海上无人平台及其动设备设计探讨

王 沙,郭明荃,张 强,初文山,张歆媛

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

在以人为本的大背景下，作为海洋平台生产设施的无人平台应运而生。海上石油开采除了要求适应恶劣的海况和海洋环境的要求，还必须满足安全生产及保护海洋环境的要求，平台要有完善的发电或供受电系统，有完善的生活和补给系统，因此平台布置应紧凑、自动化程度高，安全可靠性要求高。

1 无人平台定义

无人平台并非在任何工况下都没有人员操作。无人平台是相对有人平台而言，正常生产时在一段时间内没有人员在平台上生活和生产，平台上的生产则需要人员通过仪控手段从周围依托平台或者终端，进行远程的监测和控制。无人平台不需要在平台上设置生活楼和生活补给系统，只有在平台设施故障或者正常巡检时，才会有人员定期登台。

无人平台需要设置一个登台频率，登台频率需要设计方与作业者共同讨论得出，作业者应定期人员登台巡检，设计方也会根据登台频率设计无人平台的自持能力和特殊工况的应急方案。登台频率一般为7 d、15 d或30 d[1]，具体视海域特点和操作者工作习惯而定。

因此，无人平台的工艺系统要求简化、自动、可靠。通常根据不同平台特点设置油气处理系统、外输系统、化学药剂系统、开排系统、闭排系统等，有些平台可能会根据需要设置火炬系统、生产水处理系统、注水系统等，比如淡水系统、饮用水系统、柴油系统、海水系统、公用仪表风系统等则根据需要，尽量简化或取消。

2 无人平台的基本原则

无人平台首先应满足安全可靠，即简化优化工艺流程，减少设备数量，提高设备的可靠和稳定性。经过比选选取自动化和智能化程度较高的仪表和设备，尽可能减少因为设备和阀门故障导致的生产关停[2]。

无人平台关键位置的温度、压力和液位等信号均需要实现远传功能，海管入口和出口、分离器罐体上的压力信号如有必要，建议增设3选2执行机构[3]，提高监测准确率，避免因为仪表误报而导致的平台生产频繁关停。同时无人平台需要扩大视频监控范围，实现生产操作可视化，完全远程监控和操作。针对主油气设备，平台动设备，以及有泄漏风险等位置，需要单独设置高级的视频监测设备。

机械设备方面，尽可能选取可靠性，维保周期长的设备和设置，关键设备设施实现故障诊断。文章将对关键位置动设备需要实现可靠地远程启动功能，详细动设备的设计探讨进行讨论。

提高平台与外界的沟通便捷程度，保证通信宽带的可靠性，优先推荐采用光纤通信，尽量减少微波等通讯方式。

由于平台简化流程，海水系统如无必要可不设置，无人平台可采用消防干式环网或经过论证，取消消防环网。若平台发生火灾，建议通过供给船或者停靠的钻井船提供消防水源，平台应在合适的位置设置国际通岸接头。

平台登临建议首选直升机登临，其次采用登船平台登临。以避免海上天气恶劣，出现依靠登船平台无法登临的情况。同时无人平台应做好反恐措施，比如设置防盗门，有效防止外部人员非法入侵。

无人平台应该遵守国家海洋环境保护法的要求，减少环境影响，避免环境污染。

3 无人平台动设备分类及设计

无人平台的动设备主要包括泵、压缩机、风机等，其中采用最多的为各种类型的泵，由于平台的动设备一般要求远程关不具备远程启功能，为适应无人平台需求，动设备也需要尽可能实现远程启动功能，但是对动设备的安全可靠和自动化要求更高些。

3.1 开排泵

开排泵的用途是将开排罐内的液体打入闭排罐，防止开排罐内液体冒罐。开排泵的介质通常为带油开排液体，以水居多，含油较少。因此开排泵的选型通常为单级离心泵。

开排泵需要通过现场MCC控制，具有现场运行和停止指示灯，现场手动启停开关。中控需要实现对泵的运行和停止状态显示，远程手动启停控制。

开排泵通常为两台，可以设置为一用一备，也可以设置成LEAD/LAG模式[4]。若是设置成一用一备，则开排泵的进出口阀门均需设置成具有远程开启和关闭的电动或液动阀门，阀门成本会增加。建议开排泵的进出口设置成LEAD/LAG控制模式，则开排泵进出口阀门可以设置为手动阀门，泵由开排罐的液位控制启停。

开排泵可以实现远程无人化。

3.2 闭排泵

闭排泵的用途是将闭排罐内的液体打入分离器或外输海管，防止闭排罐液位过高导致生产关断。闭排泵输送的介质为含油水，油的含量较开排液体增多，闭排泵的选型统称为单级离心泵，也有的项目选取的是往复泵。

闭排泵需要通过现场MCC控制，具有现场运行和停止指示灯，现场手动启停开关。中控需要实现对泵的运行和停止状态显示，远程手动启停控制。

闭排泵通常为两台，可以设置为一用一备，也可以设置成LEAD/LAG模式，闭排泵的流量通常与开排泵的排量保持一致。闭排泵同理开排泵，若是设置成一用一备，则闭排泵的进出口阀门均需设置成具有远程开启和关闭的电动或液动阀门，阀门成本会增加。建议闭排泵的进出口设置成LEAD/LAG控制模式，则闭排泵进出口阀门可以设置为手动阀门，泵由闭排罐的液位控制启停。

闭排泵可以实现远程无人化。

3.3 化学药剂注入泵

化学药剂注入泵是需要将化学药剂从化学药剂储罐泵入下游注入点，实现药剂的作用。化学药剂泵通畅设置为一用一备，选型多采用隔膜泵，属于往复泵的一种。

根据规范API RP 14C，化学药剂泵出口应设置安全阀PSV，如果下游堵塞泵出口会出现高压，安全阀PSV会自动打开，将超压流体泄放至泵入口或者化学药剂储罐，从而对泵体和管线进行保护[5]。

化学药剂注入泵需要通过现场MCC控制，具有现场运行和停止指示灯，现场手动启停开关。中控需要实现对泵的运行和停止状态显示，远程手动启停控制。

化学药剂注入泵可以实现远程启停，正常工作时一台泵出于连续运转状态，另一台泵中充满药剂，处于热备状态。若是需要更换药剂泵，则只需要远程控制启动备用泵。

化学药剂泵可以实现远程无人化。

3.4 火炬分液泵

火炬分液泵的用途是将火炬分液罐内的液体打入闭排罐，防止火炬分液罐液位过高导致生产关断。火炬分液泵输送的介质为轻烃凝析油，油的含量较多，火炬分液泵的选型通常为离心泵。

火炬分液泵需要通过现场MCC控制，具有现场运行和停止指示灯，现场手动启停开关。中控需要实现对泵的运行和停止状态显示，远程手动启停控制。

火炬分液泵通常为两台，可以设置为一用一备，也可以设置成LEAD/LAG模式。火炬分液泵同理开排泵，若是设置成一用一备，则闭排泵的进出口阀门均需设置成具有远程开启和关闭的电动或液动阀门，阀门成本会增加。建议火炬分液泵的进出口设置成LEAD/LAG控制模式，则火炬分液泵进出口阀门可以设置为手动阀门，泵由火炬分液罐的液位控制启停。

火炬分液泵可以实现远程无人化。

3.5 其它泵

海水泵、淡水泵、可饮用水泵、热水泵需要根据平台需求判断是否设置，一般简易化无人井口平台不设置此四种泵。

4 结论

无人化设计，尤其是无人平台的动设备设计，更应该遵循安全可靠的原则，保证平台在无人期间正常生产，减少故障停产，减少操维困难，减少安全隐患。同时，关于无人平台的设计原则，更需要业主、作业方、设计者，以及厂家等多方共同讨论制定，各方确认并遵循。海上无人平台作为未来平台设计的一种趋势，势必会在更多海域有更亮眼的表现。