海洋石油平台公用／仪表气系统工艺设计研究

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- . 技术交流 石油和化工设备 2013年第16卷海洋石油平台公用//仪表气系统工艺设计研究罗彭，张振鹏，张晓敏，孟宪武，张龙，邢文(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)[摘 要]分析了海洋石油平台公用/仪表气系统的工艺流程和计算过程，介绍了系统处理能力、设计压力、罐容等参数的选取原则和计算方法，总结了设计应注意的事项。

[关键词]海洋石油平台；工艺设计；公用/仪表气系统；设计优化海洋石油平台在生产操作中需要稳定、可靠的压缩空气。压缩空气在海上平台的用途可分为两类：仪表用气和公用设备用气。仪表气必须是无油干燥的空气，主要供给仪表和阀件；公用气主要作为气动工具和气动绞车的气源、生产及公用系统的吹扫风。

1工艺流程介绍压缩空气系统的空气处理能力应满足连续为平台提供足够的公用气和仪表气量，满足平台用气量和用气压力的要求并优先保证仪表气的供应 。

公用/仪表气系统的设备通常有：空气压缩机、油气过滤分离器、后冷却器、空气罐、干燥器及前后滤器，该系统的典型流程如图1。

图1 公用/仪表气系统典型流程图空气经空气压缩机进行压缩、冷却、过滤和干燥等处理后达到仪表气质量要求。公用气的质量要求宽松-些，可取 白干燥器之前。为了减少空压机气流的波动并满足规范要求的系统储气能力，在空压机后设有公用气罐和仪表气罐。

空气经入口过滤器过滤后进入空压机进行压缩，压缩后的空气进入油气过滤分离器、空气冷却器，然后进入公用气储罐。公用气-部分经定压阀去公用气分配管网，另-部分经前过滤器、干燥器和后过滤器，成为露点低于环境温度10C以上的干燥空气 ，然后进入仪表气储罐进行储存。两台压缩机采用LEAD/LAG模式，通过公用气罐上的压力信号控制启停。由于公用/仪表气系统是连续工况，因此流程设置为-用-备。

2工艺计算原则(1)系统设计压力满足各用户需要的最高压力，同时考虑管线和设备摩阻压降。

作者简介：罗彭 (1986-)，男，黑龙江人，本科学历，助理工程师。现在海洋石油工程股份有限公司从事海洋平台工艺设计工作。

第8期 罗彭等 海洋石油平台公用/仪表气系统工艺设计研究 .45-(2)空压机及相关组件配置应能满足平台不同生产工况用气需求，干燥气处理能力和效果满足仪表气用量和质量要求。

(3)在最大仪表气消耗量情况下，可连续供气20 min无需补充。

(4)空气储罐容积和尺寸应充分考虑平台总体布置和设计建造实际，选择合适的高径比，避免罐体过高。

(5)考虑每-用户的使用时间和频率，对使用时间短或偶尔使用的用户应考虑适当的系数，不能因此造成整个系统设计过大。

3工艺计算实例下面以某常规井口平台为例，分析公用/仪表气系统设计原则和注意事项。该工艺流程见图1。

3.I设计基础条件整个平台的空气用户用气数据由机械和仪表专业提供，具体数据如表l所示。

表1 平台各用户用气量统计表用户 仪表气 (Nm /h) 公用气 (Nm /h) 备注使用状态 连续 间歇 连续 间歇 操作压力仪表专业 控制阀 32.2关断/开关阀 5.85井 口控制盘 110.76压力柜 20.7 5O0～8O0kPaG衅 52.9 116.6115%泄漏量 7.94 l7.49合计 6O.84 l34.1机械专业 开排槽泵 42 400～ 85OkPaG 化学药剂填充泵 42生活污水处理装置 3.4 550～850kPaG钻机拈 15 120 50O～80OkPaG总计 6O.84 l49.1 207.43.2系统处理能力选取空压机和干燥器等关键设备的处理能力计算和选择过程见表2。

表2 设计参数计算表主要参数 工况原则 参数计算 计算结果 选型 备注仪表气连续用户用量之和，公 连续用量 60. 84 60.84 Nm /h 用气- 般为间歇用户连续用量与钻修井工况用量 60.84(12015)(1 10.76 峰值用量 329. 94 之和 5. 85)×1.15329.94连续用量与50%峰值用量之间的 60.84与329.94×0.5的最 单台空压机排量 165 180 考虑1. 1倍余量 最大值 大值仪表气连续量与最大间歇量之 (60.84110.76×1.15) 干燥器/前后滤器 2l6. 4 240 考虑I.1倍余量 和并考虑15%损耗 ×1. 15216.43-3系统设计压力、温度选取根据相关专业提供的用户要求并考虑摩阻压降，主辅空压机(LEAD/LAG)启停压力选取时考虑两台空压机启停的压力间隔，同时避免空压机的频繁启停。具体参数设置如表3所示。

3.4公用气罐和仪表气罐罐容及尺寸计算3.4.1罐容计算公式罐容计算原则：公用气罐和仪表气罐共同的储气量必须保证在最大仪表气耗量的情况下，可连续供气20 min而无需补充。

罐容计算工况：在工艺计算中，考虑空压机-46- 技术交流 石油和化工设备2013年第16卷表3 主要设备压力设定值列表压力设定点 使用状态 设定值(kPaG) 备注空压机排压 正常操作 1000公用气罐压力 正常操作 950OFF 1000LEAD0N 850 操作温度为5O℃OFF 950LAGON 800仪表气罐压力 正常操作 850表4 设计参数和供货指标对照表设备名称 设计参数 供货指标 备注 (Nm /h)空压机 180 210前过滤器 240 294 压力和温度的设计参数与供货干燥器 240 268 指标-致后过滤器 240 294不能启动时，两个罐共同储气量必须满足仪表气连续用户20 min用气量需求，必须但不限于此条件。还应充分考虑仪表气间歇用户的用气量。通常取两个罐尺寸-致，为下游专业开展设计及建造安装等环节提供便利。

此工况下罐容计算公式：V1101-3×tXvl/0'1-P2) (1)式中：V -罐容积，m。；t-储存时间，min；v。-在1个标准大气压，0℃条件下的耗气量，Nm /min；P1-仪表气正常操作压力，kPaG；P -仪表气最小操作压力，kPaG3.4.2计算压力的选取在本例中，假定两台空压机均未能启动，以LAG空压机未能启动时仪表气储罐压力作为供气最高压力，为700 kPaG，此时公用气罐压力为800kPaG。

仪表气所需最低压力下限值为500 kPaG，考虑供气管线摩阻压降50 kPaG，取最低供气压力550 kPaG，此时公用气罐压力为650 kPaG。

取压差值(Pl-P2)150 kPaG3.4.3计算过程耗气量取仪表气连续用量60.84 Nm /h，供气20 min，考虑仪表气最大 问歇用户用 量110.76X 1.15127.37 Nm /h，供气lO min。

耗气量：60.84X 1/3127.37X 1/641.5 Nm根据式(1)，净容积为：V1 101.3×(60.84×1/3127.37×1/6)/(700-550)28.03 m取两个气瓶容积尺寸-致V 并由于公用气罐给仪表气罐供气时干燥器再生损耗为15%，故气瓶净容积为：V 。t×0.85V 。t28.03 m ，V 。t：15.15 m选择罐尺寸：2.2m(I.D.1×3.4m(T/T)，体积15.7 1TI ，大于15.15 m ，故V公用风V仪表风15.7 m 。

经计算，在150 kPa压差下，15.7 m 的公用气罐和仪表气罐可供气43.01 Nm ，满足耗气量要求。

4设计注意事项综上所述，海洋平台公用/仪表气系统的工艺设计过程较简单，主要涉及空压机、干燥器等关键设备参数的选取，储气罐容积及尺寸的确定。

在优化设计中应着重以下几方面：(1)根据各个用户的要求以及使用时间和频率，恰当选择峰值用量，进而确定空压机、干燥器、滤器等设备的处理能力。

(2)沟通相关专业，了解现场实际情况，注意参考常用供货商的产品系列，恰当选择设计参数。

(3)罐容计算过程中适当选蠕歇用户及用气时间，注意本例中某-用户量过大时，应避免所选罐容偏大。

(下转43页)第8期 刘建忠等 通导海图系统在海上油田的应用 - 3-增加的报警信息，双击报警信息可 自动在海图上跳到报警船舶位置。确认完毕后关闭报警记录页面 (注意不是最携，若发现操作不了的界面要查看是否有最携报警记录页面)。确认报警后请通知相关报警船舶或者添加该船舶到船舶例外中。

3应用效果在海上石油平台的生产环境中，经常有过往船舶不了解平台问海底管线及电缆的铺设方位，随意抛锚引起事故或险情发生，对平台的安全生产及海洋环境的保护造成了巨大威胁。例如：外来船舶在某油区两座平台问的海域行驶时发生故障，随即在该区域附近抛锚 ，导致平台海底管线破损，发生油气泄漏事故。事故造成了海洋污染，致使平台关断，给国家造成 了重大财产损失，海洋生态环境遭到严重破坏。

本平台的海图通导系统在使用过程 中，曾有数次外来船舶在平台海管周边减速至低速报警值以下，有抛锚趋势，海图系统及时发出报警，中控值班人员在确认报警后，第-时间与值班船舶及该报警船舶取得联系，通知该船舶此海域有海底管线及海底电缆，禁止抛锚。了解此情况后，外来船舶安全驶离海管区域，避免了事故的发生。

4结束语通过海图监控系统，海洋采油平台可有效地监控和预警周边船舶的航行动向，及时提醒操作人员对应急情况进行响应，有效地保护了海上油田的海底油气混输管线，为平台的安全生产和海洋环境保护提供了坚实的保障。