平台供应船灰罐系统优化设计

    何国强

    

    摘 ?要：近年来，随着社会经济与科学技术的快速发展，我国石油钻探生产行业不断进步，石油平台也逐步由近海延伸到深海领域，这也对平台供应船提出了更高的技术要求。本文以平台供应船为基础，就平台供应船的灰罐存储物料输送系统及其优化进行了分析和探究，为平台供应船灰罐系统的进一步发展提供参考。

    关键词：平台供应船 ?灰罐系统 ?螺杆式空压机

    21世纪的社会是资源型社会，人们对于资源的需求量不断增加，这也为相关技术和设备的发展提供了良好的契机。灰罐系统，作为我国石油钻探生产平台供应船散料储存、输送系统的主要设备，承担着石油钻探生产过程中所需物资的运送，其安全高效的无故障运行及其性能的不断优化对于海上石油钻探生产的持续进步具有不可忽视的重要作用。

    平台供应船灰罐系统

    平台供应船，Platform Supply Vessel，简称为PSV，专为石油平台服务供给，此类船因其任务不同，其长度也有所不同，分别从30米到100米不等，宽10米到30米不等，载重量则一般不高于5000吨。平台供应船最主要的功能即运输石油钻探生产所需的人员、物资到海上的石油平台。近年来，随着科学技术的发展，平台供应船运输的物资由原来简单的泥浆、盐水、原油及相关的一些低闪点货物等，逐步发展为包含钻井水、干货、燃油等在内的复杂货物系统。同时，新一代的平台供应船搭载的动态系统也由最简单的艉推向全回转方位推转变，且都要求装备DP1或DP2的1级动力定位系统或2级动态系统。平台供应船灰罐系统，是平台供应船散料接收与输送系统的主要设备，平台供应船所用的灰罐一般由上部封头、下部封头、筒体、人孔、支腿、进气口、排气口、进料口、出料口以及为安装仓位计、安全阀、压力表等接口组成，直径在因平台供应船大小的不同而有所区别，一般为3到5米，容积从10立方米至120立方米不等。平台供应船灰罐系统承担着石油钻探生产过程中所需物资的接收、储存与输送，包含油井水泥、膨润土和重晶石等物料。因此，灰罐系统安全高效的无故障运行及优化对于海上石油钻探生产的不断进步具有重要作用。

    平台供应船灰罐系统的优化设计

    结合目前平台供应船灰罐系统的构成与发展现状，可重点从以下两个方面对平台供应船的灰罐系统进行优化设计：

    1、灰罐系统的气动输送方式

    通常，海上石油钻探生产过程对水泥、重晶石、土粉等物料都具有较大的需求量，同时，为满足物料长时间的运输要求，目前我国常使用平台供应船的灰罐系统对其进行有效的存储与运输。因此，作为维持海上石油的钻探生产的中间环节，平台供应船灰罐中物料有效顺畅的进出过程至关重要。一般情况下，平台供应船灰罐系统储存物料种类较多，包含水泥、重晶石、土粉、陶粒砂及细砂等，各物料的性能如下表1所示，研究证明，物料的外形对于其输送方式的选择具有决定性的影响，且表1中的水泥、重晶石、土粉等一切干燥的粉状物料，均应采用气动输送方式，其不仅可有效节省包装材料、节省人力物力的同时还可减少空气与噪音污染。但是，气动输送方式下物料必须经过全面有效的干燥处理，且存储于灰罐后应定期进行相互的倒罐作业，以避免物料之间的相互粘结;而对于那些粒状、块状的物料，则适宜采用机械输送方式，如皮带输送、刮板输送等。由于气动输送方式安全有效、节能环保，目前国家已相继出台了相应的产业、环保政策，气动输送方式也必将获得进一步的发展与应用。

    表1 几种典型物料及其属性

    2、灰罐系统螺杆式空压机的技术运用

    灰罐系统作为平台供应船物料储存与运输的关键设备，其空压机是其罐群的主要动力来源。目前，我国平台供应船灰罐系统的设计单位多采用活塞式压缩机，其虽为我国海洋石油钻探开发的物料接送、存储与运输的实现与不断发展提供了强有力的支持，但其同时也存在着如噪音大、损坏性强、难以连续运行、操作性不强等问题，且随着科学技术的发展，逐渐难以满足我国海洋石油发展的需要。螺杆式压缩机的出现在一定程度上有效的补充了活塞式压缩机的这些不足。

    螺杆式压缩机的工作原理主要包含吸气过程、封闭与输送过程、压缩与喷油过程和排气过程。其中，对于螺杆式空压机的吸气过程来说，其进气只能通过一个调节阀的开启与关闭来实现，当转子转动，主副转子的齿沟空间转到进气端壁开口时空间最大，且与空气接通，此时，真空状态的齿沟即会吸收空气，当空气充满齿沟时，转子进气端面即会重新转动，并离开机壳之进气口，即“进气过程”;而封闭与输送过程发生在吸气之后，主副转子与机壳封闭，空气不再进入，转子齿峰与齿沟形成齿合面后并继续向排气端移动;同时，输送过程中，齿沟内气体逐步被压缩，压力迅速获得提高，其中的润滑油因压力差距较大而喷起，并进入压缩室，此过程即“压缩与喷油过程”;最后，当转子齿合面继续转动，与机壳排气面相通时，即可排气。

    与活塞压缩机相比，灰罐系统螺杆式空压机连续运行的可靠性较强，效率高，作为回转式运行结构，其平衡性较好，噪音较小，且易于操作，每班1人即可管理10台螺杆式空压机，节省人力物力。如25m3风动下灰立式罐，为便于下灰，采用立式料仓形结构，上部为椭圆形封头，下部为75度角带折边锥形封头，直径2.5m，长6.27m。其圆形汇管固定在锥形封头下的外部，汇管配装10个出气管，汇气管下部锥形封头处分别装置10个切向进入的进气管，使得压缩空气在罐内形成涡流状，增强物料流动性的同时方便检修、拆装和更换。

    实际应用中遇到的问题

    1、管路及阀附件的布置

    由于灰罐系统输送介质的特殊性，其管路布置不像别的系统那么随意，对于弯头和阀附件的布置位置都有特殊的要求。按照系统设计的要求，灰罐的注入管弯头需要满足5倍的弯曲半径，灰罐的透气管弯头需要满足3倍的弯曲半径，这就对我们的放样人员提出了比较高的要求，因为灰罐的管路需要占据比较大的位置，而平台供应船的空间是极其有限的，现在的平台供应船为了提高船舶的装货能力，对于内部的空间是一再的压缩。一旦灰罐的管路没有设计好，需要修改的话，返工量极其巨大。而管路中的阀附件需要布置在易于操作的位置，但因为通道的关系，管路基本上是布置在通道的上方，这样就基本上不能进行操作的，需要放样人员在这个位置添加小平台对其进行操作，但小平台又不能影响通道。

    2、管路中法兰的布置及处理

    根据规范的要求，灰罐系统中的管路是不允许有法兰接头的，因为灰罐系统中的货物有可能通过法兰渗透到管路外面，这个会引起船员的健康问题。而船东则希望在管路中有尽可能多的法兰接头的，这样在管路发生堵塞的时候，船员可以简单而方便的疏通管路。船东与船检的需求在这里发生了冲突，这就需要进行协商，解决。按照规范要求，如果在管路系统中不能避免法兰的使用，则需要对这个法兰进行包覆，以免灰罐系统的介质渗透至管路外面。这样一看，矛盾好像就解决了，按照船东的要求布置法兰，按照船检的要求对法兰进行包覆就行了。但是规范对这点还进行了解释，整个管路的法兰数量不易过多。最后的结局是船东，船检及船厂三方在船厂的三维模型上对整个灰罐系统的管路进行评估，按照船东，船检协商的结果对整个管路系统的法兰进行删减，最后形成一个三方都认可的布置，船厂按这个进行生产及安装。

    3、灰罐系统的密性试验

    灰罐系统由于其介质的特殊性，在进行密性试验的时候是决定不能用水和油的，只能使用干燥的压缩空气。曾经有船东在运营的船舶上对我们进行问题反馈，其中就有一条，因为灰罐的管路中有水滴，导致船东在注入干水泥时，遇水凝固堵塞了管路，导致原本能装4个罐子300立方的货物，因为管路的堵塞，只装了2个罐子150立方的货物。船东的意见反馈后，我们进行了核查，最后发现是因为这条船的灰罐系统的密性试验，我们使用了水来进行密性试验，虽然在密性试验后也使用了压缩空气来进行管路的干燥，但可能是因为是干燥的时间不够长，在弯头处还是存在水滴，最后在船东装货的时候造成了管路的堵塞。

    结语

    目前，我国海上石油的钻探开发正在快速发展，补充国家战略资源的同时，也带动了社会经济的增长与人们的生活水平提高，但这也为我国为海上石油平台服务的各项技术设备提出了更高的要求，因此，必须注重引进国际先进经验，不断发展和优化包含平台供应船灰罐系统在内的石油平台服务系统，才能促进我国石油行业的不断发展。

    参考文献：

    [1]周瑞芬.一种新型风动下灰罐的设计[J].油气田地面工程，2004，（6）.

    [2]梁力民，吴焰海，孙海玉等.灰罐中储存物料输送优化分析[J].石油矿场机械，2002，（6）.

    （作者单位：浙江造船有限公司）