外输软管无线报警装置可行性研究

周毅

（中海油能源发展采油服务公司天津300457）

理论创新

外输软管无线报警装置可行性研究

周毅

（中海油能源发展采油服务公司天津300457）

目前中海油在渤海湾的FPSO使用的外输软管基本都是双层的，双层外输软管相对于单层外输软管具备第一层管体破裂后通过第二层管体的保护防止泄漏的作用，双层软管法兰两端装有第一层管体泄漏报警装置[1]，目的是提前告知用户第一层管体已经损坏需要更换。目前该报警装置主要为电子式和机械式两种，当第一层管体泄露后压力传递到报警装置激活报警装置闪烁或者变色。但是由于外输软管外输过程中基本上漂浮在海面上，报警装置的变化通过肉眼很难观察，增加原油外输的风险。研发一个带无线传输功能报警装置，当第一层管体泄漏后报警装置被激活并传送发射无线信号给中控室，告知用户哪条外输软管第一层管体已经失效需要更换。减少用户的巡检频率，降低了外输作业安全风险。

外输软管；FPSO；无线报警装置

1 现状及存在的问题

1.1 现状

外输软管是FPSO上外输系统的关键长线设备，是FPSO原油外输的唯一通道。由于外输软管的生产、维护具有较高的技术含量，其设计、制造、安装、检测和维修等技术都掌握在国外公司手中，国内生产技术和设备基本属于空白。目前，我国所需外输软管全部来自进口，主要使用以下几个品牌例如：横滨、邓禄普、固特异、特瑞宝马努力等。这几大软管厂家泄漏报警装置大致分为：电子式、机械式、物理式。目前无线报警装置的研究在国际上还处于空白状态。

1）电子式

原理：当第一管体漏油之后，通过管体空腔进入报警灯内，泄漏液体在电极内形成回路触发报警灯闪烁；常见品牌：特瑞宝、马努力、横滨、固特异

图1 电子式报警装置

2）机械式

原理：当第一管体漏油之后，液体通过管体空腔进入报警灯内，泄漏液体触发压力弹簧导致报警装置翻转变色；常见品牌：横滨、太平橡胶、马努力

图2 机械式报警装置

3）物理式

原理：当第一管体漏油之后，液体通过管体空腔进入导致软管管体吸收膨胀变成哑铃状；常见品牌：邓禄普

图3 物理式报警装置

1.2 存在的问题

以上三种常用的报警装置都存在不便于观察，增加人员巡检成本，可靠性不高，尤其是电子式经常出现误报警。使用无线报警装置可以增加可靠性，减少人员及拖轮巡检成本，大大减少了人员和设备工作量，提高了工作效率。

2 技术方案

2.1 环境条件

表1 环境参数表

2.2 无线报警装置原理

整个外输软管无线报警系统由“软管端监测模块”和“接收端控制模块”两大部分组成。

本系统设计选用当今先进的RF[2]技术方案，配合低功耗，高性能工业级的MCU[3]来完成和实现无线报警的任务，具有安装便捷，监控人性化，后期维护费用低等特点。

图4 外输软管无线报警系统示意图

说明：外输软管监测点出现漏油后向接收端发送压力数据,接收端收到数据后触发报警，并在接收端屏幕显示报警，同时向中控室电脑传递报警信号。

2.2.1 软管端监测模块

1）设计参数

无线传输距离：通信空旷可视距离保证1000米；电池寿命：软管段报警模块采用锂电池供电寿命不低于2年；防腐性能：使用316不锈钢材质使用寿命不低于6年；密封性能：耐1米水压；

表2 软管端监测模块性能参数表

软管端监测模块可编码功能：给客户提供PC软件，接口和工具，用户可根据需要自行编写软管位置编号等数据；

图5 软管端监测模块原理图

图6 软管端监测模块结构图

2.2.2 接收端控制模块

1）设计参数

系统带自检功能：提供软管泄露压力产生的报警信号，定期自动检测软管报警装置状态的功能好坏并进行信号反馈；

接收端控制模块显示功能：报警软管的位置编号、通信是否正常，软管状态是否正常；

室外接收端防爆功能：如将其接收端放置在室外位置需要保证防爆功能；

未来拓展功能：通过无线报警装置，对软管的基本信息能传送至外输软管管理ERP[6]系统中做出入库处理及资产信息登记；

表3 接收终端性能参数表

图7 接收端控制模块原理图

图8 接收端控制模块显示界面1图

图9 接收端控制模块显示界面2图

3 测试结果

在空旷场地报警装置发射端发射的数据传输距离大于1100米，按照目前中海油最大FPSO海洋石油117来计算，长度330米，外输软管全部释放达到280米，总长600米左右，1100米的传输距离可以满足使用要求。1米水深测试无渗漏密封良好，每条外输软管两端各配备一个无线报警装置成180度角安装，保证至少有一个报警装置处于水面以上，同时水下的报警装置深度不超过50CM，水压测试结果表明即使将报警装置长期浸泡水中也不会失效满足使用要求。

结论

通过外输软管无线报警装置可行性研究，结果表明：压力传感装置，点动开关装置，信号触发装置，无线发射装置等关键技术成熟，能够满足设计要求，整体方案技术可行。可行性研究过程中，通过对整体设计方案进行风险识别与分析表明存在的风险是可控的。在使用上，节省劳动力，智能高效；在安全上，有效避免了外输操作人员外出巡检作业的安全隐患，为海上原油安全外输保驾护航。

[1]Oil Companies International Marine Forum．Guide to Manufacturing and Purchasing Hoses for Offshore Moorings。Printed&Published by WITHERBY&CO.LTD, GMPHOM 2009

[2]陈邦媛.射频通讯电路[z].北京：科学出版社,2006.

[3]刘海成，秦进平，韩喜春.MCU-DSP型单片机原理与应用[z].北京：北京航空航天大学出版社,2006.

[4]吴永乐，刘元安，张伟伟.微波射频器件和天线的精细设计与实现[M].北京：电子工业出版社,2015.

[5]朱辉，冯云，郭锋，史业清.实用射频测试和测量[M].北京：电子工业出版社,2010.

[6]罗鸿.ERP原理·设计·实施[M].北京：电子工业出版社,2016.

The feasibility study ofwireless alarm system used on offloading hose

At present,the offloading hoses on FPSO used in Bohai Bay are basically double carcass hoses.Compared to the single carcass hoses, the double carcass hoses have the advantage that it can prevent the leakage when the first layer burst,there are leaking detector devices on both ends of the hoses in order to alarm that the first layer is damaged which needs to be replaced. There are two types of leaking detector devices, the one is electronic,the other is mechanical, when the leaking happens,the pressure will activate the alarm devices,the results are alarm flashing or alarm turn color.It is hard to observe the leakage for the offloading hoses are floating on the sea,accordingly,increase the chance of the leaking.Therefore,it is very important to develop the wireless alarm system which can transmit the signal to the control center and tell which hose should be replaced when the leakage happens,in this way,it can reduce the regular inspection rate, increase the operation safety aswell.

Offloading hose；FPSO；Wireless alarm system