海上升壓站事故油罐及相關給排水設計合理性分析

文 | 劉鋒，蘇長南

目前，國內海上風電處于大規模開發的階段，海上升壓站作為海上風電場對外輸電的重要樞紐，其事故油罐及相關給排水設計方案若不合理，不僅會大幅度增加運維人員的工作量，還會造成違法超標排放的含油污水污染海洋，面臨巨額行政處罰的風險。本文就目前國內海上升壓站事故油罐及相關的給排水設計方案，分別從海洋環保要求、溢流和遠程控制排放、運維三個方面對其合理性進行了分析，并提出了相關建議。

海上升壓站事故油罐及相關給排水設計方案及其合理性分析

海上升壓站是集電氣、機械設備于一體，無人值守，自動化程度極高的海上固定平臺。該類型平臺的設計方案既要考慮正常運行的可靠性，又要滿足《中華人民共和國海洋環境保護法》中有關防污染的要求。目前，國內海上升壓站普遍采用油冷式變壓器進行輸變電，并布置了應急柴油發電機（配置了柴油柜）作為海上風電場、海上升壓站的應急電源，具體方案見圖1。

為防止上述設備維修時油料流入海洋造成污染，在設計階段分別對室外露天區域的散熱器、室內變壓器、柴油發電機、柴油柜設置了圍油欄，并在圍油欄封閉區域設置了地漏，通過管路把地漏與事故油罐相連以對油料進行搜集。極端天氣雨量較大時，散熱器處的雨水會迅速充滿事故油罐，當油罐液位達到溢流管的高度時，實現溢流排海，避免事故油罐爆艙；平時該區域的雨水進入事故油罐后，為減少運維船的接駁頻率、降低運營成本，通過遠程打開電動閥實現直接排海。當變壓器、散熱器檢修或發生冷卻油泄漏、柴油機檢修或柴油柜泄漏，其油料會通過地漏匯集至事故油罐，通過通岸接頭和運維船接駁，實現回收處理。

上述設計方案雖對泄漏的油料進行了搜集處理，避免引發海洋污染，但在合理性方面存在一定疑問，現就該方案從合理性方面展開詳細分析。

一、海洋環境保護要求解析

中華人民共和國是國際海事組織（IMO）A類理事國，在海洋環保方面堅定地執行著IMO及其下屬機構—海上環境保護委員會（MEPC）發布的相關公約及通函，如“400總噸及以上非油船和油船機艙艙底水，未經稀釋的排出物的含油量不超過百萬分之十五（15ppm）”“海洋石油鉆井船、鉆井平臺和采油平臺的含油污水和油性混合物，必須經過處理達標后排放；經回收處理后排放的，其含油量不得超過國家規定的標準”等相關要求已納入國家法規，并強制實施。

同時，國家海洋局是中國海洋環境保護的監管機構之一，含油污水的排放一直是國家海洋局監管的重點。國家海洋環境監測中心在國家海洋局的要求下，編制并發布了GB4914《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》標準。該標準明確規定含油污水排放濃度要小于15ppm。為避免海上風電的運行對海洋環境造成污染，2017年，國家能源局發布NB/T31115《風電場工程110kV～220kV海上升壓變電站設計規范》，明確規定海上升壓變電站污廢水經處理后的排放指標應符合現行國家標準GB4914的有關要求。

由此可見，將海上設施排海含油污水的含油濃度限定在15ppm已成為國內乃至國際海洋環境保護不可逾越的紅線。

二、溢流和遠程控制排放功能設置的合理性分析

（一）溢流達標排放方案

以散熱器圍油欄圍蔽區域面積約為120m2（2臺變壓器散熱器），事故油罐總容積約為80m3（按單臺變壓器冷卻油量和該區域消防水量考慮，未考慮極端天氣的雨量影響），有效容積約為72m3（溢流管高度約為事故油罐90%總容積高度）為例，通過計算可知：當單天或連續數天降雨量達到或等效達到600mm/d（南海海域極端天氣多、海況差、運維船可及性低，單天或連續數天降水量超過此數據的可能性大）時，其搜集雨量容積達到72m3，會發生溢流排海情況。要實現溢流排放的油水混合物含油濃度完全小于15ppm，則事故油罐中含油總量不能大于1.05L。

圖1 海上升壓站事故油罐及給排水系統設計方案

（二）遠程控制達標排放方案

取事故油罐總容積約為80m3，有效容積約為72m3（溢流管高度約為90%總容積高度）。當罐中液體體積小于72m3時，則不會發生溢流排海。取72m3限值進行計算，此時事故油罐中含油總量不大于1.05L，才能實現其油水混合物含油濃度完全小于15ppm。

三、運維的合理性分析

（一）運維工作量的合理性分析

通過上文分析可知，若要實現溢流或遠程控制達標直排，以減少運維船舶往返的接駁頻率，降低運維成本，需嚴格控制事故油罐及其相關給排水管路里的殘油量。一旦事故油罐及其相關的給排水管路殘油、變壓器檢修冷卻油或其他油料泄放至事故油罐，需第一時間派運維人員和船只對油料進行接駁，對管路和事故油罐內部進行清理，反復沖洗，不斷取樣檢測并加以計算，當其殘油總量不足以造成超標排放，方可實現無風險直接排海，但由此帶來的清理工作量巨大。

（二）運維費用的合理性分析

圖2 海上設施含油污水達標排放設計方案

表1 海上設施含油污水達標排放解決方案

若采用船舶接駁的方式接駁事故油罐中的含油污水，以此替代直接排海實現“零”污染排放，完全規避溢流或遠程控制超標排放的風險，通過上文分析并結合南海海域特點可知，散熱器區域雨水會全部流到事故油罐，短時間內即可形成大量的含油污水，這就要求接駁船舶不僅要有較強的抗風浪能力，還要有較大的含油污水裝載能力。

目前國內海上風電運維船多為小型船舶，船長為13.4～28m不等，抗風浪性能基本都在25m/s以下風速、2.5m以下有義波高，且均不具備大量含油污水接收功能，難以滿足接駁要求。如要實現含油污水的及時接駁，需租用裝載能力強、抗風浪性能好的海工供應船（OSV）。目前市場上OSV的租金約3.5萬元/天，相比小型運維船0.55萬元/天的租金來說，費用較高，無形中增加了風電場的運維成本。再加上如遇極端天氣，雨量較大，若接駁不及時，則會出現透氣管溢油或爆艙污染海洋的事故（因目前升壓站事故油罐容積未考慮雨量的影響）。為降低污染風險，無形之中又要增加OSV的租用頻率，造成運維成本劇增。同時，OSV接駁的油污水需運至碼頭進行陸上回收處理，并支付相應的處理費用。若對散熱器區域的雨水進行全部搜集，則油污水體量較大，需支付的處理費用也較高。

海上設施含油污水達標排放設計方案及其合理性分析

通過上文分析可知，對于現有海上升壓站事故油罐及相關給排水設計方案，其直排功能的設置—極端天氣雨水引發溢流直排或人為遠程控制直排，發生海洋污染事故的風險較高，不符合國際嚴苛的海洋環境保護公約以及國內相關法律、法規要求。而如能實現對雨水進入事故油罐總量的有效控制，則既能取得達標排放的效果，又能降低雨天事故油罐溢流產生污染的風險和大型船舶的租賃頻次與租賃費用，同時也可以減少油污水的處理總量和處理費用。因此，如何實現有效的總量控制，將是海上風電建設者，尤其是升壓站事故油罐及相關給排水系統設計人員需要面臨的問題。

為恪守國際公約以及IMO各成員國頒布的海洋環境保護法規，實現海上設施含油污水的達標排放，目前國際海上設施（包括船舶、移動式鉆井平臺、固定平臺等）在設計時，必須設置相應的檢測系統，杜絕超標排放，各國海洋監管部門認可的解決方案如表1所示。

通過表1和圖2可知，目前各國為防止含油污水超標排放，不允許海上設施設置含油污水的直排管路，確實需要排海的，按照上述解決方案，需在管路上設置排油監控系統。該系統由取樣管、油份檢測儀、控制箱、電動三通閥、排放管組成，其工作原理為：含油污水排海前需經過油份檢測儀檢測，判斷其含油濃度是否超出15ppm，并輸出相應信號至控制箱，控制箱控制T型三通閥的轉動，實現達標則排海，超標則泄放（泄放至油污水罐），露天甲板含油機械區域雨水的排放亦是如此。經油份檢測儀檢測篩選后，最終儲存在油污水罐的含油污水均屬于超標污水，通過通岸接頭與船舶連接進行駁運處理，并運回岸上進行集中處理。而達標的水流（含雨水）則直接排海，有效地減少了油污水罐的接收量和駁運船舶的駁運量。

上述方案在海上設施設計、建造階段，以及后期運行階段雖由各國海洋監管機構認可的法定檢驗第三方—船級社負責監督，各國監管機構負責監管，但含油污水排放標準始終按含油量不得超過15ppm統一執行。

將現有的海上升壓站事故油罐及相關給排水系統，與海上設施含油污水達標排放成熟的設計方案進行對比，不難看出后者的出發點與前者存在一定的共性：用于露天區域可能含油水流（含雨水）的搜集，防止油類流入海洋污染海洋環境。但后者較前者更趨于合理：（1）后者經檢測排放的水流可完全滿足排放要求，而前者存在較大的不可控性（無法保證排放是否達標）；（2）后者對雨水的處理更為理性，實現了達標自動排放，否則主動搜集的功能，有效地降低了達標雨水進入罐體的可能性。如將兩個方案進行有效結合，則能夠更好地解決海上升壓站事故油罐及相關給排水系統設計人員面臨的總量控制難題。

結論

綜上分析，目前國內海上升壓站事故油罐及相關給排水系統的設計方案中溢流直排和遠程控制直排功能的設置缺乏有效的監控，難以實現法律、法規及相關規范關于含油污水排放“其含油濃度不得超過15ppm”的要求，既存在違規排放污染海洋的風險，又有增加建設單位運維工作量和運維費用的弊端。

通過對現有國內海上升壓站事故油罐及其相關給排水系統設置排油監控系統，不僅能實現真正的達標排放，切實履行法律、法規的要求，還能通過該系統實現散熱器露天區域雨水達標后自動排海的功能，以此減少進入事故油罐的雨水量，減少運維人員清除殘油的工作量，降低含油污水的處理量和相關船舶的租賃費用，維護海上風電建設單位的利益。同時，設計事故油罐容積時，不僅要考慮變壓器冷卻油量和該區域消防水量，更要結合當地海域歷年降雨量、運維船舶的可達性及其含油污水的接收能力，確定合理的容積，避免出現溢油或爆艙事故。