海上石油平臺機械設備安裝優化

徐志源(湛江南海西部石油勘察設計有限公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

海上石油平臺設備安裝工作非常重要。在平臺建造過程中，由于各方面的原因，設備安裝會遇到許多問題，如果不能有效解決，必然會增加成本，影響工程進度、質量和安全，甚至影響到操作和維修保養。本文通過歸納、總結海上石油平臺設備安裝經驗，為后續項目做借鑒和參考，以便創造良好的效益。

1 海上石油平臺項目設備安裝特點

海上平臺設備種類多，涉及界面多，安裝工作需要由多個專業人員共同完成，安裝工序多。海洋平臺設備安裝工序，一般為先安裝設備本體；焊接固定后，再連接管線，同時連接電纜和接線；最后進行設備的單機調試工作。海上石油平臺設備安裝具體特點如下：

(1)海上石油平臺設備種類和數量多，按系統分為工藝設備和公用設備。工藝系統設備可細分為油處理系統設備、天然氣處理系統設備、生產污水處理系統設備等；公用系統設備主要有電站設備、熱站設備、儀表風/壓縮空氣系統設備、海水系統設備、淡水系統設備、生活污水處理系統設備、柴油系統設備、HVAC系統設備等。按照設備的特性分有容器類、泵類、壓縮機、原動機、鍋爐、換熱器、吊機、鉆修機設備以及其他設備。

(2)設備涉及界面多。海洋平臺設備從采辦到安裝涉及到設計方、業主、建造方、操作者、供貨廠商等。

(3)海洋平臺建造按照項目管理分工，一般分為結構、管線、電氣儀表、機械、暖通、安全、舾裝和防腐等專業。設備安裝工作往往需要幾個專業人員共同完成。

(4)設備安裝的一般工序：設備開箱檢驗、配件清點、編制設備安裝圖、劃線、底座(支架)預制、底座焊接、設備安裝、配件安裝、電氣接線、接管和設備調試。

2 設備安裝過程分析

海洋平臺建造是一項復雜、綜合性的大型項目，需要多工種協作。根據設備安裝過程，分析設備安裝的重點和難點，歸納起來主要有3種類型。

2.1 設備安裝位置空間有限

海上石油平臺用于海上鉆采作業、石油及天然氣處理輸送以及作業人員生活等，考慮海上吊裝和成本等方面，總體空間不大，而平臺上面有各種各樣的設備、工藝管線系統、安全消防設施、支撐結構等，導致設備安裝位置和維修空間有限。

在做設備安裝設計的時候，主要考慮6個方面：

(1)設備位置是否安裝要求，有沒有空間進行焊接固定；

(2)設備安裝位置有沒有足夠的位置制作支撐結構和吊架；

(3)設備安裝時，在移動路徑上面，是否有足夠的空間；

(4)設備主體安裝后，是否有位置安裝配件；

(5)安裝位置是否滿足連接管線和電纜的要求；

(6)安裝后是否方便操作，滿足維修保養的要求。

如果在安裝設計時，沒有考慮到上述環節，可能會造成返工，主要有以下7個方面：

(1)安裝位置過窄，施工人員無法進去焊接，或者只能焊接一部分，不能完全封閉設備，使得設備和周圍結構容易受腐蝕；

(2)由于位置不夠，支撐梁之間挨得太近，無法焊接，只能改變梁的尺寸或位置；

(3)設備安裝時，如果需要側裝，拖拉移動到安裝位置，就得提前做好方案，指出在移動路線上，哪些結構、管線及支架先不安裝；

(4)設備位置不夠，配件裝不上去，需要修改周圍結構；

(5)連接管線位置不夠，影響管線流體，從而影響到設備運行；

(6)連接電纜位置不夠，會使得電纜扭曲，不利于電纜壽命，也不夠美觀；

(7)操作和維護不方便，拆除部件沒有空間和通過路徑等。

如何能更充分利用平臺的空間，在做設備安裝設計時經常需要考慮。首先，在平臺總體設計時，根據設備特性和操作要求，布置主要設備；其次，在對每臺設備進行布置時候，考慮空間位置、設備尺寸以及設備配件的安裝；最后在采辦設備時，優化設備，盡量減少設備尺寸。

2.2 設備在安裝過程中與其他物體位置干涉

平臺上面設備數量多，設備中還有控制箱等。與設備干涉主要是平臺結構、電纜托盤、管線以及設備之間，產生的主要原因，第一是設備圖紙有誤或者不完整，在設計模型中未能反映出來；第二是平臺各專業一些小的安裝件，沒有設計在整體模型中，僅在各自的安裝設計圖中，在實際安裝后才發現。解決的措施主要是廠家提供滿足施工要求的圖紙，設計上完善三維模型并加強審查。

2.3 設備的接口和界面多

海洋石油平臺設備種類多，不同的生產廠家，有進口設備，也有國產設備，設備之間的界面和接口很多。在建造過程中，安裝設備也分成多個工序，設備安裝后，要連接管道系統，以及連接電纜，因此，要分清楚設備之間的界面。主要有：

(1)設備管口位置、規格及標準。例如鉆機泥漿泵與灌注泵之間的管口，它們之間距離近，位置窄，如果沒有預先考慮灌注泵管口標高，會造成管線根本無法連接；

(2)設備之間的界面。各設備之間的控制、反饋、保護等信號以及所需要安裝的元件，都需要明確。

3 設備安裝優化及應用

隨著海上石油平臺數量的增多，建造技術也在不斷發展和完善，有很多經驗值得總結。通過應用這些經驗，在項目建造過程中，可以減少現場修改工作量，在項目投產后，也有利于現場操作和維護保養。

(1)根據安裝和使用要求，選擇和改進設備，減小設備尺寸。例如，以往模塊鉆機上面使用的轉盤都是電機驅動，由于目前模塊鉆機都配備頂驅，轉盤使用率減少，因此用液壓驅動轉盤代替電機驅動轉盤。相比于電機驅動的轉盤，液壓轉盤有以下兩個優點：一是液壓馬達體積比電機小，中間還不需要減速機，節省空間；二是液壓轉盤無電機，不需要風機冷卻。電機驅動的轉盤需要風機冷卻電機，由于鉆臺為危險區域，需要將風機裝到安全區域，用風管與電機連接。鉆臺底部有很多管線和電纜橋架，經常出現和風管位置沖突的情況出現，從而引起了修改。并且風機安裝位置懸空，不方便維修。使用液壓轉盤后，可以節省空間，更加方面布置管線。

(2)將設備集成一起，可以充分利用空間。目前鉆機自動化程度越來越高，使用電液氣自動化控制的產品也越來越多，如鉆臺面上的自動排管裝置、鐵鉆工、液壓大鉗、液壓轉盤、液壓滑移系統等。將這些液壓設備的液壓源統一由綜合液壓站提供，能夠很好地節省空間。但將液壓站綜合起來后，液壓油的溫度也有可能會升高，對液壓系統壽命產生很大影響。產生的原因，由于各個用戶并不同時使用，當需要的排量小時，液壓泵回流多，使得液壓油溫度升高。另外，由于液壓轉盤系統為使用中位不泄壓的閥，而切換液壓大鉗使用了中位泄壓的閥，使得油不斷泄壓，從而使得液壓站的油溫升高。在設計液壓系統時，如果多個系統用戶，而各用戶流量不同時，考慮用多臺小排量液壓泵，代替大排量液壓泵，并且做好各系統之間的隔離，減少多余流量泄放，避免油溫升高。例如，一般鉆機液壓站使用兩臺75 kW的液壓泵，單臺泵設計流量為260 L/min，液壓轉盤需要的流量大約為260 L/min，而液壓大鉗、滑移系統的流量大約在100 L/min左右。液壓轉盤需要的流量較大，而使用率低，其他機具所需流量較小，回流的液壓油多，造成油溫升高。如果將液壓站改為3臺45 kW液壓泵，設計排量130 L/min。在不同工況下，可以根據流量，選擇開啟泵的數量，使用轉盤時，啟動兩臺泵，平時使用其他機具時只開1臺泵。這樣不僅可以降低液壓油溫度，還可以達到節能減排目的。根據使用情況，進行如下控制：主液壓站平時只用1臺泵，剩余2臺備用，不允許隨便開2臺泵，但是可以隨便切換3臺泵；在使用轉盤的情況下，允許隨意選擇啟動其中的2臺泵；任何情況下都不允許同時啟動3臺泵。

(3)鉆機的倒繩機和鉆井大繩布置。鉆機上面的鉆井大繩連接絞車、天車、游車，倒繩機用于儲存鉆井大繩以及轉動釋放鋼絲繩。很多鉆機的倒繩機布置在井架開口前，鉆井大繩從倒繩機到井架底部死繩固定器、絞車，再到天車和游車，繞了一大圈。在每次換繩都需要很多人拉。而把倒繩機布置在井架后面，鉆井大繩可以直接從甲板面到絞車及上到井架，減少了路程和轉彎，能夠節省人力。

(4)安裝螺旋輸送器。在鉆井作業中，螺旋輸送器將振動篩出口的巖屑輸送到巖屑排放槽。由于螺旋輸送器往往在鉆井過程中安裝，因此，鉆機建造時沒有考慮螺旋輸送器的安裝高度，位置跟振動篩同一水平面，而振動篩巖屑出口比螺旋輸送器低，巖屑排不到輸送器中。在平臺建造好以后，很難再將整個甲板結構修改，來降低輸送器的安裝高度。最后解決的辦法是在螺旋輸送器側面開口，使得振動篩篩出的巖屑能排到螺旋輸送器。最好的改進措施，是在平臺建造時，就將振動篩處甲板升高，讓螺旋輸送器和振動篩之間的高差滿足要求。

(5)發電機安裝設計。發電機的安裝須考慮散熱，在發電機調試過程中，常出現發電機溫度高報警停機的情況。海上的發電機一般都是海水冷卻，機房使用大風量的風機散熱。如果發電機機組沒有采用海水冷卻，而用百葉窗散熱，在設計時，應盡量不要在百葉窗外太近距離有設備或者結構障礙物，否則會導致機組散熱受阻。由于平臺空間小，發電機的排煙管走向不合理，短距離連續轉彎，使得煙氣排泄不順暢，也會讓發電機溫度升高。在安裝發電機過程中，要注意發電機排煙管支架的設置。由于排煙管溫度高而熱脹冷縮，因此在排煙管上面都會安裝膨脹節。如果支架設置不合理，會使煙管出口的膨脹節過度壓縮，還可能將結構框架拉變形。

(6)平臺上面的空調是人員居住和保持設備儀表溫度的重要設備，在對于平臺非常重要，而且需要經常維修保養。在平臺總體設計的時候，未考慮空調機的安裝和維修空間，或者廠家空調實際尺寸大等原因，使得空調室外機緊挨著欄桿，造成維修困難。空調室外機損壞，需要更換部件，一般都需要有300 mm的空間。因此在設計空調安裝位置的過程中，應該留下300 mm的維修空間，方便后續平臺的維修保養工作。在安裝空調時，需考慮制冷劑銅管的走向，特別在配電房，盡量能避開直接從配電柜上方穿過，同時做好空調銅管的保溫，避免冷凝水滴落在配電柜上。在平臺排水設計時，也要考慮空調排水。有的項目沒有提前考慮，安裝空調后，發現排水管只能排到房外過道，造成過道總是有水，存在安全隱患。應該將地漏設置在合理位置，方便將空調冷凝水引到地漏。在安裝過程中，如果空調排水管和開孔過高，會使得空調水排不出去，特別是電控間的空調，還會導致空調水泡電控柜，存在重大安全隱患。如果在項目中，使用海水冷卻空調，還需要注意海水的流量和壓力，能否滿足空調的冷卻。如果空調所在層位置比較高，平臺供應海水不正常時，空調就無法使用，影響到配電間的設備。

4 結語

綜上所述，通過熟知海洋石油平臺設備安裝特點，在海洋石油平臺建造項目的實踐過程中，歸納出現的一些問題，總結經驗，并進行優化設計，再應用到實際的設備安裝項目之中。通過這樣的過程，不僅可以避免現場返工，節省人力物力；還可以提高安裝質量，方便操作和維護保養；最后，也有利于改進設備。