和玻璃钢管线，镀锌管线再焊接就会破坏钢管镀锌层，失去镀锌的作用；玻璃钢管线是非金属管线，无法与甲板或舱壁焊接。为了解决这些问题，在设计中采用了：·一般钢管使用加补强板密封的办法，解决管线穿甲板或舱壁的问题。·镀锌管线采用加大补强板的两端带法兰的镀锌穿舱件，解决镀锌管线穿甲板或舱壁密封问题。由于补强板加大了，再焊接时就不会破坏钢管镀锌层。·玻璃钢管线采用加大补强板的两端带法兰的内涂塑穿舱件，这样既解决了管线防腐问题，又解决了玻璃钢管线穿甲板或舱壁密封的问题。加大补强板是为了在焊接时不会破坏涂塑层。（2）顶层甲板配管问题一般生产处理平台，大部分设备布置在下层甲板和中层甲板上。配管大体可按两层（层间的中、下部和层间的顶部）布置管线。中、下层的管线采用支架固定，上层管线可利用上层甲板的结构，采用吊架固定。而“南海自强号”生产处理平台，由于有许多条件限制，大部分设备布置在主甲板和上甲板上（由1.2节可知），它相对于一般生产处理平台来讲，配管可使用空间相当于减少了一半，而且主甲板和上甲板的上部没有结构可固定管线，配管设计的难度可想而知。这就要求配管设计要充分利用可以利用的空间，同时还要考虑如何固定管线。笔者根据配管设计的原则，以及甲板的实际情况，圆满地解决了上述问题，配管设计做到了管线成排、成网，并便于操作和维修。（3）桥头管线连接问题由于“南海自强号”生产处理平台晃动非常严重，栈桥与平台的相对位移太大，栈桥管线与平台管线无法使用常规的硬管连接。如何解决桥头配管问题，在3.4节中着重介绍。3.3桥头配管设计“南海自强号”生产处理平台通过栈桥上的8根管线（4根6”管线，2根8”管线，2根10”管线）与WZ10-3A导管架式固定平台相接。由于南海海域的水深度大、风浪大，使“南海自强号”这个由三条桩腿支撑的生产处理平台的晃动非常大，造成栈桥和“南海自强号”的相对位移：横向位移正负400毫米，纵向位移正负600毫米，这么大的位移，在其它平台与栈桥的连接中未曾遇到过。所以连接“南海自强号”与栈桥的管线用常规的硬管连接无法满足要求。为了解决这个问题，配管设计做了多个采用软管连接的方案进行比较：·水平摆放连接软管方案此方案是将连接栈桥上的钢管与平台上的钢管的软管水平放置，这样可以解决栈桥与平台相对位移大的问题，并且方便软管安装和维护。但由于栈桥与平台的相对位移大，使用的软管长，软管的支撑存在问题，另外还需要加大平台空间来摆放这些软管，提高了工程造价。这不是最优方案。·垂直摆放连接软管方案此方案是将连接栈桥上的钢管与平台上的钢管的软管垂直放置，这样可以解决栈桥与平台相对位移大的问题，而且占用平台空间小。但由于栈桥与平台的相对位移大，使用的软管长，甲板上需要架很高的结构做软管、钢管的支撑，软管的安装和维护很不方便。这也不是最优