近海作業平臺海水系統及泥沙過濾設計

姚 鋒

（上海振華重工集團股份有限公司，上海 200125）

0 引言

自升式風電安裝平臺大多在近海、沿海海域施工作業，執行海上風電設備吊裝、儲運、維保等任務，并為平臺上機務人員、施工人員、管理人員提供食宿等生活保障，是海上施工作業的重要海工裝備。

海水系統是自升式風電安裝平臺上重要系統[1,2]。當平臺處于漂浮工況時，海水從左舷、右舷海底門及海水總管吸入；當平臺處于站立工況時，海水通過平臺上設置的升降塔潛水泵吸入， 各種工況均就地取水。海水主要應用于平臺上的冷卻水系統、預壓載系統、消防水系統（消防、甲板沖洗、雜用）、衛生水系統、沖樁系統等。由此可見，整個平臺離不開海水，涉及到的海水管路復雜且多樣。但實際情況是，近海、沿海海域海水渾濁、泥沙含量大，在平臺營運過程中，往往會出現泥沙堵塞管路的現象，造成海水管路系統運行不暢，海水艙淤積大量的泥沙，需要定期挖沙、沖洗管路，將耗費大量的人力物力，嚴 重的還會影響施工工期、減少平臺可變載荷。因 此，清潔的海水有利于平臺系統在壽命期內保持良好運行，減少人力成本，節省施工工期，提高平臺

作業效率。

由于設計和使用經驗不足，我國早期設計建造的近海作業平臺大多還是借鑒遠洋船舶的海水系統設計[3]，只注重系統功能性，沒有特別考慮近海泥沙淤積的情況。因此早期建造的近海作業平臺的弊端日益凸顯，使得目前新造平臺的用戶非常重視海水系統設計及除沙設計。本文將以某近海作業的1 200 t 風電安裝平臺為實例，探討海水系統及泥沙過濾的一些設計經驗。

1 系統設計詳述

1.1 系統主要設施配置

海水及泥沙過濾系統主要設施配置見表1。

表1 系統主要設施配置

1.2 漂浮工況

平臺在漂浮工況下，打開左右舷處的通海閥，各冷卻海水泵、預壓載泵、消防泵、衛生水泵、沖樁泵均通過海水總管吸水，并通過各自系統的排出口排出舷外，海水冷卻系統如圖1 所示。用于冷卻的海水經海水總管的1#/2#海水粗濾器過濾后，被1#/2#海水冷卻泵吸入，再經過泵后的1#/2#海水離心過濾器過濾，送至各個冷卻用戶后排至舷外；預壓載系統中，壓載泵通過海水總管吸水后，經壓載水處理裝置過濾處理后注入壓載艙。

消防水、衛生水、沖樁水設計有2 路吸入管，除了從海水總管吸入外，也可直接從2#海水艙吸入。2#海水艙儲存有更清潔的海水，由1#海水艙經過沉淀后溢流至2#海水艙，用以滿足消防（甲板沖洗、雜用）、衛生、沖樁等更清潔海水系統的要求。海水總管與1#/2#海水艙連接管系如圖2所示。

圖1 海水冷卻系統圖

圖2 海水總管與1#/2#海水艙連接管系圖

1.3 站立工況

實際上，平臺在作業區域時，大部分時間是處于站立狀態的，需要通過平臺上設置的2 臺潛水泵取水。本平臺在主甲板左舷、右舷分別設有2 套升降式海水塔系統，每套海水塔上配備1 臺潛水泵，能滿足設計工況下平臺站立時所需的用水量。潛水泵出口分別設置4#/5#海水粗濾器，粗濾后再經過1#/2#海水離心濾器過濾，最后注入1#海水艙（海水沉淀艙）。潛水泵至1#海水艙注水管系如圖3 所示。

圖3 潛水泵至1#海水艙注水管系圖

經過過濾的海水注入1#海水艙后，1#海水艙可通過連通管、遙控蝶閥、板式止回閥與2#海水艙連通；開啟遙控閥后，經沉淀的海水溢流進入2#海水艙，由此，2#海水艙可以儲存一定量更清潔的海水，以滿足海水清潔度要求更高的系統。另外，海水總管和1#/2#海水艙均有管路連接，且連接總管上設有3#海水粗濾器，由于1#/2#海水艙與海水總管間有高度差，在平臺站立工況下，僅需關閉海水總管上左右舷的通海閥，各海水系統的泵仍可通過海水總管吸水。

1.4 平臺升降工況

平臺升降工況是一個動態的過程，根據平臺升降高度和樁腿升降速度，可以預估升降持續的時間，用戶可根據實際情況，調整海水塔升降高度，使用潛水泵供應海水，也可在1#海水艙、2#海水艙內儲存足夠的海水量，使其在冷卻系統內部循環。該平臺管路設計能滿足平臺各個工況的使用要求。

2 泥沙處理過程

平臺上泥沙處理過程大致分4 個步驟：粗濾、精濾、沉淀和泥沙沖洗。

2.1 粗濾

平臺上設有5 個海水粗濾器，即海水總管左右舷的1#/2#海水粗濾器，左右潛水泵出口的4#/5#海水粗濾器（濾網網孔直徑均為5 mm），以及海水總管和海水艙連接管上的3#海水粗濾器（濾網網孔直徑為3 mm）。粗濾器的主要作用是濾除海水中的雜物、魚蝦、貝類、藻類等大尺寸懸浮物。

1#/2#/4#/5#海水粗濾器中裝有防海生物裝置，用于殺滅吸入海水中的海洋生物。考慮到必定有部分海洋生物漏網，并在1#/2#海水艙內存活、長大，所以設置3#海水粗濾器過濾，以避免存活的海洋生物從海水艙進入系統管路中。

2.2 精濾

海水離心濾器是一種基于顆粒物密度和大小以分離海水中懸浮顆粒物的設備。圖4 為海水離心濾器原理圖，圖5 為海水離心濾器三維模型圖。利用切線注入海水，增加離心力使顆粒向外移動。由廠家試驗報告可知，該過濾器對直徑≥50 μm的顆粒物，過濾效率高達95%；對直徑≥10 μm的顆粒物，過濾效率高達85%。海水離心濾器是模塊化設計的，可通過手動或自動控制，設有本地控制箱；自動模式時，按程序設定，可自動排污。該過濾器前期投入及后期維護成本低，除沙率高，非常適合自升式平臺近海作業工況。

圖4 海水離心濾器原理圖

圖5 海水離心濾器三維模型圖

經過海水離心濾器過濾后的海水，主要顆粒物為＜10 μm 的泥沙，其直徑約為頭發直徑的1/4～1/5。通過取樣發現，這種大小的泥沙靜置約30 min 后會在容器底部淤積成泥，海水則變得很清澈；而攪動之后，海水在管路內流動，則很快變渾濁，但泥沙不會在流動的管路內沉積。

2.3 沉淀

鑒于以上情況，設計了1 個2#海水艙作為清潔海水艙，通過高位連通管與1#海水艙相連。必要時，1#海水艙的海水經過約1 h 的沉淀，打開連通管閥，沉淀后的海水溢流到2#海水艙，則可得到更清潔的海水，以供應給平臺上的消防水（甲板沖洗、雜用）、衛生水、沖樁水等系統。

在連通管細節設計上也做了改進，如圖2 中A-A 視圖所示，在三通的上部擴口進水，并將三通下部封堵，開一小支管泄放，以防止泥沙沉積在連通管內。

2.4 泥沙沖洗

1#/2#海水艙作為海水的中轉站，經年累月必然會產生泥沙沉積，還有一些未被殺滅、濾除的海洋生物也會在艙內存活、生長。為保證海水艙內部的潔凈，設計了1 套洗艙系統，見圖6。在2個海水艙內均勻布置足夠數量的洗艙管及噴頭、沖洗艙壁及艙底，沖洗水來自高壓沖樁泵，污水通過壓載掃艙噴射泵排至舷外。

圖6 1#/2#海水艙洗艙管系圖

3 結論

1）通過以上分析和實船應用表明，只有在設計時充分考慮作業海域的特點，并結合用戶的實際使用經驗，在不明顯增加前期投入、后期維護成本的前提下，方可設計出更高效的海工產品。

2）海水系統作為近海作業平臺上的重要系統，在系統中設置一系列的過濾方法，可以極大地提高海水質量，從而提高近海平臺的作業效率和經濟效益。