深水半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)液壓式浸沒泵系統(tǒng)安裝技術(shù)應(yīng)用

朱傳超， 常小龍， 嚴(yán) 翼， 陳 果， 武風(fēng)晨

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266555)

0 引 言

陵水17-2深水半潛式儲(chǔ)油平臺(tái)(“深海一號(hào)”能源站)是世界首個(gè)十萬噸級(jí)半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)，用于我國首個(gè)深水自營大氣田陵水17-2氣田，該深水半潛式處理平臺(tái)作業(yè)水深為1 420 m[1]。該平臺(tái)由兩部分組成： 一是船體部分，二是上部組塊部分。整個(gè)平臺(tái)的船體部分由底部浮箱和4個(gè)立柱組成，主要包括壓載艙、凝析油艙、乙二醇艙、污油艙、淡水艙、柴油艙、空艙、機(jī)械處所、電氣及機(jī)械設(shè)備間等，總高度59 m，排水量1.05×105t。天然氣在生產(chǎn)和處理過程中會(huì)產(chǎn)生凝析油和含有的生產(chǎn)水，儲(chǔ)存在相應(yīng)的液艙內(nèi)，需要增壓設(shè)備將凝析油或污水進(jìn)行循環(huán)處理或外輸，由于儲(chǔ)存艙室較深且操作空間小，安全穩(wěn)定性要求很高，該平臺(tái)的貨油泵選用了液壓式浸沒泵[2]。另外，基于該平臺(tái)其他設(shè)計(jì)因素的考慮，排載泵同樣采用液壓式浸沒泵，與貨油泵共用液壓泵站。

在該項(xiàng)目的船體建造過程中，浸沒泵系統(tǒng)安裝是一項(xiàng)十分重要的工作，安裝進(jìn)度和質(zhì)量將直接關(guān)系到該項(xiàng)目的成敗，安裝過程中雖然有廠家服務(wù)工程師的指導(dǎo)以及廠家提供的浸沒泵安裝通用指導(dǎo)手冊(cè)，但是每個(gè)項(xiàng)目都有自身的特點(diǎn)，在實(shí)際安裝應(yīng)用過程中，還是存在一些問題和需要優(yōu)化的事項(xiàng)。本文基于該項(xiàng)目浸沒泵系統(tǒng)的配置，對(duì)液壓式浸沒泵系統(tǒng)的組成進(jìn)行了論述，主要對(duì)浸沒泵系統(tǒng)中的液壓管線預(yù)制及安裝、泵安裝技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出了注意事項(xiàng)，以便為今后類似工程施工提供參考。

1 液壓式浸沒泵系統(tǒng)

該平臺(tái)在船體的4個(gè)立柱內(nèi)布置有4個(gè)凝析油艙、3個(gè)乙二醇艙、2個(gè)污油艙以及壓載艙和其他艙室，底部環(huán)形浮箱由壓載艙和機(jī)械處所組成。貨油泵(凝析油泵、乙二醇泵和污油泵的統(tǒng)稱)布置在相應(yīng)的液艙內(nèi)，排載泵布置在豎井和機(jī)械處所內(nèi)，底部通過吸入盒和排載管線與壓載艙進(jìn)行連通，在每個(gè)立柱內(nèi)配備一套液壓泵站，為該立柱上的浸沒泵提供動(dòng)力。浸沒泵詳細(xì)配置如表1所示。

表1 浸沒泵配置Tab.1 Configuration of submerged pump

該項(xiàng)目的液壓式浸沒泵系統(tǒng)由液壓泵站(HPU)、控制臺(tái)、回油管等部件組成，圖1所示為該船體一個(gè)立柱上的浸沒泵系統(tǒng)布置，該系統(tǒng)的所有部件全部由設(shè)備廠家提供。其工作原理如下： HPU提供高壓液壓油，通過液壓管線、控制閥組及泵柱內(nèi)的液壓管線達(dá)到泵頭，液壓油驅(qū)動(dòng)泵頭內(nèi)的液壓馬達(dá)進(jìn)而帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)做功，實(shí)現(xiàn)將液體排出[3]。

圖1 浸沒泵系統(tǒng)布置Fig.1 System of submerged pump

該系統(tǒng)中的液壓管線制作及安裝所需的材料全部由設(shè)備廠家提供，管線材質(zhì)為不銹鋼和雙相不銹鋼，整個(gè)預(yù)制和安裝需要完全滿足廠家提出的要求。液壓管線分為3種類型： 高壓進(jìn)油管、低壓回油管、控制管線，3種管線分別由不同管徑、材質(zhì)的管線組成。

泵主要由多節(jié)管柱組成，管柱是由多種管線組成的管束，包括進(jìn)回油管、介質(zhì)輸送管、吹掃管線、隔離空腔及檢查管等，基于制作和運(yùn)輸要求，每根管柱的長度不超過6 m。最頂部的管柱上部裝有頂板，頂板通過焊接與管柱成為一體，頂板通過與焊接在甲板上的座圈支撐進(jìn)行連接來固定整個(gè)泵，頂板上包括了所有的管線連接口。最底部的管柱與泵頭通過焊接或法蘭連接，由底部支撐圈支撐，液壓馬達(dá)位于泵頭內(nèi)，液壓馬達(dá)浸沒在液壓油回油內(nèi)，液壓馬達(dá)與單級(jí)葉輪通過一根短軸連接[4]，中間部分則是管柱。根據(jù)浸沒泵的長度，中間管柱沒有或由一個(gè)或多個(gè)管柱組成，同時(shí)布置相應(yīng)的中間支撐圈進(jìn)行支撐。浸沒泵結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 浸沒泵結(jié)構(gòu)[5]Fig.2 Structure of submerged pump

2 液壓管線的預(yù)制與安裝

該項(xiàng)目選用的液壓式浸沒泵系統(tǒng)的液壓管線所需的材料全部由設(shè)備廠家提供，包括管材、法蘭、螺栓、O型圈、墊片、通艙件、彈性管夾、閥門等，管路設(shè)計(jì)由船廠負(fù)責(zé)，船廠按照廠家提出的要求進(jìn)行管線的預(yù)制、安裝等所有后續(xù)工作。根據(jù)該項(xiàng)目在管線預(yù)制安裝施工過程中的實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合廠家技術(shù)要求和管線施工工序，各階段施工技術(shù)和施工要點(diǎn)總結(jié)如下。

2.1 管線預(yù)制

該項(xiàng)目的液壓管線材質(zhì)為不銹鋼、雙相不銹鋼材質(zhì)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)，廠家明確了管線預(yù)制技術(shù)要求，但如何將這些技術(shù)要求轉(zhuǎn)換到實(shí)際施工中，需要做大量的準(zhǔn)備工作和制訂合理的施工工序。

(1) 加工設(shè)計(jì)。管線在進(jìn)行加工設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)備連接、穿艙等位置三維方向上設(shè)置適當(dāng)?shù)墓芫€焊接現(xiàn)場口和管線余量。適當(dāng)?shù)卦黾蝇F(xiàn)場口數(shù)量，可以降低管線安裝過程中管線焊口的修改量，進(jìn)而減少管線酸洗、試壓等工作的重復(fù)進(jìn)行。

(2) 管線彎管。為能夠處理管線內(nèi)部焊縫以及減少焊縫的數(shù)量，該系統(tǒng)的液壓管線不允許管線與管線對(duì)接焊接，管線路徑折彎處采用管線彎管的方式。管線彎管時(shí)需要注意彎管的尺寸精度和橢圓度要求，建議對(duì)彎管處彎管前后的壁厚進(jìn)行測量。測量結(jié)果需得到廠家服務(wù)工程師的認(rèn)可。

(3) 管線焊接。根據(jù)管線材質(zhì)、管徑、壁厚等要素，提前做好相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定和WPS審批，以避免因?yàn)槌绦騿栴}影響施工。內(nèi)部焊縫高度要滿足要求，無損探傷比例要滿足船級(jí)社及廠家提出的要求，檢驗(yàn)合格的單管需要進(jìn)行單管強(qiáng)度試驗(yàn)。

(4) 管線表面處理。管線表面處理包括兩部分： 一是管線整體進(jìn)行酸洗鈍化，進(jìn)行內(nèi)壁清潔；二是管線表面的防腐處理。為避免酸液殘留在管線內(nèi)部，不允許采用管線串洗的方式對(duì)管線內(nèi)部進(jìn)行酸洗鈍化，需要將預(yù)制完成的管線放入酸洗池、鈍化池進(jìn)行處理，鈍化處理完成的管線做好防護(hù)，避免管線內(nèi)部二次污染。管線表面采用噴涂油漆的方式進(jìn)行防腐，對(duì)于不銹鋼管線，位于室內(nèi)的管線可以不進(jìn)行油漆。

2.2 管線安裝

預(yù)制完成的管線經(jīng)鈍化、油漆等作業(yè)后送至現(xiàn)場開始安裝。

(1) 管支架安裝。設(shè)備廠家對(duì)管支架的安裝有嚴(yán)格的要求，結(jié)合本項(xiàng)目安裝技術(shù)應(yīng)用，關(guān)于管支架的安裝需要注意以下兩點(diǎn)： ①管支架的設(shè)計(jì)要滿足廠家的要求，相關(guān)圖紙?zhí)峤粡S家認(rèn)可,以降低后續(xù)再增加管支架的風(fēng)險(xiǎn)。②管支架預(yù)先點(diǎn)焊在安裝位置，待管線安裝完畢后，通過調(diào)整管支架的高度，確保管線位于彈性管夾的中間位置，以減少修改工作量。

(2) 管線安裝。現(xiàn)場口的管線在現(xiàn)場裝配、焊接完畢之后，需要拆除，進(jìn)行管線的單管試壓、酸洗鈍化、涂裝等工作，然后再進(jìn)行回裝。由于整體管線連接完畢后，廠家服務(wù)工程師需要抽檢管線內(nèi)部的清潔情況，因此管線在安裝時(shí)，法蘭先不要進(jìn)行禁錮，待整體清潔檢查完畢后，統(tǒng)一進(jìn)行螺栓的禁錮工作。另外，管線安裝過程中需要注意管線內(nèi)部清潔度的保護(hù)，采取如下措施： ①在管線連接之前，禁止將管口保護(hù)蓋拆除;②管線或閥門拆除后，及時(shí)進(jìn)行管口防護(hù)；③在螺栓未完全禁錮之前，法蘭連接處做好保護(hù)。

(3) 管線密性試驗(yàn)及串油清洗。管線連接完畢并經(jīng)服務(wù)工程師確認(rèn)后即可開展管線氣密性試驗(yàn)工作，試驗(yàn)介質(zhì)為與使用時(shí)類型相同的液壓油，在加注液壓油之前，建議先用氮?dú)庾? kg壓力的氣密查漏。氣密性試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行管線恢復(fù)，待整個(gè)液壓管線系統(tǒng)連接完畢后，使用該浸沒泵系統(tǒng)自帶的HPU進(jìn)行管線串油清洗工作。

3 泵安裝

該項(xiàng)目所采用的液壓式浸沒泵是一種深井泵，由多個(gè)管柱組成，設(shè)備廠家提供了設(shè)備安裝技術(shù)要求及通用的安裝指導(dǎo)手冊(cè)，根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的不同，又有所差別。對(duì)于該項(xiàng)目所采用的液壓式浸沒泵而言，安裝技術(shù)分為2類： 排載泵和貨油泵。結(jié)合實(shí)際安裝技術(shù)應(yīng)用，安裝技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)如下。

3.1 排載泵安裝

每臺(tái)排載泵由10節(jié)管柱組成，總高度為57.6 m，泵的總體安裝邏輯順序以泵殼為基準(zhǔn)，由下而上進(jìn)行定位，激光器安裝在泵殼上，泵殼位于泵底座結(jié)構(gòu)支撐與泵頭之間，上部連接泵頭，一側(cè)連接排載管線。

(1) 甲板開孔尺寸。在結(jié)構(gòu)分段設(shè)計(jì)、施工時(shí)，甲板、艙頂板的開孔半徑尺寸要小于穿艙件(甲板座圈、穿艙管)的尺寸，該數(shù)值建議為100 mm，并在加設(shè)圖紙上予以標(biāo)注。提前開孔是為了使用激光器進(jìn)行測量和定位；前期開孔尺寸小，是為了精確定位后再進(jìn)行擴(kuò)孔，避免出現(xiàn)更換甲板板的情況。

(2) 泵底座結(jié)構(gòu)支撐和中間支撐結(jié)構(gòu)支架的安裝。泵底座結(jié)構(gòu)支撐在結(jié)構(gòu)分段制作階段進(jìn)行安裝，安裝時(shí)盡量保證底座的上平面水平，以減少安裝泵殼時(shí)的調(diào)整量。中間支撐的結(jié)構(gòu)支架在結(jié)構(gòu)分段制作階段進(jìn)行安裝，中間支撐在泵安裝完畢后進(jìn)行安裝，可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)支架上的開孔位置、中間支撐(上下一定范圍內(nèi)可以移動(dòng))的位置等方式，確保中間支撐有效連接。排載泵中間支撐如圖3所示。

圖3 排載泵中間支撐Fig.3 Middle support of discharge pump

(3) 甲板座圈、穿艙件的安裝。甲板座圈、穿艙件在進(jìn)行定位時(shí)，使用廠家提供的工裝和測量工具，主要是滿足兩個(gè)數(shù)據(jù)： 一是泵殼、穿艙件和甲板座圈三者的上表面之間的距離；二是確保三者的上表面水平度，而不是單個(gè)上表面的水平度。在進(jìn)行甲板座圈、穿艙件的焊接時(shí)，采取措施，控制焊接變形。

(4) 泵的吊裝與組裝。基于施工現(xiàn)場場地安排和吊機(jī)資源等原因，該項(xiàng)目的排載泵安裝采用了單根管柱吊裝、安裝時(shí)以組裝的方式進(jìn)行安裝，實(shí)踐證明這種方式是比較高效的，基本上一天能夠完成一臺(tái)泵的吊裝、組裝等工作。相對(duì)于在地面組裝3～4個(gè)管段后再進(jìn)行吊裝的方式，單根管柱吊裝、安裝時(shí)進(jìn)行組裝的方式有如下優(yōu)點(diǎn)： 一是省去了組裝胎架的制作，二是降低了管柱吊裝翻身的風(fēng)險(xiǎn)，三是以垂直方式進(jìn)行管柱組裝更快捷。另外，在進(jìn)行管柱吊裝翻身時(shí)，建議采用兩臺(tái)吊機(jī)，以降低對(duì)管柱損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 貨油泵安裝

貨油泵分為凝析油泵、乙二醇泵和污油泵3種類型，每臺(tái)泵都是由多個(gè)管柱組成的，其安裝技術(shù)與排載泵有所不同，泵的總體安裝邏輯順序?yàn)橐约装遄榛鶞?zhǔn)，由上而下進(jìn)行定位，激光器安裝在甲板座圈上。

(1) 甲板開孔尺寸?；谪浻捅玫陌惭b技術(shù)方案，甲板座圈的開孔尺寸按照甲板座圈的實(shí)際尺寸在結(jié)構(gòu)分段預(yù)制階段進(jìn)行開孔，后續(xù)無須再進(jìn)行擴(kuò)孔。

(2) 泵底座結(jié)構(gòu)支撐和中間支撐結(jié)構(gòu)支架的安裝。該兩項(xiàng)安裝工作必須在甲板座圈安裝完畢后進(jìn)行，因此該結(jié)構(gòu)支架在結(jié)構(gòu)分段預(yù)制時(shí)進(jìn)行點(diǎn)焊裝配即可。貨油泵中間支撐如圖4所示。

圖4 貨油泵中間支撐Fig.4 Middle support of cargo oil pump

(3) 甲板座圈的安裝、泵的吊裝與組裝與排載泵的安裝方式相同。無論是排載泵還是貨油泵，在進(jìn)行測量時(shí)，是要求多個(gè)表面之間的平行度，而不是一個(gè)表面的平行度，主要是確保安裝后的貨油泵與底座支撐、中間支撐、甲板座圈的上表面都垂直。

4 結(jié) 語

在深入掌握設(shè)備廠家提供的安裝通用指導(dǎo)書和各種技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合半潛式儲(chǔ)油生產(chǎn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式和布置，有針對(duì)性地制訂詳細(xì)的安裝技術(shù)方案，從項(xiàng)目開始階段就采取措施，不斷地進(jìn)行總結(jié)和優(yōu)化。通過對(duì)該系統(tǒng)安裝技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，能更好地為后續(xù)同類項(xiàng)目施工提供經(jīng)驗(yàn)支持，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率。另外，根據(jù)安裝技術(shù)方案，結(jié)合施工資源編制的施工計(jì)劃，更易于實(shí)施，有利于項(xiàng)目的進(jìn)行。