海洋石油平台开式排放系统的设计

姜来举 党博 李治

摘  要：排放系统是保障海上油气田平台安全生产必不可少的系统之一，该系统主要收集和处理甲板面上的雨水和含油污水以及来自生产设备正常和非正常状态下排放的流体。开式排放系统不带压排放，需要根据排放液体的性质（分为含油液体和非含油液体），以及排放液体所在的区域（按其所在区域分为非危险区液体和危险区液体排放）分层、分区域、分性质单独汇合收集于开式排放容器内，以避免危险性介质扩散至非危险区而带来的安全隐患问题，同时开式排放系统还要考虑所在海域的降雨量，主导风向、平台受雨面积等因素。综合考虑之后，以确定开排系统的设计能力。

关键词：海上油气田平台;排放系统;开式排放系统;受雨面积

中图分类号：TP277     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0005-02

1  开式排放系统的定义

海上石油平台排放系统的作用是用来收集从容器、甲板以及撬块底座的来液，并将其输送到聚集容器进行处理。排放系统分为开式和闭式排放。

开式排放将液体从平台甲板和撬块底座开口依靠重力自流到处理设施，因其与大气接通，依靠重力自流，故将其称为开式排放系统。

2  开式排放的区域划分及排放准则

2.1  排放源

进入开式排放系统的排放源分为非含油污水和含油污水，按照排放源所在平台的区域又可将其分为四个区域：危险区的设备围堰排放、危险区的甲板排放、非危险区的不含油设备围堰和甲板排放、非危险区的含油设备围堰排放。

开式排放系统是一个潜在的安全事故源，为了减少这种事故，对平台的危险区和非危险区应分别安装独立的排放系统，而且为了防止处理设备内收集的危险性气体反窜至非危险区，需要在非危险区排放系统的配管增加水封来隔离，如图1所示。

2.2  排放准则

考虑到环境保护及能源节约的问题，来自开排系统的来液不能直接排海，但是各区域及不同排放源的来液含油量又有所差异，故收集的开排来液的排放情况会有差异，根据以往设计经验并结合现场操作反馈的信息，设计中遵循以下设计原则：

①危险区的设备围堰排放来液一直进入开排罐。

②危险区的甲板排放来液，前15 min进入开排罐，15 min后切换至排海管线。

③非危险区的含油设备围堰排放来液，前15 min进入开排罐，15 min后切换至排海管线。

④非危险区的不含油设备围堰和甲板排放来液，前5 min进入开排罐，5 min后切换至排海管线。

以上排放准则适用于设置开排罐的平台，如果平台设置开排沉箱，则所有区域的来液统一进入开排沉箱中，而不设置去排海管线的切换阀，在开排沉箱中进行简单的油水分离，沉箱上部的油层用开排泵泵送至闭排系统中，下部的水层随洋流流至海中。

3  开排系统的计算

3.1  受雨面积的计算

受雨面积的计算是为了计算平台开排罐的罐容，开排罐的规模必须能处理落在甲板上的最大水量，这可以是雨水或清洗水。在最低限度下，该系统应该设计成可以处理每小时两英寸的降雨量，同时受雨面积还取决于平台的形状和所处的环境条件。如果没有更准确的数据，飘雨的最大夹角可假设为45 ？觷，因此暴露在雨水中的中、下层面积可以用45 ？觷角进行计算。

为了平台保守设计，考虑最大工况的降雨及受雨面积，根据以往经验，降雨量考虑为一年一遇最大小时降雨量;降雨方向考虑从平台各角点正45 ？觷方位飘到平台，这时平台中、下层受雨面积最大，受雨面积如图2所示。

根据图2可知：

绿色阴影处面积：

S1=0.707H×（W-0.707H）+1/2×（0.707H）2

黄色阴影处面积：

S2=0.707H×（L-0.707H）+1/2×（0.707H）2

按照上述方法，核算从四个角点方向打到平台甲板的面积，并从中找出一个最大值;根据受雨面积并结合安全专业的危险区划分图，就可以计算出危险区的设备围堰排放、危险区的甲板排放、非危险区的不含油设备围堰和甲板排放、非危险区的含油设备围堰排放各区域的来液量。

3.2  开排管汇的计算

3.2.1  管汇计算依据

①在开式排放系统中，液体的流速必须在3～7英尺/s之间（通常我们取2 m/s），以保证沙子和其他固体被冲洗出管线。

②开式排放系统是靠重力自流，为了达到海上排污系统的设计和预期的管线尺寸范围，推荐计算管径时，考虑其充满度为70%。

综上所述，开排管汇的管徑计算公式为：

d=（0.087×4×Q/0.7×π×V）0.5

式中：

d为管内径，单位为in;

Q为来液流量，单位为m3/h;

V为来液流速，通常取2 m/s。

3.2.2  开排配管准则

①在开式排放系统的设计和管线布置中，应尽量考虑减少管件、捕集器、阀门、过滤网和其他限制流动的备件数量，管线布置需附加向下的坡度，约为1/8英寸，在某些地方可能有必要在同一水平面安装急转弯，但垂直向上的管线是不允许的。

②开排系统中的水封应布置在易于清扫的地方。

③为了便于清扫，对任何单一的汇管，应保证其直径不小于4寸。

④在排污管线的走向中，应尽可能避免90 ？觷的弯头，如果需要90 ？觷的转弯时，可以使用两个45 ？觷的弯头代替，这样可以减少急转弯而引起的堵塞。

3.3  开排罐的尺寸计算

按照上文章节，开排排放准则，计算开排罐容积时，考虑危险区的设备围堰排放、危险区的甲板排放、非危险区的含油设备围堰排放各区域的来液的15 min累积量Q1;非危险区的不含油设备围堰和甲板排放来液5 min的累积量Q2;两者之和再考虑1.1倍的系数，就是开排罐的净容积：

Vnet=1.1×（Q1+Q2）

计算出开排罐的净容，再结合机械专业提供的罐的尺寸，就可以定出开排罐的高低液位：

Vnet=L×W×（LAH-LAL）

式中：

L为罐的长度，单位为mm;

W为罐的宽度，单位为mm;

LAH为罐的高液位设定值，单位mm;

LAL为罐的低液位设定值，单位mm。

确定了这些信息，就可以通过液位的设定来控制开排泵启停，以实现平台的自动化控制。

3.4  开排槽的设计

平台设置开排槽是考虑下层甲板或工作甲板上的甲板及撬排来液的接收，因为靠重力自流下层甲板和工作甲板靠重力已经不能自流至开排罐内，所以开排槽会悬挂在下层甲板或工作甲板下方。

开排槽的容积设计与开排罐一致，不同的是，由于开排槽接收的来液量较小，开排槽不需要设置液位控制系统。开排槽泵的启停通过现场人员手动操作，以及时将开排槽内收集的液体泵送至开排罐内，所以建议平台操作方定期巡视开排槽，防止开排槽溢液。

4  开排设计中应注意的问题

①不建议在开排汇管上增加滤器来防止杂物进入开排罐，为防止此类问题，建议平台操作方加强管理，避免在平台甲板上丢弃杂物

②考虑环评要求，开排排海管线上需要设置流量计来计量排海液体的量（通常选用电磁流量计），在计量精度方面，电磁流量计要求液体流速≥1 m/s，所以在满足排海管线尺寸的前提下，应尽量选择更小的管线尺寸，以最大限度地满足不同季節降雨情况下，排海计量精度的要求

③对于排海管线流量计后的弯管设置，在确定流量计制造厂家可满足非满管流状态下的计量精度要求时，建议不设置此弯管，以保证排海管线的通畅。

参考文献：

[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程设计概论与工艺设计[M].北京：石油工业出版社，2007.