平臺供應船灰罐系統優化設計

何國強

摘 ?要：近年來，隨著社會經濟與科學技術的快速發展，我國石油鉆探生產行業不斷進步，石油平臺也逐步由近海延伸到深海領域，這也對平臺供應船提出了更高的技術要求。本文以平臺供應船為基礎，就平臺供應船的灰罐存儲物料輸送系統及其優化進行了分析和探究，為平臺供應船灰罐系統的進一步發展提供參考。

關鍵詞：平臺供應船 ?灰罐系統 ?螺桿式空壓機

21世紀的社會是資源型社會，人們對于資源的需求量不斷增加，這也為相關技術和設備的發展提供了良好的契機。灰罐系統，作為我國石油鉆探生產平臺供應船散料儲存、輸送系統的主要設備，承擔著石油鉆探生產過程中所需物資的運送，其安全高效的無故障運行及其性能的不斷優化對于海上石油鉆探生產的持續進步具有不可忽視的重要作用。

平臺供應船灰罐系統

平臺供應船，Platform Supply Vessel，簡稱為PSV，專為石油平臺服務供給，此類船因其任務不同，其長度也有所不同，分別從30米到100米不等，寬10米到30米不等，載重量則一般不高于5000噸。平臺供應船最主要的功能即運輸石油鉆探生產所需的人員、物資到海上的石油平臺。近年來，隨著科學技術的發展，平臺供應船運輸的物資由原來簡單的泥漿、鹽水、原油及相關的一些低閃點貨物等，逐步發展為包含鉆井水、干貨、燃油等在內的復雜貨物系統。同時，新一代的平臺供應船搭載的動態系統也由最簡單的艉推向全回轉方位推轉變，且都要求裝備DP1或DP2的1級動力定位系統或2級動態系統。平臺供應船灰罐系統，是平臺供應船散料接收與輸送系統的主要設備，平臺供應船所用的灰罐一般由上部封頭、下部封頭、筒體、人孔、支腿、進氣口、排氣口、進料口、出料口以及為安裝倉位計、安全閥、壓力表等接口組成，直徑在因平臺供應船大小的不同而有所區別，一般為3到5米，容積從10立方米至120立方米不等。平臺供應船灰罐系統承擔著石油鉆探生產過程中所需物資的接收、儲存與輸送，包含油井水泥、膨潤土和重晶石等物料。因此，灰罐系統安全高效的無故障運行及優化對于海上石油鉆探生產的不斷進步具有重要作用。

平臺供應船灰罐系統的優化設計

結合目前平臺供應船灰罐系統的構成與發展現狀，可重點從以下兩個方面對平臺供應船的灰罐系統進行優化設計：

1、灰罐系統的氣動輸送方式

通常，海上石油鉆探生產過程對水泥、重晶石、土粉等物料都具有較大的需求量，同時，為滿足物料長時間的運輸要求，目前我國常使用平臺供應船的灰罐系統對其進行有效的存儲與運輸。因此，作為維持海上石油的鉆探生產的中間環節，平臺供應船灰罐中物料有效順暢的進出過程至關重要。一般情況下，平臺供應船灰罐系統儲存物料種類較多，包含水泥、重晶石、土粉、陶粒砂及細砂等，各物料的性能如下表1所示，研究證明，物料的外形對于其輸送方式的選擇具有決定性的影響，且表1中的水泥、重晶石、土粉等一切干燥的粉狀物料，均應采用氣動輸送方式，其不僅可有效節省包裝材料、節省人力物力的同時還可減少空氣與噪音污染。但是，氣動輸送方式下物料必須經過全面有效的干燥處理，且存儲于灰罐后應定期進行相互的倒罐作業，以避免物料之間的相互粘結;而對于那些粒狀、塊狀的物料，則適宜采用機械輸送方式，如皮帶輸送、刮板輸送等。由于氣動輸送方式安全有效、節能環保，目前國家已相繼出臺了相應的產業、環保政策，氣動輸送方式也必將獲得進一步的發展與應用。

表1 幾種典型物料及其屬性

2、灰罐系統螺桿式空壓機的技術運用

灰罐系統作為平臺供應船物料儲存與運輸的關鍵設備，其空壓機是其罐群的主要動力來源。目前，我國平臺供應船灰罐系統的設計單位多采用活塞式壓縮機，其雖為我國海洋石油鉆探開發的物料接送、存儲與運輸的實現與不斷發展提供了強有力的支持，但其同時也存在著如噪音大、損壞性強、難以連續運行、操作性不強等問題，且隨著科學技術的發展，逐漸難以滿足我國海洋石油發展的需要。螺桿式壓縮機的出現在一定程度上有效的補充了活塞式壓縮機的這些不足。

螺桿式壓縮機的工作原理主要包含吸氣過程、封閉與輸送過程、壓縮與噴油過程和排氣過程。其中，對于螺桿式空壓機的吸氣過程來說，其進氣只能通過一個調節閥的開啟與關閉來實現，當轉子轉動，主副轉子的齒溝空間轉到進氣端壁開口時空間最大，且與空氣接通，此時，真空狀態的齒溝即會吸收空氣，當空氣充滿齒溝時，轉子進氣端面即會重新轉動，并離開機殼之進氣口，即“進氣過程”;而封閉與輸送過程發生在吸氣之后，主副轉子與機殼封閉，空氣不再進入，轉子齒峰與齒溝形成齒合面后并繼續向排氣端移動;同時，輸送過程中，齒溝內氣體逐步被壓縮，壓力迅速獲得提高，其中的潤滑油因壓力差距較大而噴起，并進入壓縮室，此過程即“壓縮與噴油過程”;最后，當轉子齒合面繼續轉動，與機殼排氣面相通時，即可排氣。

與活塞壓縮機相比，灰罐系統螺桿式空壓機連續運行的可靠性較強，效率高，作為回轉式運行結構，其平衡性較好，噪音較小，且易于操作，每班1人即可管理10臺螺桿式空壓機，節省人力物力。如25m3風動下灰立式罐，為便于下灰，采用立式料倉形結構，上部為橢圓形封頭，下部為75度角帶折邊錐形封頭，直徑2.5m，長6.27m。其圓形匯管固定在錐形封頭下的外部，匯管配裝10個出氣管，匯氣管下部錐形封頭處分別裝置10個切向進入的進氣管，使得壓縮空氣在罐內形成渦流狀，增強物料流動性的同時方便檢修、拆裝和更換。

實際應用中遇到的問題

1、管路及閥附件的布置

由于灰罐系統輸送介質的特殊性，其管路布置不像別的系統那么隨意，對于彎頭和閥附件的布置位置都有特殊的要求。按照系統設計的要求，灰罐的注入管彎頭需要滿足5倍的彎曲半徑，灰罐的透氣管彎頭需要滿足3倍的彎曲半徑，這就對我們的放樣人員提出了比較高的要求，因為灰罐的管路需要占據比較大的位置，而平臺供應船的空間是極其有限的，現在的平臺供應船為了提高船舶的裝貨能力，對于內部的空間是一再的壓縮。一旦灰罐的管路沒有設計好，需要修改的話，返工量極其巨大。而管路中的閥附件需要布置在易于操作的位置，但因為通道的關系，管路基本上是布置在通道的上方，這樣就基本上不能進行操作的，需要放樣人員在這個位置添加小平臺對其進行操作，但小平臺又不能影響通道。

2、管路中法蘭的布置及處理

根據規范的要求，灰罐系統中的管路是不允許有法蘭接頭的，因為灰罐系統中的貨物有可能通過法蘭滲透到管路外面，這個會引起船員的健康問題。而船東則希望在管路中有盡可能多的法蘭接頭的，這樣在管路發生堵塞的時候，船員可以簡單而方便的疏通管路。船東與船檢的需求在這里發生了沖突，這就需要進行協商，解決。按照規范要求，如果在管路系統中不能避免法蘭的使用，則需要對這個法蘭進行包覆，以免灰罐系統的介質滲透至管路外面。這樣一看，矛盾好像就解決了，按照船東的要求布置法蘭，按照船檢的要求對法蘭進行包覆就行了。但是規范對這點還進行了解釋，整個管路的法蘭數量不易過多。最后的結局是船東，船檢及船廠三方在船廠的三維模型上對整個灰罐系統的管路進行評估，按照船東，船檢協商的結果對整個管路系統的法蘭進行刪減，最后形成一個三方都認可的布置，船廠按這個進行生產及安裝。

3、灰罐系統的密性試驗

灰罐系統由于其介質的特殊性，在進行密性試驗的時候是決定不能用水和油的，只能使用干燥的壓縮空氣。曾經有船東在運營的船舶上對我們進行問題反饋，其中就有一條，因為灰罐的管路中有水滴，導致船東在注入干水泥時，遇水凝固堵塞了管路，導致原本能裝4個罐子300立方的貨物，因為管路的堵塞，只裝了2個罐子150立方的貨物。船東的意見反饋后，我們進行了核查，最后發現是因為這條船的灰罐系統的密性試驗，我們使用了水來進行密性試驗，雖然在密性試驗后也使用了壓縮空氣來進行管路的干燥，但可能是因為是干燥的時間不夠長，在彎頭處還是存在水滴，最后在船東裝貨的時候造成了管路的堵塞。

結語

目前，我國海上石油的鉆探開發正在快速發展，補充國家戰略資源的同時，也帶動了社會經濟的增長與人們的生活水平提高，但這也為我國為海上石油平臺服務的各項技術設備提出了更高的要求，因此，必須注重引進國際先進經驗，不斷發展和優化包含平臺供應船灰罐系統在內的石油平臺服務系統，才能促進我國石油行業的不斷發展。

參考文獻：

[1]周瑞芬.一種新型風動下灰罐的設計[J].油氣田地面工程，2004，（6）.

[2]梁力民，吳焰海，孫海玉等.灰罐中儲存物料輸送優化分析[J].石油礦場機械，2002，（6）.

（作者單位：浙江造船有限公司）