海洋石油平臺管道布置設計與研究

摘 要：我國石油行業處于高速發展期，海洋石油逐漸成為主要開采源，而海洋石油平臺成為關鍵設備，備受石油行業關注。目前我國的海洋平臺技術已經達到國際先進水平，但在實際運用中依然存在不足，如平臺管道布置和優化設計。鑒于海洋平臺結構復雜，成本高昂的特點，因此必須在設計和優化環節下功夫，對降低制造成本，提高平臺穩定性和利用率有較大益處。為此，本文從海洋平臺管道布置的優化設計方面分析探討，并且提出針對性的優化設計策略，希望能為有關設計單位的后續研究提供幫助。

關鍵詞：海洋平臺;管道布置;設計研究;布置優化

0 引言

海洋石油開采是我國未來發展經濟、解決能源緊缺問題的重要手段，我國在渤海、南海都發現了豐富的石油資源，為我國下一步經濟發展提供了能源基礎。但同時也應重視海洋環境保護，避免開采中對海洋環境造成較大破壞和污染，因此海洋石油平臺的設計是一項重要工作，其中管道系統的各項性能直接關系到石油開采安全和污染情況，在管道布局設計環節要求具備較強的專業知識，且擁有一定的實際工作經驗，才能勝任這項關鍵任務。

1 海洋平臺及平臺管道概述

1.1 海洋平臺介紹

海洋平臺是海洋石油、天然氣等多種資源開采的基礎設施，是海上作業基地，具備多用途。通常平臺的主體結構分為固定式和浮式、自升式平臺等等，其結構較為復雜，可通過設計和優化技術來降低制造成本。其中優化設計是重要的設計思想，對于改變傳統結構，降低成本較為顯著。例如，根據同類產品的設計經驗，擬定平臺的各項尺寸，隨后通過大量的計算、驗證、修改后才能定性，然后優化設計要求較高，需要專業的技術和人才。

1.2 海洋平臺管道系統的分類

目前較為海洋平臺有兩種：導管架平臺和自升式平臺。導管架平臺是應用最為廣泛的固定平臺，通過打樁以樁腿為基礎固定在海床上，可經受大風大浪和洋流等較大外力作用。自升式平臺屬于移動式，由主體、樁腿、升降系統構成，同樣以樁腿支撐主體，可通過升降系統到達預定高度作業，其特點是定位能力強、作業穩定性好，可在惡劣環境下工作。

1.3 平臺管道布置概述

海洋平臺管道是平臺的重要基礎部件，是連接各個設備和運輸開采的石油資源的主要設備，其密封性直接關系到石油泄漏和環境污染，因此石油管道可靠性、穩定性和安全性是設計布置中非常重要的一項任務。

平臺管道布置設計工作貫穿海洋平臺的整個設計過程，包括平臺初期生產、平臺建造過程、海上連接、平臺使用操作過程等。管道的布置設計工作內容較多，主要有設計數據收集、配管研究、管道布置、支架設計、設備協調、材料統計等。設計中往往運用到多學科知識理論，包括材料學、管道力學、電氣自動化、機械理論、油氣處理、環保衛生等等。設計人員首先要具備較強的專業知識和綜合能力，其次要熟悉相關標準規范，掌握工藝流程、海上平臺的安裝、運行、操作等基本技能。

1.4 海上平臺管道布置設計的重要性

海上作業具有周期長的特點，油層開發力度不斷加大，石油平臺的使用壽命以及長期穩定性都是面臨嚴峻挑戰，因此應根據石油平臺自身的規模和應對的環境條件來進行合理的布置設計，保證其穩定性，才能提高和穩定石油產量。同時合理的布置設計也能減少平臺的建造和維護費用，提高石油開采的效率。

2 海洋平臺管道布置優化設計

2.1 設計條件和設計資料準備

平臺管道設計較為復雜，要確保使用中的穩定和安全性，就需要嚴格規范設計流程，收集大量的平臺資源數據確保設計的精準性，因此必要的設計條件和準備工作是設計前非常重要的一項工作，主要包括工藝原理圖和管道數據表、有關結構資料、儀表資料、預定布置的設備、容器相關詳細資料、電氣設備和儀表托架布置圖和安裝圖、風機空調安裝圖、管道設計規格書等。

另外還需要考慮兩方面的設計，一個是管道支架設計，一個是管道應力分析。管道支架是支撐管道重量，控制管道靜止和運行狀態下的主要支撐設施，通常要考慮管子、管件和環境因素，尤其是動態效應的影響，如大風大浪、地震、機械振動等作用力。管道應力分析是實現管道設計經濟合理、安全可靠的重要手段，確定管道所需要的各項基本參數，保證管道自身結構的長期穩定性，同時在滿足相關規范的前提下節省開支。

2.2 管道布置設計的基本原則

在滿足了設計條件和資料的前提下，下一步就是開展管道布置設計工作。在設計過程中應遵循相關的標準和原則，協調統一，保證設計的合理性，主要包括以下幾個基本原則：

①合理性、合規性：管道布置設計應符合國家相關的法規和行業標準以及工藝要求、環保要求;②安全性和穩定性：海洋平臺長期在惡劣環境下作業，具備較高風險，因此保證平臺的安全性是非常重要的設計內容。管道布局設計同樣應從安全角度出發，在充分考慮人體工程學的前提下保證安全性能和穩定性，如人員操作位置、通行位置凈高不能低于2.2m，高溫管道應遠離操作人員，如有必要可進行隔熱處理;③不妨礙操作和維修：管道布置應考慮到日常操作，應不妨礙設備、儀表的操作和維護維修，在布置設計前應充分考慮各種設備的特點和使用情況，便于有足夠的空間;④可維護性：部分管道需要進行維護和管理操作，因此管道布置設計應具備一定的維護性，尤其是有閥門控制的地方，應方便操作人員接近和處理，如公用站、軟管站位置應靠近平臺邊緣;儀表管道的閥門布置在儀表附近，便于操作;⑤經濟性：在管道布置設計合理的前提下應注意成本控制，海洋平臺本身成本高昂，但不應無限擴大其成本，在滿足安全和功能需求的前提下可適當采取優化設計，減少成本，如管道柔性和設備管嘴的作用力不超過規定值的情況下，長度可適當降低，減少焊縫等。

2.3 管道布局

管道前期工作主要是管網的預布置、單體預布置、管道撓性分析判斷等工作，即通常所說的配管研究。

①管網預布置：設計主管網的走向布局，標高和主工藝系統的走向，要綜合考慮到外界因素和內部因素可能的影響，外界因素主要是環境變化，內部因素主要設計過程中可能出現的工藝變化、圖紙變化、設備變化等等。在預布置中出現的工藝流程、設備布置不合理的情況應及時反饋并且解決;②單體預布置：在管道布局實際工作中經常會遇到配管設計資料不滿足要求的布置設計，此時可單獨就那些預布置，即單體預布置。常見的如控制閥門組、海管立管布置、工藝泵進出口管線等等，同樣應及時反饋并且解決;③管道撓性分析判斷：管道設計前期的布局是否合理還要注重管道撓性的分析，常見的如需要進行應力分析，出現超溫、敏感設備連接管道以及根據以往經驗需要撓性分析的管道;④管道排列優化設計：管道設計中應注意單體排列，需要根據壓力大小和管道的特性來進行分析。整體管道布置應整齊有序，橫平豎直，成組成排，有利于相互支撐，不排除使用斜線連接。

3 結束語

海洋石油平臺作為一種非常復雜的海上作業平臺，在設計中應嚴格遵循相關的規范和標準，尤其是管道布置和設計應充分考慮多方面因素，包括外部因素和內部因素變化，這些因素可能會影響到管道的運行情況，因此合理的優化設計能一定程度上降低意外因素導致的各種事故。在管道設計中應遵循安全、功能、經濟等原則，從而實現海洋平臺的穩定運行。

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作者簡介：

肖祎萌（1985- ），女，天津薊縣人，本科，工程師，研究方向：石油行業工藝機械管道設計。