海洋石油平臺開式排放系統的設計

姜來舉 黨博 李治

摘 ?要：排放系統是保障海上油氣田平臺安全生產必不可少的系統之一，該系統主要收集和處理甲板面上的雨水和含油污水以及來自生產設備正常和非正常狀態下排放的流體。開式排放系統不帶壓排放，需要根據排放液體的性質（分為含油液體和非含油液體），以及排放液體所在的區域（按其所在區域分為非危險區液體和危險區液體排放）分層、分區域、分性質單獨匯合收集于開式排放容器內，以避免危險性介質擴散至非危險區而帶來的安全隱患問題，同時開式排放系統還要考慮所在海域的降雨量，主導風向、平臺受雨面積等因素。綜合考慮之后，以確定開排系統的設計能力。

關鍵詞：海上油氣田平臺;排放系統;開式排放系統;受雨面積

中圖分類號：TP277 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）06-0005-02

1 ?開式排放系統的定義

海上石油平臺排放系統的作用是用來收集從容器、甲板以及撬塊底座的來液，并將其輸送到聚集容器進行處理。排放系統分為開式和閉式排放。

開式排放將液體從平臺甲板和撬塊底座開口依靠重力自流到處理設施，因其與大氣接通，依靠重力自流，故將其稱為開式排放系統。

2 ?開式排放的區域劃分及排放準則

2.1 ?排放源

進入開式排放系統的排放源分為非含油污水和含油污水，按照排放源所在平臺的區域又可將其分為四個區域：危險區的設備圍堰排放、危險區的甲板排放、非危險區的不含油設備圍堰和甲板排放、非危險區的含油設備圍堰排放。

開式排放系統是一個潛在的安全事故源，為了減少這種事故，對平臺的危險區和非危險區應分別安裝獨立的排放系統，而且為了防止處理設備內收集的危險性氣體反竄至非危險區，需要在非危險區排放系統的配管增加水封來隔離，如圖1所示。

2.2 ?排放準則

考慮到環境保護及能源節約的問題，來自開排系統的來液不能直接排海，但是各區域及不同排放源的來液含油量又有所差異，故收集的開排來液的排放情況會有差異，根據以往設計經驗并結合現場操作反饋的信息，設計中遵循以下設計原則：

①危險區的設備圍堰排放來液一直進入開排罐。

②危險區的甲板排放來液，前15 min進入開排罐，15 min后切換至排海管線。

③非危險區的含油設備圍堰排放來液，前15 min進入開排罐，15 min后切換至排海管線。

④非危險區的不含油設備圍堰和甲板排放來液，前5 min進入開排罐，5 min后切換至排海管線。

以上排放準則適用于設置開排罐的平臺，如果平臺設置開排沉箱，則所有區域的來液統一進入開排沉箱中，而不設置去排海管線的切換閥，在開排沉箱中進行簡單的油水分離，沉箱上部的油層用開排泵泵送至閉排系統中，下部的水層隨洋流流至海中。

3 ?開排系統的計算

3.1 ?受雨面積的計算

受雨面積的計算是為了計算平臺開排罐的罐容，開排罐的規模必須能處理落在甲板上的最大水量，這可以是雨水或清洗水。在最低限度下，該系統應該設計成可以處理每小時兩英寸的降雨量，同時受雨面積還取決于平臺的形狀和所處的環境條件。如果沒有更準確的數據，飄雨的最大夾角可假設為45 ？觷，因此暴露在雨水中的中、下層面積可以用45 ？觷角進行計算。

為了平臺保守設計，考慮最大工況的降雨及受雨面積，根據以往經驗，降雨量考慮為一年一遇最大小時降雨量;降雨方向考慮從平臺各角點正45 ？觷方位飄到平臺，這時平臺中、下層受雨面積最大，受雨面積如圖2所示。

根據圖2可知：

綠色陰影處面積：

S1=0.707H×（W-0.707H）+1/2×（0.707H）2

黃色陰影處面積：

S2=0.707H×（L-0.707H）+1/2×（0.707H）2

按照上述方法，核算從四個角點方向打到平臺甲板的面積，并從中找出一個最大值;根據受雨面積并結合安全專業的危險區劃分圖，就可以計算出危險區的設備圍堰排放、危險區的甲板排放、非危險區的不含油設備圍堰和甲板排放、非危險區的含油設備圍堰排放各區域的來液量。

3.2 ?開排管匯的計算

3.2.1 ?管匯計算依據

①在開式排放系統中，液體的流速必須在3～7英尺/s之間（通常我們取2 m/s），以保證沙子和其他固體被沖洗出管線。

②開式排放系統是靠重力自流，為了達到海上排污系統的設計和預期的管線尺寸范圍，推薦計算管徑時，考慮其充滿度為70%。

綜上所述，開排管匯的管徑計算公式為：

d=（0.087×4×Q/0.7×π×V）0.5

式中：

d為管內徑，單位為in;

Q為來液流量，單位為m3/h;

V為來液流速，通常取2 m/s。

3.2.2 ?開排配管準則

①在開式排放系統的設計和管線布置中，應盡量考慮減少管件、捕集器、閥門、過濾網和其他限制流動的備件數量，管線布置需附加向下的坡度，約為1/8英寸，在某些地方可能有必要在同一水平面安裝急轉彎，但垂直向上的管線是不允許的。

②開排系統中的水封應布置在易于清掃的地方。

③為了便于清掃，對任何單一的匯管，應保證其直徑不小于4寸。

④在排污管線的走向中，應盡可能避免90 ？觷的彎頭，如果需要90 ？觷的轉彎時，可以使用兩個45 ？觷的彎頭代替，這樣可以減少急轉彎而引起的堵塞。

3.3 ?開排罐的尺寸計算

按照上文章節，開排排放準則，計算開排罐容積時，考慮危險區的設備圍堰排放、危險區的甲板排放、非危險區的含油設備圍堰排放各區域的來液的15 min累積量Q1;非危險區的不含油設備圍堰和甲板排放來液5 min的累積量Q2;兩者之和再考慮1.1倍的系數，就是開排罐的凈容積：

Vnet=1.1×（Q1+Q2）

計算出開排罐的凈容，再結合機械專業提供的罐的尺寸，就可以定出開排罐的高低液位：

Vnet=L×W×（LAH-LAL）

式中：

L為罐的長度，單位為mm;

W為罐的寬度，單位為mm;

LAH為罐的高液位設定值，單位mm;

LAL為罐的低液位設定值，單位mm。

確定了這些信息，就可以通過液位的設定來控制開排泵啟停，以實現平臺的自動化控制。

3.4 ?開排槽的設計

平臺設置開排槽是考慮下層甲板或工作甲板上的甲板及撬排來液的接收，因為靠重力自流下層甲板和工作甲板靠重力已經不能自流至開排罐內，所以開排槽會懸掛在下層甲板或工作甲板下方。

開排槽的容積設計與開排罐一致，不同的是，由于開排槽接收的來液量較小，開排槽不需要設置液位控制系統。開排槽泵的啟停通過現場人員手動操作，以及時將開排槽內收集的液體泵送至開排罐內，所以建議平臺操作方定期巡視開排槽，防止開排槽溢液。

4 ?開排設計中應注意的問題

①不建議在開排匯管上增加濾器來防止雜物進入開排罐，為防止此類問題，建議平臺操作方加強管理，避免在平臺甲板上丟棄雜物

②考慮環評要求，開排排海管線上需要設置流量計來計量排海液體的量（通常選用電磁流量計），在計量精度方面，電磁流量計要求液體流速≥1 m/s，所以在滿足排海管線尺寸的前提下，應盡量選擇更小的管線尺寸，以最大限度地滿足不同季節降雨情況下，排海計量精度的要求

③對于排海管線流量計后的彎管設置，在確定流量計制造廠家可滿足非滿管流狀態下的計量精度要求時，建議不設置此彎管，以保證排海管線的通暢。

參考文獻：

[1] 《海洋石油工程設計指南》編委會.海洋石油工程設計概論與工藝設計[M].北京：石油工業出版社，2007.