邱波，李東芳，賀相軍，刁素仿

（海洋石油工程股份有限公司設計院，天津，300072）

余熱回收裝置作為熱站是海洋石油平臺上經(jīng)常使用的重要設備，是實現(xiàn)油田節(jié)能減排的關鍵設備，是為平臺生產(chǎn)系統(tǒng)和公用系統(tǒng)加熱的熱源。余熱回收裝置的型式不僅影響設備的采辦和平臺的布置規(guī)劃方案，其排出的煙氣還可能影響平臺直升飛機的起降，因此余熱回收裝置的選型設計是海洋石油開采項目在運行初期階段需要進行的一項極其重要的工作。

渤海油田某項目的中心平臺上層甲板安裝有三臺25MW燃氣透平發(fā)電機組，其中兩臺機組排煙出口分別安裝有一臺余熱回收裝置，用于回收機組排煙中剩余的熱量，第三臺機組的煙氣則直接排入大氣。兩臺余熱回收裝置布置在發(fā)電機組上方的二層操維平臺上。余熱回收裝置的型式有立式和臥式兩種，裝置的具體型式?jīng)Q定著主機和余熱回收裝置煙管的布置方案，而機組的排煙對平臺直升機甲板上飛機的起降可能產(chǎn)生較大影響。因此評估機組排煙對直升機甲板的影響是確定平臺余熱回收裝置型式和煙管布置方案的關鍵因素。

海洋石油平臺的煙氣擴散分析通常需要先建立平臺三維模型，包括生活樓和直升機甲板、燃氣透平發(fā)電機組、余熱回收裝置及其煙管，以及上層甲板機組附近的設備和附屬結(jié)構(gòu)件的三維模型，在細化模型后，采用氣體多組分流動及傳熱數(shù)學模型，利用三維數(shù)值模擬FLUENT軟件，對平臺多點排放源組合工況的煙氣擴散問題進行數(shù)值模擬研究，可以得出各種煙氣排放工況下的直升飛機操作的年不可用概率。采用這種定量的模擬分析方法得出的結(jié)果比較精確，但模型建立以及計算過程耗時相當長，每一種煙氣排放工況模型的搭建及計算過程都需要耗時一至兩個月左右。而項目運行初期進行余熱回收裝置選型設計時缺少充足的時間進行平臺模型搭建并采用定量分析的方法對各種煙氣排放工況進行模擬計算，因此采用煙氣擴散定性分析的方法對各種煙氣排放工況中煙氣對平臺直升機甲板的影響進行初步估算，能夠簡單、快速、有效地得出估算結(jié)果，并可根據(jù)估算結(jié)果指導余熱回收裝置的選型設計。

本文利用煙氣擴散定性分析方法，分別估算了采用兩種不同型式的余熱回收裝置時由于機組排煙對平臺直升機甲板的影響所導致的直升飛機操作年不可用概率，從選擇估算概率較小方案的原則最終確定了本項目余熱回收裝置采用臥式型式。

1 平臺概況

本項目平臺為八腿中心處理平臺，承擔周邊井口平臺的原油和生產(chǎn)水的處理及相應的外輸和回注功能。平臺設置有三臺單臺功率為25MW的燃氣透平發(fā)電機組，不僅為本平臺的生產(chǎn)負荷和公用負荷供電，還為周邊井口平臺的用電負荷供電，并且與區(qū)域油田其它平臺的電站機組進行組網(wǎng)，為整個油田群的各平臺供電。平臺設置有兩臺單臺功率為12000kW的余熱回收裝置，為本平臺各生產(chǎn)熱用戶和公用熱用戶提供加熱熱源。

平臺設置有直升機甲板、上層甲板、中層甲板、下層甲板以及工作甲板等幾個不同標高的甲板。三臺燃氣透平發(fā)電機組設置在上層甲板，標高為EL+31.5m，單臺機組首尾東西向布置，其中機組進氣濾器朝向平臺西側(cè)，機組尾部朝向平臺東側(cè)，機組排煙口位于機組中間位置，三臺機組由北向南依次排開。由于機組排煙口位于機組中間位置，并且排煙口朝上，因此為保證余熱回收裝置的安裝，需在三臺燃氣透平發(fā)電機組上部設置一個二層操維平臺，并且將兩臺余熱回收裝置設置在二層操維平臺上，二層操維平臺的標高為EL+41.5m。三臺主機中靠南側(cè)布置的兩臺主機排煙口處分別安裝有一臺余熱回收裝置。最北側(cè)的一臺主機排煙出口安裝煙管并將煙氣直接排放入大氣，煙管也布置在二層操維平臺上。煙管的走向和布置方式需與余熱回收裝置及其煙管的布置方式統(tǒng)籌考慮。

在燃氣透平發(fā)電機組與余熱回收裝置的西南側(cè)設置有生活樓和直升機甲板，直升機甲板標高為EL+54m。由于三臺燃氣透平發(fā)電機組及余熱回收裝置的排煙管離生活樓和直升機甲板的水平距離非常近，因此如何將機組排煙對生活樓和直升機甲板的影響降至最低將是機組排煙系統(tǒng)布置方案確定的最關鍵要素。并且，由于余熱回收裝置的型式對機組排煙系統(tǒng)的布置方案有直接影響，因此采用不同型式的余熱回收裝置將形成不同的排煙系統(tǒng)布置方案，而研究各種布置方案中由于煙氣擴散影響導致的直升飛機操作的年不可用概率是確定余熱回收裝置型式的有效手段。

2 方案描述

三臺燃氣透平發(fā)電機組并排布置在上層甲板西側(cè)靠近生活樓和直升機甲板的區(qū)域，其中南側(cè)兩臺主機排煙出口處分別安裝一臺余熱回收裝置，最北側(cè)一臺主機的煙氣直接排放入大氣。

根據(jù)煙管的布置方式和余熱回收裝置的兩種不同型式設計了三套主機和余熱回收裝置的煙管布置方案，分別為立式余熱回收裝置煙管獨立布置方案、立式余熱回收裝置煙管集中布置方案和臥式余熱回收裝置煙管集中布置方案。

由于僅是定性分析煙氣擴散對直升機甲板的影響，并且在此方法中煙氣擴散對直升機甲板的影響程度只受制于幾個煙管的布置方式及煙管與直升機甲板的水平距離和相對位置，煙管的高度對煙氣擴散的實際影響需要通過定量的模擬分析進行評估和確定，因而煙管的高度對煙氣擴散的實際影響不在本文討論范圍之內(nèi)。

2.1 立式余熱回收裝置煙管獨立布置方案

兩臺余熱回收裝置型式為立式，分別安裝于南側(cè)兩臺主機排煙出口，并布置于主機二層操維平臺上，最北側(cè)一臺主機的煙管和南側(cè)兩臺余熱回收裝置的煙管均分別獨立布置，煙管支撐于主機二層操維平臺上，排煙口朝上。主機和余熱回收裝置及其煙管的整體布置如圖1所示。

在這一基本戰(zhàn)略判斷下，美國戰(zhàn)略界對“一帶一路”倡議的認知負面遠遠多于正面。綜合起來，美國戰(zhàn)略界對“一帶一路”倡議的認知或擔憂，主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

圖1 立式余熱回收裝置煙管獨立布置方案平面圖和立面圖

2.2 立式余熱回收裝置煙管集中布置方案

兩臺余熱回收裝置型式為立式，分別安裝于南側(cè)兩臺主機排煙出口，并布置于主機二層操維平臺上，最北側(cè)一臺主機和最南側(cè)一臺余熱回收裝置的煙管靠近中間一臺主機的煙管集中并排布置，煙管支撐于主機二層操維平臺上，排煙口朝上。與前一個方案所不同的是，立式余熱回收裝置煙管集中布置方案中將主機煙管和余熱回收裝置的煙管進行了集中布置。主機和余熱回收裝置及其煙管的整體布置如圖2所示。

圖2 立式余熱回收裝置煙管集中布置方案平面圖和立面圖

2.3 臥式余熱回收裝置煙管集中布置方案

兩臺余熱回收裝置型式為臥式，分別安裝于南側(cè)兩臺主機排煙出口，并布置于主機二層操維平臺上，最北側(cè)一臺主機和最南側(cè)一臺余熱回收裝置的煙管靠近中間一臺主機的煙管集中并排布置，煙管支撐于主機二層操維平臺上，排煙口朝上。主機和余熱回收裝置及其煙管的整體布置如圖3所示。

圖3 臥式余熱回收裝置煙管集中布置方案平面圖和立面圖

3 煙氣擴散定性分析

平臺風向風速概率分布如表1所示。根據(jù)主機和余熱回收裝置及其排煙管的總體布置以及直升機甲板的相對位置，分析上述三個方案中主機及余熱回收裝置排煙對直升機甲板的影響，具體分析結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。圖中斜線部分為可對直升機甲板產(chǎn)生影響的環(huán)境風向范圍。從平臺常年風向概率分布表中可以查到這些產(chǎn)生影響的風向范圍所對應的概率值，將這些概率值相加后所得的總和即是某一方案采用煙氣擴散定性分析后得出的由于機組排煙對直升機甲板的影響導致直升飛機操作的年不可用概率。

表1 平臺常年風向風速概率分布表

圖4 立式余熱回收裝置煙管獨立布置方案的影響風向范圍

圖5 立式余熱回收裝置煙管集中布置方案的影響風向范圍

圖6 臥式余熱回收裝置煙管集中布置方案的影響風向范圍

根據(jù)圖4、圖5和圖6所示的三個方案中主機和余熱回收裝置排煙對直升機甲板產(chǎn)生影響的環(huán)境風向范圍，并參照表1中平臺風向風速概率分布的數(shù)據(jù)，可得煙氣擴散定性分析的結(jié)果如下：

立式余熱回收裝置煙管獨立布置方案和立式余熱回收裝置煙管集中布置方案中機組排煙對直升機甲板產(chǎn)生影響的風向均為四個，分別是N、NNW、NW和WWN四個風向，四個風向的概率統(tǒng)計之和為17.4%。

臥式余熱回收裝置煙管集中布置方案由于煙管布置的離直升機甲板較遠，因此有影響的風向只有三個，分別是N、NNW、NW三個風向，三個風向的概率統(tǒng)計之和為12.6%。

因此，從煙氣擴散定性分析的結(jié)果來看，無論是立式余熱回收裝置煙管獨立布置方案還是立式余熱回收裝置煙管集中布置方案，其機組排煙對直升機甲板的影響概率均比臥式余熱回收裝置煙管集中布置方案高出約5%。

根據(jù)煙氣擴散定性分析的結(jié)果，為盡量減小由于機組煙氣擴散對平臺直升機甲板的影響而導致的直升飛機操作的年不可用概率，在上述三個方案中優(yōu)先選用臥式余熱回收裝置煙管集中布置方案，因此本項目余熱回收裝置型式確定為臥式。

4 結(jié)論

由于涉及到直升機起降的安全問題，因此煙氣擴散對直升機甲板的影響分析已經(jīng)是海洋石油平臺在設計初期階段需要開展的工作之一。采用三維軟件對平臺及設備進行建模，并利用流體分析軟件進行煙氣擴散的定量分析是一項較為復雜的工作。利用軟件分析的結(jié)果受到三維模型網(wǎng)格劃分的精度和分析人員的經(jīng)驗等因素的影響，并且由于煙管的高度對煙氣擴散的影響起著決定性的作用，因此煙管的實際高度也是進行軟件分析時必須要考慮的因素之一。而本文所述的煙氣擴散的定性分析方法，不需要建立復雜的三維模型，僅需要以設備和煙管的布置方案作為基礎，并利用平臺常年風向風速概率分布表，便可估算得出各個設備和煙管的布置方案下由于煙氣擴散對直升機甲板的影響導致的直升飛機操作的年不可用概率，方法簡單、快速和有效。根據(jù)估算得出的結(jié)果，可優(yōu)先選用影響概率較小的設備和煙管的布置方案。

余熱回收裝置的型式及其煙管的布置方案對煙氣擴散的定性分析結(jié)果有著直接影響，因此在盡可能降低煙氣擴散對平臺直升機甲板影響的目標下利用煙氣擴散定性分析的結(jié)果來指導余熱回收裝置的選型設計是非常有意義的，值得在海洋石油開采項目中推廣和運用。

◆參考文獻

[1] 張明，周曉紅，王春升，等. 海上平臺煙氣組合工況擴散安全性分析[J].中國安全生產(chǎn)科學技術，2012，8(9)：43-47.

[2] 魏利軍，張政，胡世明，等. 重氣擴散的數(shù)值模擬[J].中國安全科學學報，2000，10(2)：26-34.

[3] Offshore Helicopter Landing Areas-Guidance on Standards,April 2010[S].

[4] 陳欣，孫旭，李東芳，等. 海上平臺直升機甲板受環(huán)境影響的安全分析評估[J].中國海上油氣，2012，24(1)：60-63.

[5] 周偉，朱海山，張明，等. 海上平臺原油發(fā)電機排煙管布置對直升機起降的影響研究[J].中國造船，2013，54（增刊2）：501-506.