關于海洋工程裝備項目中的碳排放研究

石 海 牛建華 薄 浩 王舉田 劉 超

海洋石油工程（青島）有限公司 山東青島 266520

溫室氣體作為影響全球溫度的主要因素之一，已經得到全世界的關注。聯合國1972 年開始組織環境問題的國際會議，1994 年3 月21 日《聯合國氣候變化框架公約》推出并產生法律約束力。2015 年12 月12 日，《聯合國氣候變化框架公約》一致通過了《巴黎協定》，此協定最終目標是在21 世紀末將全球氣溫上升控制在工業化前水平1.5℃以內。中國政府要求，在“十四五”期間嚴格控制煤炭使用量增長，并在“十五五”期間逐步減少。對于碳排放量總體而言，在2030 年力爭達到二氧化碳排放峰值，并爭取在2060 年達到碳中和的遠景目標。

海洋工程裝備的制作工作大部分為鋼結構材料的加工，在原材料制造、切割、焊接等過程中均存在一定的二氧化碳排放。因此，如何管理好海洋裝備項目的建造、運行階段[1]的碳排放工作，減少碳排放量，對于配合國家完成碳排放目標具有重要意義。

1 建造階段

海洋工程裝備一般工期壓縮較多，存在一定程度上的“三同時”（設計、采辦、建造）。因此，在建造初期，項目的關鍵長線設備到貨時間、施工圖紙、材料到貨狀態無法準確到可以編制翔實可行的建造實施計劃，僅能從項目整體上規劃各專業的建造工作。隨著建造工作逐步推進，圖紙、材料、人力等資源狀態逐步明朗，再將項目計劃進行滾動更新，優化建造工作安排，將建造工作的計劃工作細化到五級計劃[2]，做到建造工作最優解。從而盡可能減少由于資源沖突及管理效率導致的鋼結構切割、焊接工作，從項目管理上整體減少碳排放。

1.1 結構專業

鋼結構加工制造過程中涉及切割（高溫切割，工業混合燃氣、天然氣等燃料氣體燃燒排放）、焊接（二氧化碳氣體保護焊接）等操作。海洋裝備中的結構專業主要發揮的是支撐作用，實現各種功能的機械設備、工藝管線、電力/控制/ 通訊設備設施的支撐物。例如，常規海洋工程裝備中有水下支撐結構的石油開采平臺及靠海洋浮力漂浮的FPSO 等，均需要結構專業的鋼板、H 型鋼、角鋼等鋼材搭建可以容納、支撐其他設備設施的構造物，將各組件整合成為一個整體，比較可靠的連接形式就是焊接。

在結構專業建造施工中，涉及碳排放量較大的主要為鋼板、H 型鋼及甲板板切割、組對、焊接完成的結構片的預制工作；甲板片與不同甲板層支架支撐的立柱與拉筋之間的切割、組對、焊接工作；甲板層之間的房間墻皮及結構附屬附件的切割、組對、焊接工作；平臺管線可燃氣體燃燒或者放空的火炬臂或者放空塔相關的切割、組對、焊接工作；平臺擋風用的擋風鋼結構體切割、組對、焊接工作；部分水下支撐結構的大型卷管、拉筋、加強筋板、防沉板和裙裝套筒等結構物的切割、組對、焊接工作。

1.2 機械專業

機械安全設備的安裝過程中涉及設備底座與主體結構之間的連接切割、焊接工作。設備坐落在結構物上，為了保持設備固定牢固，有兩種連接方式：第一種是現將設備底座通過焊接的方式與平臺之間進行固定，再將設備與設備底座通過螺栓緊固；第二種是設備底端與接觸的結構材料直接焊接在一起。在機械設備安裝期間，主要的碳排放工作存在于設備底座安裝時的切割、組對、焊接過程中。

1.3 配管專業

管線在海洋裝備的運行過程中要實現流體、氣體的輸送等功能，包括高溫、腐蝕性的液體輸送。工作時，可能存在震動、熱脹冷縮等變形。管線需要通過支撐附件將固定在與主體結構之間的一定范圍內，此過程需要附件安裝的切割、焊接工作；管線要一段一段拼接起來，此時需要對接焊口之間的切割、焊接工作。需要在結構支撐物上安裝管支架、沖徑管等支撐次級結構，再通過管鞋、抱卡、導向塊等固定裝置將管線固定在一定范圍內。配管專業的碳排放工作主要存在于這些管支架等附屬結構的切割、組對、焊接工作過程中。

1.4 電儀訊專業

電儀訊設備、電纜等支撐附件與主體結構之間的連接需要切割、焊接工作。電儀訊專業主要是海洋裝備的動力電力傳遞、控制 通訊信號傳遞、現場終端的燈具、電磁控制閥等功能實現等作用。這類材料、電儀設備與主體結構之間需要通過支撐件等形式進行固定。支架等次級結構下端通過焊接等形式與主體結構連接固定，上端通過螺栓等形式將電纜、小設備固定。此專業的碳排放工作主要體現在電儀訊支架等次級結構的切割、組對、焊接工作過程中。

1.5 舾裝專業

舾裝專業主要涉及焊接附件與主體結構之間的安裝焊接工作。舾裝專業主要體現在海洋裝備的人員、設備海上生存期間的生活所需，以及設備環境所需的房間內生活裝飾。房間內的門、窗、舾裝板、地面地板、天花板與主體結構之間的固定工作通過支架等小型結構物實現。結構專業上需要焊接舾裝專業的支撐結構，支撐結構上安裝保溫棉等保溫材料進行保溫，然后安裝舾裝板等材料。此專業的碳排放工作主要體現在舾裝支架等次級結構的切割、組對、焊接工作過程中。

1.6 通風空調專業

生活工作所需通風設備、風管支撐附件與主體結構之間的切割、焊接工作。通風專業主要實現海洋裝備所需的房間內外通風、房間內溫度控制。這涉及通風風閘、風管、穿艙件、空調等均需要與主體結構固定。相應的通風空調支架、底座等一端與主體結構焊接固定，另外一端通過螺栓等連接形式與設備、風管等相連接固定。此專業的碳排放工作主要體現在通風空調支架等次級結構的切割、組對、焊接過程中。

1.7 電力資源

建造過程中打磨機、焊機等設備設施運行需要使用電力資源。在建造過程中，受工期、氣候條件等限制，需要連續作業，涉及照明輔助；在鋼結構加工過程中，材料切割后需要電動力的砂輪機進行打磨，涉及焊機和焊接；在結構件等連接焊接工作完成后，需要將結構件表面打磨潔凈后涂敷保護涂層；管線試壓時需要打壓泵進行管線壓力試驗工作；還有部分使用電作為動力的設備設施在項目建造期間為項目正常建造發揮著作用。

1.8 其他

此外，還涉及建造過程中的人員、物資運輸所需常規及特種車輛燃料燃燒排放，以及健康安全管理設備配置方面滅火器等部分氣體的逸散排放。

對建造階段各專業的碳排放源進行識別，詳見表1[3]。

表1 海洋裝備建造階段碳排放源識別表

2 調試階段

一座3000t 的采油平臺往往有上百臺設備、數十萬米電纜，因此調試工作量較為繁重。為了縮短調試所占整個項目周期的長度、降低成本考慮（陸地調試成本底，海上調試成本高），會將調試分為預調試和調試階段[4]。在調試階段，按照各專業的功能區分為電力系統、油系統和水系統等不同功能的各組件。使平臺從成千上萬個小組件逐步運轉起來，成為一個各系統功能順利運行、協作發揮最終目標的整體。此階段主要涉及碳排放管理的為設備調試所需的燃料燃燒、電能消耗。調試期間可以通過采用功率較低的臨時供電系統等方式來降低使用正式發電機所耗用的燃料油量[5]，降低燃料燃燒的碳排放量。

對于調試階段的碳排放源進行識別，詳見表2。

表2 海洋裝備調試階段碳排放源識別表

3 運行階段

（1）海洋裝備中的動力中心，燃料燃燒發電或者使用外來電力供給裝備的各設備設施運行過程中，涉及碳排放。在裝備運行期間，在滿足裝備各設備設施運行的前提下，使用最小消耗量的燃料消耗或者電力能源使用，可以將海洋裝備的此部分碳排放降到最低。

（2）海洋裝備與陸地之間需要進行人員、物資、開采資源的運輸，這就需要拖輪等進行運行，涉及移動源燃燒排放。

（3）海洋裝備在運行期間需要保障消防安全，因此對于部分消防設備設施也存在少量的逸散排放。

表3 為海洋裝備運行期間的碳排放源識別表。

表3 運行階段碳排放源識別表

4 結語

從海洋裝備項目的策劃、設計、建造、運行各階段的全壽命周期來看，項目的建造、調試、運行階段對整個項目建造發揮著關鍵作用，如果能夠在此階段對碳排放進行較為完善的管理，可更有效地做好碳排放控制工作。