海上平臺含砂排放管液封改進設計

杜志勝，徐錦錦，馬 超，張 發，劉富強

(1. 中海油能源發展裝備技術有限公司工程設計研發中心，天津 300452；2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

海上平臺含砂排放管液封改進設計

杜志勝1，徐錦錦2，馬 超1，張 發1，劉富強1

(1. 中海油能源發展裝備技術有限公司工程設計研發中心，天津 300452；2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

排放系統是海上固定平臺最重要的系統之一。為防止可燃氣在排放管內串通，開式排放管均設有U型管液封裝置。由于含砂排放時常規U型管極易堵塞且難于清理，根據液封原理對海上平臺U型管液封進行了改進設計，同時設計了新型Y型管液封，更適用于海上平臺含砂排放系統。新型Y型管液封裝置具有液封和沉砂兩個功能，可以有效監測管內沉砂情況，容砂量大，且易于清理。

海上平臺；排放系統；U型管液封裝置；Y型管液封裝置

0 引 言

海上平臺排放系統是保障海上油氣平臺安全生產必不可少的系統之一，主要功能是收集和處理來自生產設備正常和非正常狀態下排放的流體，同時也收集和處理甲板面上的雨水和含油污水。海上平臺的排放系統分為開式排放和閉式排放兩個系統[1]。開式排放系統主要收集平臺各處與大氣相通的水、污水和污油；閉式排放系統主要收集生產設備排放的帶壓氣液混合物和污油。

有關安全規范要求[2],應設置必要的措施防止可燃氣進入開式排放系統或從開式排放系統逸出。由于來自平臺各處的開式排放液體是依靠自身重力流入開排管線的，為了防止可燃氣通過排放管線互串或排放罐內可燃氣進入排放管線，排放管線一般采取液封的方式隔斷可燃氣在排放管內的流通。目前開式排放管均設有U型管液封裝置。但對于含砂排放，U型管極易堵塞且難于清理。針對這一問題，本文對海上平臺U型管液封進行了改進，并設計了兼具液封和沉砂功能的Y型管液封裝置。

1 排放系統液封簡介

1.1 液封原理及形式

液封的原理是利用一定高度的靜液柱壓力來抵抗系統內氣壓的變化，防止氣體流通。排放管道液封常規的做法是在排放管上設計U型管[3]，液體排放時U型管內存液，從而形成液柱以隔斷排放管內U型管兩側氣體的互通。U型管通常由4個90°彎頭或彎管構成。為了清理或掃線時能夠排盡U型管低點存液，在其低點設有放凈口[管徑1英寸(25.4 mm)]及放凈閥門。常規U型管形式如圖1所示。

圖1 常規U型管液封裝置Fig.1 Conventional U-tube liquid seal device

1.2 存在問題

對于排放含砂介質的管線，由于流體依靠自重流入開式排放系統，且流速較低，故而常規U型管低點處極易沉積砂粒，造成U型管堵塞，導致排放管線功能失效，極易出現地漏溢流。另外由于U型管排放口管徑較小，在管線砂粒堆積后很難通過排放口將砂粒清出。常規U型管一旦發生堵塞，極難疏通，只能對管道采取機械切割的方式進行清砂工作。

2 U型管液封改進設計

U型管的改進應考慮：(1)如何避免管內砂粒沉積從而造成堵塞；(2)一旦管內堵塞后如何方便清理。因此，從兩方面著手進行U型管液封的改進設計。

(1) 增大排放口尺寸。

如圖2所示，為了消除排放口管徑對排砂的限制，將排放口管徑由1英寸增大至3英寸。在管內沉砂較少時打開排放口關斷閘閥進行疏通，可以有效避免U型管內堵塞。關斷閥不能使用蝶閥，因為當管內砂粒沉積后蝶閥閥板無法旋轉，將導致閥門無法打開。

圖2 增大排放口后的U型管液封裝置Fig.2 U-tube liquid seal device with enlarged pipe size of drain pipe

(2) 取消排放口，設置疏通盲端。

如圖3所示，將U型管下部彎頭換成三通，在三通口設置法蘭及盲法蘭。此改進方法延緩了管內發生堵塞的時間，堵塞后也易對管道進行疏通。

圖3 帶疏通端的U型管封液裝置Fig.3 U-tube liquid seal device with dredging ends

兩種改進方法都能有效緩解U型管堵塞問題，但是都無法監測U型管內沉砂程度，需定期進行疏通。由于排放管線布置在每層甲板下且緊貼該層結構梁，相對下層甲板高度較高，排放或疏通需要高空作業，人員操作時容易發生危險。

3 新型Y型管液封設計

U型管液封裝置即使經過上述改進也仍然存在問題，需要定期進行清砂作業，增加了排放系統安全管理及作業的難度。為此，需設計新型的液封裝置以達到理想的液封及防堵塞效果。

3.1 新型Y型管形式

新型Y型管相比U型管液封進行了重大改進。新型Y型管仍然利用了U型管液封原理，但是改變了U型管液封的結構形式。新型Y型管的形式如圖4所示。

圖4 新型Y型管液封裝置Fig.4 Y-tube liquid seal device

新型Y型管取消了U型管的排放口，同時將其中一個彎頭換成等徑三通，并在該三通后設計了關斷閥門、一定長度的直管段、液相檢測口及固體排放口。

3.2 新型Y型管使用方法

新型Y型管關斷閘閥處于開啟狀態，排放介質中的砂粒會逐漸沉積在關斷閘閥至固相排放口間的直管段內。通過打開液相檢測口觀察檢測口是否能順利流出液體判斷新型Y型管內沉砂程度。當檢測口無法流出液體時，可以判斷該直管段內已充滿砂粒，需進行清砂作業。此時關閉關斷閘閥，打開固相排放口進行清理，也可直接將該堵塞的直管段拆卸下來進行清理。

3.3 新型Y型管優點

改進后的Y型管有以下優點：

(1) 具有液封和沉砂兩個功能；

(2) 可以有效監測管內沉砂情況；

(3) 沉積段沉砂也不會造成管道堵塞；

(4) 將沉積段由水平段改進為豎直段，容砂量大；

(5) 液封結構更為緊湊，長度更短；

(6) 增加了隔斷閥，當進行疏通時不影響排放管使用；

(7) 設計了拆卸短節，可將砂粒沉積段管線直接拆除疏通，非常方便；

(8) 無高空作業，操作安全。

3.4 新型Y型管的實際應用

(1) 用于鉆修機及配置鉆修機設施平臺的開式排放系統。

鉆修機及配置鉆修機設施平臺由于存在鉆井或修井作業，進入開式排放系統的流體會帶有少量泥漿。開式排放系統需采用防砂液封。墾利10-1油田WHPA/B等多臺模塊鉆機的開式排放系統已采用了新型Y型管液封。

圖5為新型Y型管的現場應用，綜合考慮裝置的經濟性及實際操作要求，現場應用時取消了關斷閘閥。

圖5 墾利10-1油田WHPA/B模塊鉆機新型Y型管液封Fig.5 Application of Y-tube liquid seal device to KL 10-1 WHPA/B drilling rig

(2) 用于井口采油樹裝置的閉式排放管線。

渤海油田油井生產出砂嚴重[4-5]，采油樹裝置泄放至閉排系統的含砂原油由于流速降低，會逐漸在管內低點沉積，堵塞閉排管線。綏中36-1油田某平臺在采油樹閉式排放管線上也采用了新型Y型管設計，其目的并非作為液封使用，而是為了避免閉排管堵塞及清砂，取得了很好的效果。

4 結 語

(1) 對于含砂排放系統，常規U型管液封存在易堵塞、難疏通等問題，極易出現地漏溢流，造成排放污染或危險，需對其進行改進。

(2) 從如何避免管內砂粒沉積以及管內堵塞后如何清理兩個方面考慮，U型管可進行增大排放口尺寸及設置疏通盲端兩種改進措施。改進后的U型管液封能基本滿足現場作業要求，但無法檢測裝置內部具體堵塞程度，需定期對裝置進行疏通，工作量較大。

(3) 改進后的新型Y型管液封具備液封和沉砂兩個功能，可以有效監測管內沉砂情況，同時具有容砂量大、結構緊湊、易于疏通及操作安全等優點，現場應用效果良好，非常適用于海上平臺含砂排放系統。

[1] 中華人民共和國國家經濟貿易委員會.海上固定平臺安全規則[S].2000.

[2] American Petroleum Institute. API RP 500. Recommended practice for classification of locations for electrical installations at petroleum facilities classified as class I, Division 1 and Division 2[S]. 1997.

[3] 王利民，肖飛.集中式管道排液水封的設計與應用[J].煤化工，2014(1)：25.

[4] 黃鑫.渤海稠油油田開發面臨的挑戰與應對措施[J].油氣田地面工程，2010,29(9)：76.

[5] 韓國慶，李相方，吳曉東，等.渤海稠油油田適度出砂生產可行性研究[J].鉆采工藝，2004，27(3)：29.

OptimizationofLiquidSealDeviceforDrainSystemsContainingSandonOffshorePlatforms

DU Zhi-sheng1, XU Jin-jin2, MA Chao1, ZHANG Fa1, LIU Fu-qiang1

(1.CNOOCEnerTechEquipmentTechnologyResearch&DesignCenter,Tianjin300452,China;2.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300461,China)

Drain system is one of the most important systems on offshore platforms. In order to prevent the turbulent flow of combustible gas which comes from different regions, U-tube liquid seal device is often used in open drain pipes. When the drain system contains sand, the U-tube will get clogged frequently and is difficult to clean. To solve this problem, the optimization of U-tube liquid seal device is performed according to the principle of liquid seal. Moreover, a new Y-tube liquid seal device is designed, which is more suitable for drain systems which contain sand on offshore platforms. The Y-tube liquid seal device, with the function of sealing and settling, can easily be cleaned, and provides more advantages than U-tube liquid seal device.

offshore platform; drain system; U-tube liquid seal device; Y-tube liquid seal device

TE542；TE545

A

2095-7297(2015)02-0124-04

2015-03-27

杜志勝(1982—)，男，工程師，主要從事海洋工程設計工作。