深水消油劑水下噴灑系統(tǒng)及作業(yè)技術(shù)

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(1.中國海洋石油總公司，北京 100010；2.中海石油環(huán)保服務(wù)(天津)有限公司，天津 300457)

中國海洋石油深水油氣資源勘探與開發(fā)正在有序推進(jìn)，海底管線鋪設(shè)也在不斷延伸，深水油氣田開發(fā)面臨的深水溢油風(fēng)險日趨增加，深水作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性對深水溢油防范和應(yīng)急處置能力提出了更高要求[1]。溢油在從深水運動至水面過程中，將對水體和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染和危害。而由于受到水深、溫度、壓力等深水環(huán)境條件的影響，常規(guī)溢油應(yīng)急處置手段難以在深水溢油事故中有效發(fā)揮作用。目前我國國內(nèi)嚴(yán)重缺乏用于深水溢油事故應(yīng)急處置的相關(guān)裝備與技術(shù)。噴灑消油劑是海上溢油處置的一種重要手段，通過消油劑將溢油分散，進(jìn)而通過生物降解過程將溢油徹底從水體中去除[2-4]。消油劑的作用原理表明其適用于海底溢油的水下現(xiàn)場處置[5-7],但目前缺乏相關(guān)深水消油劑噴灑裝備及技術(shù)支持，因此，研發(fā)國產(chǎn)化深水消油劑噴灑裝備，建立中國海油深水消油劑噴灑作業(yè)施工能力，對于保障我國深水油氣開發(fā)的順利進(jìn)行具有重要的現(xiàn)實意義。

1 深水消油劑噴灑系統(tǒng)裝置原理

深水水下消油劑噴灑裝備系統(tǒng)設(shè)計方案為加載在深水作業(yè)環(huán)保船上的獨立工作撬裝裝置，整套裝置為船載電力驅(qū)動，包含有儲存系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、布放及提升系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、注劑頭等基本組件。

消油劑噴灑系統(tǒng)組成見圖1。

為便于運輸、作業(yè)及操作，采用集成化理念，將整個系統(tǒng)拆分成2個橇塊，便于存放和緊急情況下的吊裝、運輸。此方案將所有設(shè)備設(shè)計在2個標(biāo)準(zhǔn)40HQ的集裝箱尺寸撬塊內(nèi)(外部尺寸：長12.192 m、寬2.438 m、高2.896 m)。

X-1001為消油劑儲罐和消油劑泵撬，集裝箱型式，X-1002 為滾筒和鵝頸撬，橇塊型式，見圖2和圖3。

圖2 消油劑儲罐和消油劑泵撬(集裝箱型式)

圖3 滾筒和鵝頸撬(橇塊型式)

2 主要功能模塊介紹

2.1 X-1001和X-1002橇塊功能介紹

2.1.1 消油劑儲罐和消油劑泵撬

消油劑儲罐和消油劑泵撬主要包括消油劑儲罐、消油劑注入泵，安裝在標(biāo)準(zhǔn)40HQ的集裝箱內(nèi)。

消油劑儲罐的有效容積為12 m3；儲罐設(shè)有溢流管和排放管，使用快速接頭連接，用軟管排放至安全位置。溢流管在安裝時需要設(shè)置一個U型彎作為液封，配磁翻板液位計1個，即時顯示。

消油劑液位消油劑注入泵流量4.3 m3/h，出口壓力為15 000 kPa，考慮泵的流量小揚程大，采用往復(fù)泵。出口管線安裝波登管壓力表1塊,雙金屬溫度計1塊以及普通型彈簧式安全閥1個，就地顯示泵出口壓力及溫度，并實現(xiàn)對泵出口超壓保護。泵本身的狀態(tài)顯示及起/停控制功能通過現(xiàn)場電氣就地盤來實現(xiàn)。

消油劑儲罐和消油劑泵撬的工作流程見圖4。

圖4 消油劑儲罐和消油劑泵撬流程

2.1.2 滾筒和鵝頸撬

滾筒和鵝頸撬是消油劑管入水和回收的重要設(shè)備，承擔(dān)消油劑管的提升和存儲工作。安裝在一個標(biāo)準(zhǔn)40HQ的集裝箱尺寸相同的鋼結(jié)構(gòu)橇中。

油管滾筒的設(shè)計需要充分考慮消油劑管張力、重量、入水深度、總管長度以及下放速度。油管滾筒主要包括滾筒、軸承、軸承座等，油管滾筒用于儲存和運輸連續(xù)油管，通過軸承和軸承座安裝至撬塊，并制成整個油管滾筒，使油管滾筒繞滾筒軸旋轉(zhuǎn)。

鵝頸安裝在滑動裝置上，作業(yè)時最大能夠伸出橇外2 m。

動力控制系統(tǒng)和滾筒集成在一個撬上，用于進(jìn)行動力裝置的控制操作和裝載連續(xù)油管，有效地控制收放速度、消油劑軟管的受力狀態(tài)，保證連續(xù)油管的安裝下放和提升。

滾筒和鵝頸撬工作流程見圖5。

圖5 滾筒和鵝頸撬流程

2.2 電氣方案介紹

主要是為用電設(shè)備供電和1個集裝箱的照明設(shè)計，主要用電設(shè)備為1臺30 kW的消油劑注入泵、1臺1.5 kW的電動隔膜泵、1個15 kW的油管滾筒、1臺15 kW的鵝頸滑軌，其中消油劑注入泵和電動隔膜泵分別設(shè)置本地操作柱(防爆)，油管滾筒和鵝頸滑軌分別設(shè)置本地盤(防爆) 。

上述4個用電設(shè)備電源直接從船上的低壓盤引出，共計需要船上提供4路電源，其中2個電機回路(100 A開關(guān))，2個饋線回路(100 A開關(guān))。

考慮到集裝箱內(nèi)需要有足夠的照明，故集裝箱布置1盞防爆墻裝熒光燈，并設(shè)置1個防爆照明開關(guān)控制這些燈具，電源來自船上的照明配電盤。

2.3 通信方案介紹

攝像機分辨率：620 TVL；深度：>1 500 m;外殼：鈦合金；成像傳感器：1/3 in CCD II；靈敏度：0.04 Lx，電壓：7～32 VDC。

攝像機與防水箱一同下放，用防水電纜連接內(nèi)部電池以及信號線至水下攝像機及攝像照明燈，以實現(xiàn)水下攝像及數(shù)據(jù)存儲功能。

在藥劑噴灑過程中，可能會對注劑頭產(chǎn)生沖擊反作用力，從而影響注劑頭在水下的穩(wěn)定性，故需要考慮為注劑頭增加配重以穩(wěn)定注劑頭在藥劑噴灑過程中的水下位置，將藥劑注劑頭固定于攝像機定制防水箱外，以最大程度實現(xiàn)設(shè)備利用率。

同時，為了保證攝像機的成像效果，考慮為水下攝像機定制安裝支架和底座，將攝像機及攝像照明燈固定安裝在定制防水接線箱外采集注劑頭后端位置，以保證攝像過程中攝像機與注劑頭保持同步運動，從而取得最佳攝像效果。

3 深水消油劑噴灑流程

1)準(zhǔn)備階段。

①將兩橇塊固定在船上，要求鵝頸端朝船尾(或?qū)硇枰鳂I(yè)的方向)，同時離舷邊不超過2 000 mm。

②將攝相機、電池、存儲器聯(lián)系、密封后，與噴頭固定在一起。

③取出水下高壓軟管與連續(xù)油管相連，并連接好帶攝相機的噴頭(工程階段建議使用ROV)，將管線通過鵝頸進(jìn)行導(dǎo)向。

④用高壓軟管將消油劑注入泵出口與滾筒連續(xù)油管聯(lián)接；用低壓軟管聯(lián)系藥劑儲罐的溢流與排放口到安全區(qū)域。

⑤用預(yù)制好的管線連接儲罐的排氣口到集裝箱外的安全區(qū)域。

⑥用船用電纜連接好各用電設(shè)備，并檢查各設(shè)備處在正常可用狀態(tài)。

2)工作階段。

①用隔膜泵打入消油劑將連續(xù)油管充滿；關(guān)閉閥門。

②用隔膜泵將桶裝消油劑打入儲罐。

③啟動鵝頸滑軌裝置向前運動帶動鵝頸，直到指定位置。

④啟動滾筒，開始緩慢下放連續(xù)軟管，并在下放過程中安裝配重袋。

⑤下放到指定位置后，停止?jié)L筒裝置，打開泵前后閥門，啟動高壓注入泵(注意觀察泵出口壓力變化及藥劑液位變化)。

⑥啟動隔膜泵，繼續(xù)將桶裝消油劑泵入儲罐，保證整個注入過程中藥劑的量及實驗要求的6 h時間。

3)停車回收階段。

①關(guān)閉消油劑注入泵，等待泵后壓力下降。

②啟動滾筒裝置，反向轉(zhuǎn)動，開始回收連續(xù)油管；注意觀察泵出口壓力表，以保證連續(xù)油管內(nèi)的流體排凈。

③回收配重袋。

④取下攝相機，觀看噴出狀態(tài)。

⑤將管線及設(shè)備吹掃干凈，充氮氣。

⑥拆除各用電設(shè)備與船的電纜，并保存。

⑦設(shè)備運回陸地入庫。

⑧分析比較實驗結(jié)果，并完善研究報告。

緊急工況棄管方案：實際作業(yè)時，有可能遇到臺風(fēng)或者突發(fā)事件，需要緊急棄管，采用Grifco連續(xù)油管滾壓工具進(jìn)行油管切割，見圖6。

圖6 連續(xù)油管滾壓工具

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