自升式平臺運行工況對危險區域設備選型的影響

白民權

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

自升式鉆井平臺是用于海洋油氣勘探的設施，主要工作在30 m～200 m水深的海域，是現階段海洋油氣開發和勘探應用較多的鉆井設施。我國于上世紀后期開始引進和建造各規格自升式鉆井平臺，目前國內各設計單位和船廠的自升式鉆井平臺設計水平和建造能力也在逐漸成熟。

大連中遠海運重工建造的Super 116E型自升式鉆井平臺是美國LeToureau公司開發的一款350英尺工作水深的自升式鉆井平臺，其最大鉆井深度在3萬英尺左右。該項目入級ABS船級社，主船體采用三角形箱式設計，有3個樁腿用于平臺支撐固定，樁腿為正方形桁架式結構，每個腿長度477英尺，每個樁腿由20臺變頻電機提供動力，用于操作鉆井平臺的上升和下降。在主甲板上布置懸臂梁，懸臂梁可縱向滑移至尾部70英尺。懸臂梁上面布置鉆臺和井架，鉆臺可橫向左右滑移15英尺。主甲板艏部布置生活樓，含直升機平臺，生活樓定員120人。

鉆井平臺在工作過程中，通過大型鉆井設備驅動泥漿循環作業實現鉆井功能。泥漿本身會揮發出可燃氣體，因此鉆井設備、泥漿容器和參與泥漿循環處理的各環節設施都可能泄漏可燃氣體，此部分區域為危險區域，在危險區域內需要使用防爆型電氣設備。因此，鉆井平臺的危險區域劃分及對應設備選型非常重要。

1 鉆井平臺危險區劃分

1.1 船級社對鉆井平臺危險區劃分特定要求

按照ABS MODU 2014/4-3-6[1]對于危險區的定義，船級社依據鉆井平臺可燃性氣體可能出現及持續時間的不同，由高到低將危險區分為Zone 0、Zone 1和Zone 3這3個等級。對于平臺鉆井時與泥漿系統循環相關的部分，美國船級社（ABS）在各等級危險區中的描述分別如下：

“5.1 Hazardous Areas Zone 0 Include: (2012)

i) The internal spaces of closed tanks and piping of the mud circulating system between the well and the final degassing discharge (e.g., escape gas outlets),[1]5.3 Hazardous Areas Zone 1 Include:

i) Enclosed spaces containing any part of the mud circulating system that has an opening into the spaces and is between the well and the final degassing discharge[1]

5.5 Hazardous Areas Zone 2 Include:

i) Enclosed spaces which contain open sections of the mud circulating system from the final degassing discharge to the mud pump suction connection at the mud pit.”[1]

翻譯如下：

“5.1 劃分為0類危險區的處所如下

i) 井液循環系統中從井口至除氣排出管終端之間的內部空間。

5.3 劃分為1類危險區的處所如下

i) 井液循環系統中從井口至除氣排出管終端之間管道泄露位置。

5.5 劃分為2類危險區的處所如下

i) 包含有從最終除氣排出口至坑池處井液泵吸入接管間的井液循環系統的圍蔽處所?！?/p>

根據以上描述，ABS船級社將與泥漿循環相關的設備、艙室、容器和管路區域均設定為危險區域，同時，設備和管路上的法蘭、閥門等連接位置對應的氣體延伸區域也均被定義為危險區。

1.2 危險區域劃分圖

按照ABS MODU 2014/4-3-6的要求，本項目危險區域劃分圖紙如圖1所示。平臺主要的危險區域都集中在泥漿循環相關的設施周圍。從機艙的泥漿艙開始，泥漿經由泥漿泵、泥漿管線、鉆臺計量罐、閥組、頂驅和鉆桿傳送至井口底部參與鉆井作業，再經套管回流后進入主甲板泥漿處理單元進行除氣、除沙和除泥，最后回到泥漿池進行循環。與整個過程相關的設施和對應延伸區域均為危險區。

圖1 自升式鉆井平臺危險區劃分圖

2 鉆井平臺運行工況對危險區定義和設備選型的影響

2.1 自升式鉆井平臺運行工況

自升式鉆井平臺根據其不同運行階段可分為以下運行工況。

1）拖航工況。Super 116E型鉆井平臺沒有安裝推進器，不具備自航能力，因此需要使用拖輪拖拽平臺航行至目標海域，此工況為鉆井平臺的拖航工況。在拖航工況下，鉆井平臺部分設備工作維持其基本運行能力。

2）升降工況。自升式平臺到達目標海域之后，在鉆井作業之前需要插樁固定并進行平臺升降和壓載測試，這個過程為平臺的升降工況。在升降工況下，升降裝置投入使用。

3）鉆井工況。鉆井工況下，平臺投入鉆井作業。根據不同條件下運行設備的不同，鉆井工況可分為輕載鉆井工況、重載鉆井工況和起下鉆桿工況等。在鉆井工況下，泥漿泵、鉆井絞車和頂驅等大型鉆井設備投入運行，各鉆井設備均圍繞泥漿循環系統工作，泥漿循環系統為鉆井作業的核心系統。

2.2 危險區域內的設備選型要求

按照ABS MODU 2014/4-3-3/9.1.2要求，危險區域內需要使用防爆型設備[1-2]。“9.1.2 Electrical Equipment

Electrical equipment used in hazardous areas is to be manufactured, tested, marked and installed in accordance with IEC Publication 60079, or other recognized standards, and certified by an independent testing laboratory acceptable to ABS.”[1-2]

翻譯如下：

“9.1.2 防爆電氣設備

防爆電氣設備的制造和試驗，應符合本社接受的有關標準的規定；并應具有本社認可的防爆主管試驗機構核發的防爆合格證?！?/p>

根據此處描述，所有布置在危險區域內的電氣設備都需滿足防爆要求。考慮到本項目危險區域面積大，涉及到的電氣設備范圍廣、數量多，且部分設備只在單一工況下投入運行，因此，項目組與船級社溝通，對部分設備的選型是否需要滿足防爆要求進行澄清。

2.3 鉆井平臺在拖航工況下，對危險區范圍內部分電氣設備選型的澄清

根據海上避碰規則[3]要求，本項目需要在鉆臺尾部區域布置航行燈具，包括尾燈和尾部錨燈，如圖2所示。根據危險區劃分要求，鉆臺及周邊區域均為危險區，這些航行燈需要布置在此處危險區內，如過嚴格按照ABS規則執行，則這2個航行燈均需要使用防爆類型燈具。然而在拖航工況下，泥漿循環系統并沒有處于工作狀態，在此條件下不會有可燃氣體產生。據此與ABS進行澄清，建議在此處使用非防爆的航行燈具。經與ABS溝通，ABS同意在此項目上分工況進行危險區范圍判斷和設備選型的建議，同時ABS提出要對航行燈的工作狀態做明確說明，以避免在鉆井作業時對航行燈誤操作而引起危險。因此，在控制室內的航行燈控制板附近增加警告牌，如圖3所示，禁止在鉆井作業時操作航行燈。此外，還在操船手冊中說明航行燈只允許在拖航工況下使用，如圖4所示。最終，本項目鉆臺區域航行燈選型為非防爆類型，此項設計滿足ABS要求。

圖2 鉆臺尾部航行燈布置

圖3 航行燈控制板操作警示牌

圖4 航行燈操作說明

2.4 鉆井平臺在升降工況下，對危險區范圍內部分電氣設備選型的澄清

本項目平臺的泥漿處理單元布置在主甲板尾部區域，相關設備和泥漿容器均采用敞開式布置。從圖5可看出，其危險區范圍覆蓋了部分升降系統電機。升降系統如使用防爆類型電機，將會對項目成本產生很大影響。考慮到升降系統相關的設備只在平臺升降過程中投入運行，在平臺鉆井工況下不使用，因此是否更換為防爆電機并不會對平臺的安全性能產生影響[4-5]。對此，項目組與ABS溝通，向其說明情況并建議升降系統使用非防爆電機，ABS最終接受此設計方案，同時要求在本項目操作手冊中對此做明確描述并做警示牌，船廠按要求完成，如圖6所示。升降系統電機僅在平臺升降過程中使用，鉆井工況下不運行，因此這部分電機最終選型為非防爆類型，此項設計符合船級社要求。

圖5 泥漿處理單元布置危險區域

圖6 升降系統操作警告牌

3 小結

項目組最終與ABS達成一致，針對只在特定工況中投入使用的設備，其設備選型按照其運行的特定工況進行考慮，并在明顯位置做出警示。據此，部分航行燈、部分升降系統電機和部分滑移系統電機均不需要使用防爆類型設備。本項目已成功交付，設備運行穩定，由其他部門進行的各類后續檢驗也證實了方案的可行性。

4 結論

ABS MODU在關于危險區劃分和危險區域設備選型的描述中，沒有提及鉆井平臺運行工況的差異性。部分危險區域僅在特定的運行工況下存在，如果有設備確定在此特定工況下不會運行，則可以將此設備按照“布置在安全區域”進行選型。在與船級社澄清的過程中，船級社對此予以接受，其重點對指定設備僅在特定工況下的運行狀態進行確認。在項目執行過程中，需要加強對船級社規范的理解，也需要針對具體問題加強與船檢的溝通，盡量避免過度設計，降低項目成本。