海洋石油161平台注水泵舱环境监测及 高温治理系统的设计应用

吴 斌，何茂里，李丙焱

(中海油能源发展采油服务公司 天津 300452)

0 引 言

海洋石油161平台注水泵舱内大型设备多、安装紧凑、工作环境恶劣，并且受周围生产水舱(平均温度在60℃)热辐射的影响，注水泵舱内会聚集较多热量。随着平台生产量的增加，注水量也随着增加，注水系统用电功率由生产之初的100kW增加到现在的300kW，舱内热量无法及时通过注水泵舱内仅有的一台强制排风机排出，原通风系统已经无法满足注水泵舱生产需要，导致夏季注水泵舱内温度居高不下(基本维持在40℃以上)。

高温高湿环境会引起材料的机械性能和化学性能变化，如体积膨胀、机械强度降低；绝缘材料的体积电阻下降，从而产生漏电；空气中含有少量的酸、碱性杂质或由于产品表面附着如焊渣、汗渍等污染物质而引起间接的化学和电化学腐蚀；产品表面涂敷层剥落、产品标记模糊不清。因此，高温高湿的环境将导致设备故障率增加、设备寿命缩短[1]。

一般情况下，将35℃以上的生活环境与32℃以上的生产环境视为高温环境，将相对湿度达60%的环境称为高湿环境。根据有关研究表明，当人体处于高温高湿的环境中会对其正常生理与情绪产生极大的影响，甚至在极端的高温高湿环境下还会危及到生命。同时，人体的正常生理与情绪是紧密相连又互相影响的。高温高湿环境给人带来的是生理与情绪的双重负面影响，人员长期暴露在高温高湿环境中对 其完成相对复杂任务的认知能力会造成不利影 响。因此，高温高湿环境不利于人员身体健康和安全生产[2]。

该舱室内的高温问题不仅影响电气设备的正常运行，也容易触发现场温度探头报警，同时，高温也对此区域内的工作人员和检修人员造成了严重影响，甚至可能会导致中暑、脱水等疾病。为解决上述问题，需要对注水泵舱进行环境监测和高温治理。因此，结合现有技术开发一套注水泵舱环境在线监测及高温治理系统是解决注水泵舱高温高湿问题的有效措施。

注水泵舱环境在线监测及高温治理系统是以计算机技术和数据库技术为核心，将获得的大量舱室环境监测信息和数据储存在计算机中，结合其软、硬件系统实现对舱室环境监测信息数据的处理工作，运用多种计算机应用软件控制舱室通风系统运行，从而构成的一套复杂有序的、具有多种数据信息处理功能的智能控制系统[3]。

1 环境监测硬件系统设计

海洋石油161注水泵舱环境在线监测硬件系统主要实现了注水泵舱环境温度、湿度、设备振动、影像等信号的采集、传输和环境控制功能。基于平台注水泵舱特点构建如图1所示的环境监测硬件系统。

图1 注水泵舱环境在线监测硬件系统 Fig.1 Hardware system for on-line environment monitoring of water injection pump cabin

利用红外温度传感器、振动传感器、湿度传感器、舱室摄像头采集注水泵舱关键点的温度、振动、湿度和实时影像信息；采用无线通信协议将数据信息汇总传输给数据接收终端，并将数据通过有线通信传输到位于MCC室的本地服务器。通过本地服务器实现信息监测、数据储存、数据分析和通风系统控制指令发出等功能。PLC接收到来自本地服务器的指令后控制通风系统的风机与风闸的启停，从而改善注水泵舱的环境；PLC又可以将通风系统的运行状态信息传输给本地服务器，运行状态信息在本地服务器的人机界面显示。

2 环境监测软件开发及数据分析

海洋石油161平台注水泵舱环境在线监测系统软件主要负责信息采集、数据参数设置、数据信息实时显示、数据分析、故障分析、报警推送、通风系统的智能化控制、报表和数据打印等。基于该平台实际需要开发如图2所示的系统软件。

图2 注水泵舱环境在线监测软件系统 Fig.2 Software system for on-line environment monitoring of water injection pump cabin

系统主监控界面包含数据曲线、通风系统运行状态、信息推送、实时影像、数据报表、信息复位、报警信息、通风系统运行控制和参数设置等信息。该系统开发完成后，用模糊理论与控制技术对每个部位的温度、湿度、振动信息变化情况运算分析并做出判断，把控制指令信息传给通风系统的PLC，以控制通风系统运行，实现对通风系统的智能控制和改善注水泵舱的环境。

3 通风系统升级改造

覆盖隔热保温层：注水泵舱内格栅板下的部分舱壁(面积：长×高+宽×高＝11.8×1.5+7.2×1.5＝28.5m2)全部覆盖保温层，保温材料选择阻燃橡塑板以隔离泵舱隔壁左右生产水舱散发的热量。

送、排风系统改造：原有2组自然送风系统加装轴流风机，如图3、图4所示，并向舱室强制送风使舱室高温空气加快排出，加快舱室与室外环境的热交换。排风系统更换更大风量的排风机，以此来加大排风量。

图3 更换大排量风机 Fig.3 Replacement of large displacement fan

图4 加装轴流风机A Fig.4 Installation of axial flow fan

因为压裂泵是主要发热源，故在压裂泵上方加装一段风管，排风管道可以按需进行改造。如图5所示，在压裂泵上方加装一段风管(黄线)，风道距离压裂泵4000mm，风道宽500mm，高300mm。

图5 压裂泵上方加装一段风管(黄线) Fig.5 Installation of a section of air duct above fracturing pump(yellow line)

为加大舱室通风量，在吊货口内壁安装1套可拆卸的活动风闸，如图6所示。吊货时风闸可以先拆除，不影响吊货口使用。风闸固定牢靠，四边用阻燃密封条密封，雨雪天气关闭风闸，防止雨雪侵入舱室；正常状态下舱盖和风闸保持常开，以加快舱室空气流通。配套1套风闸控制接线箱，包括启、停按钮，ESD关断信号并修改组态，变更因果图。

图6 安装1套可拆卸活动风闸 Fig.6 Installation of a set of removable dampers

线路走向：与其他线路一起汇入主甲板线缆桥架，沿桥架最终前往平台配电间。

现场接线箱如图7所示，在注水泵舱右侧进入口室，安装新增的送风机、风闸防爆接线箱和防爆控制按钮。

图7 安装新增的送风机和风闸防爆接线箱 Fig.7 Installation of new explosion-proof junction box for forced draft fan and damper

MCC配电控制系统改造如图8所示，装1套由PLC为逻辑单元的注水泵舱通风控制系统，通风系统的PLC接收到来自监测系统的控制指令信息后控制通风系统电机与风闸的启停，以此来实现对注水泵舱通风系统的智能控制。

图8 MCC配电盘改造 Fig.8 Reconstruction of MCC distribution board

4 结 论

针对项目所开发的注水泵舱环境在线监测和高温治理系统不仅解决了舱室内的高温问题、提高了设备运行稳定性，而且还为注水泵舱内的工作人员、检修人员提供了舒适的环境，避免了夏季因高温导致中暑、脱水等疾病和冬季因寒冷导致手部僵硬。系统具备数据自动分析和信息化管理功能，操作人员通过简单的界面操作即可掌握舱室环境变化。同时，也可以通过数据变化快速分析舱室设备运行状态，便于设备的维护保养与检修。系统整体采用无线传输与有线传输相结合的信息传输方式，布线较少，应用灵活，兼容性强。■