歐毅

摘? ? 要：半潛式鉆進(jìn)平臺(tái)是海洋油氣資源開發(fā)的主要裝備，國(guó)內(nèi)許多半潛式鉆井平臺(tái)已趨于老齡化，需要根據(jù)平臺(tái)實(shí)際情況和客戶要求進(jìn)行升級(jí)改造。本文根據(jù)公司承接修理的某半潛式鉆井平臺(tái)改造項(xiàng)目，介紹壓載控制系統(tǒng)改造優(yōu)化設(shè)計(jì)情況。

關(guān)鍵詞：半潛式鉆井平臺(tái);壓載控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U663.31 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Retrofit Design and Optimization of Ballast Control System of

Semi-submersible Platform

OU Yi

（ YiuLian Dockyards（Shekou） Co.， Ltd.， Shenzhen 518054 ）

Abstract： Semi-submersible drilling platform is the main equipment for the development of offshore oil and gas resources， and the domestic semi-submersible drilling platform tends to be aging， it needs to be upgraded according to the actual situation and customer requirements. According to a semi-submersible drilling platform retrofit project undertaken by the company， this paper introduces the design for the optimization of the ballast control system.

Key words： Semi-submersible drilling platform; Ballast control system; Retrofit Design; Design optimization

1? ? ?前言

該平臺(tái)的壓載系統(tǒng)中，閥門遙控與液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備及組件老化嚴(yán)重，頻繁出現(xiàn)閥門卡阻、無(wú)法遙控、無(wú)法開關(guān)到位、報(bào)警等故障，經(jīng)船東反復(fù)論證，決定進(jìn)船廠換新。

平臺(tái)進(jìn)廠后，我們面臨著壓載系統(tǒng)密密麻麻的百余根多芯電纜如何拆除等諸多問(wèn)題。為此，我們組織技術(shù)小組提前赴平臺(tái)勘驗(yàn)，深入研究原船圖紙，現(xiàn)場(chǎng)摸查設(shè)備的狀態(tài)、具體位置、電纜走向，將需要改造的內(nèi)容記錄清楚，將復(fù)用設(shè)備的接線明確到每個(gè)接線端子整理成冊(cè)，并督促船東要求設(shè)計(jì)公司將示意圖精確到施工圖，并與設(shè)計(jì)人員共同優(yōu)化系統(tǒng)圖、設(shè)備外形圖等。同時(shí)，給施工人員技術(shù)交底，明確了每個(gè)接線箱、每根電纜、每個(gè)端子的用途，從而將明確復(fù)用的設(shè)備、電纜精心做好記號(hào)并要求保護(hù)性拆除，廢棄的設(shè)備和電纜可直接進(jìn)行破壞性拆除，這樣既節(jié)省時(shí)間也節(jié)約了大量人工成本，最終使壓載系統(tǒng)改造在啟動(dòng)晚、時(shí)間趕、難度大的背景下得以順利完成。

2? ? ?項(xiàng)目實(shí)施

2.1? ?編寫技術(shù)協(xié)議

由于該平臺(tái)壓載系統(tǒng)改造項(xiàng)目船東啟動(dòng)較晚，離平臺(tái)進(jìn)船廠修理僅一個(gè)半月還未提供相關(guān)的技術(shù)協(xié)議和文件，同時(shí)我們對(duì)平臺(tái)原有系統(tǒng)、使用習(xí)慣、改造預(yù)期、重點(diǎn)難點(diǎn)、具體哪些設(shè)備可復(fù)用也不了解。針對(duì)此情況，為了保證平臺(tái)進(jìn)廠改造的質(zhì)量和降低成本，同時(shí)考慮今后平臺(tái)系統(tǒng)功能齊全、方便維護(hù)，我們安排設(shè)計(jì)人員提前介入，和船東一起共同編寫閥門遙控及液位遙測(cè)系統(tǒng)技術(shù)協(xié)議，主要內(nèi)容如下：

（1）電控柜顏色統(tǒng)一為灰白，面板采用深灰色。

（2）系統(tǒng)如果使用PLC，為方便平臺(tái)備件管理，建議使用西門子S7-1500;PLC應(yīng)采用雙冗余，每臺(tái)都包括液位遙測(cè)和閥門遙控，任何一臺(tái)損壞均不影響使用，可互為備用;

（3）協(xié)議名稱雖為閥門遙控，但應(yīng)注意其實(shí)還有液位遙測(cè)功能。

（4）系統(tǒng)圖：

① 系統(tǒng)閥控箱、采集箱、壓載控制臺(tái)之間的通訊采用雙冗余，任一位置通訊故障，均不影響使用;

② 為節(jié)省電纜、控制重量，左、右、中立柱應(yīng)設(shè)置不銹鋼信號(hào)采集箱，安裝位置滿足規(guī)范要求。該采集箱至少能采集如下信號(hào)：泵艙的閥控、泵艙閥位置反饋;海水泵、壓載泵、鉆井水泵、燃油泵、淡水泵、浮子泵進(jìn)出口壓力;4臺(tái)海水泵、4臺(tái)壓載泵軸承溫度;P2/S2立柱壓載艙液位;泵艙設(shè)備報(bào)警。如：防海生物電極公共報(bào)警、泵艙污水井高位報(bào)警、推進(jìn)機(jī)艙污水井高位報(bào)警等;

③ 位于左、右、中立柱水線以上的閥控箱，也應(yīng)有信號(hào)采集功能，且能夠收發(fā)如下信號(hào)：采集海水泵、壓載泵電流信號(hào)進(jìn)行顯示;4臺(tái)海水泵、4臺(tái)壓載泵、2臺(tái)鉆井水泵、4臺(tái)燃油輸送泵、4臺(tái)淡水泵、2臺(tái)泵艙浮子泵、2臺(tái)推進(jìn)機(jī)艙浮子泵起?？刂萍斑\(yùn)行指示;

④ 壓載控制臺(tái)應(yīng)能收發(fā)如下信號(hào)：消防控制箱的自動(dòng)啟動(dòng)海水泵、打開海水泵進(jìn)出口閥的信號(hào)，并控制其自動(dòng)開關(guān)。注意不能同時(shí)自動(dòng)打開單側(cè)的兩臺(tái)海水泵（因海水總管受限）;P1/S1立柱壓載艙的液位;

⑤ 左、右泵艙潛水泵不由壓載系統(tǒng)控制，而由壓載控制臺(tái)上的起停按鈕盒控制;

⑥ 左、右2臺(tái)潛水泵和4臺(tái)浮子泵啟動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的出口閥門應(yīng)隨之打開，停泵時(shí)關(guān)閉各自對(duì)應(yīng)閥門;

⑦ 鹽水泵起停及運(yùn)行指示，均不在壓載系統(tǒng);

⑧ 系統(tǒng)電制為460 V 60 Hz/120 V 60 Hz。由于壓載系統(tǒng)所使用的應(yīng)急電源只有120 V，不建議使用208 V;

（5）壓載顯示屏應(yīng)至少顯示如下畫面：閥門、泵的開關(guān)狀態(tài)，其顯示建議采用四色，即開、關(guān)、正在開關(guān)、故障;管路的使用狀態(tài)，使用閥打開連通時(shí)綠色，不使用時(shí)灰色;按設(shè)備功能劃分多個(gè)界面：左、右泵艙壓載泵、閥、管及壓載艙液位、容積、噸位;左右鉆井水系統(tǒng)泵、閥、管及鉆井水艙液位、容積、噸位;左、右海水泵、管及進(jìn)出口閥+泵艙及推進(jìn)機(jī)艙浮子泵、管、閥;左、右泵艙燃油泵、閥、管及燃油艙液位、容積、噸位;左、右泵艙淡水泵、閥、管及淡水艙、日用水柜液位液位、容積、噸位;四角吃水液位顯示;壓載艙液位報(bào)警;4臺(tái)海水泵、4臺(tái)壓載泵電流和溫度;

（6）每臺(tái)壓載工控機(jī)、PLC、I/O模塊均應(yīng)配置UPS，以避免平臺(tái)電網(wǎng)波動(dòng)造成設(shè)備使用壽命降低;UPS報(bào)警應(yīng)接入壓載系統(tǒng)PLC;

（7）壓載控制臺(tái)需配置但不限于如下設(shè)備：航行燈板;2臺(tái)潛水泵啟停帶運(yùn)行按鈕盒;VMS交換機(jī);4臺(tái)海水泵急停按鈕;PARGE PARTY電話;自動(dòng)電話;參照原系統(tǒng)，在隱蔽位置設(shè)置海水泵、壓載泵越控開關(guān);

（8）液壓?jiǎn)卧獔?bào)警應(yīng)提供但不限于下列信號(hào)：每臺(tái)泵準(zhǔn)備啟動(dòng);每臺(tái)泵運(yùn)行;每臺(tái)電機(jī)故障;就地控制;低油位報(bào)警;低油壓報(bào)警;高油壓&高油溫報(bào)警;高油位報(bào)警;電機(jī)負(fù)荷;濾器堵塞報(bào)警;低低油位報(bào)警;液壓油壓力傳感器等。

2.2? ?整理復(fù)用設(shè)備及電纜成冊(cè)

我們與船東一起研究圖紙、現(xiàn)場(chǎng)摸排，明確了設(shè)備的具體位置、電纜走向與接線，出具了《項(xiàng)目改造相關(guān)復(fù)用電纜統(tǒng)計(jì)清單-閥門遙控與液位監(jiān)測(cè)部分》。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，原壓載控制系統(tǒng)包括近20臺(tái)泵及其起動(dòng)器、150余個(gè)閥門執(zhí)行器、約40個(gè)壓載艙液位計(jì)、40余個(gè)泵進(jìn)出口壓力傳感器、4臺(tái)浮子泵各3個(gè)浮子信號(hào)等?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)40余個(gè)接線箱匯集后，通過(guò)約150根多芯電力電纜與壓載控制臺(tái)相連。

2.3? ?壓載控制系統(tǒng)圖紙優(yōu)化

2.3.1 壓載控制臺(tái)外形圖優(yōu)化

由于壓載控制臺(tái)較大，預(yù)制生活樓分段時(shí)需盡早采購(gòu)提前進(jìn)艙。原設(shè)計(jì)的控制臺(tái)桌面布滿電話、按鈕盒等設(shè)備，控制臺(tái)內(nèi)也無(wú)大型UPS和工控機(jī)等需散熱設(shè)備，按設(shè)計(jì)習(xí)慣布置的設(shè)備及按鈕主次不分，門板無(wú)散熱孔，空間未有效利用。

因此，需對(duì)控制臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化配置和布置。根據(jù)船東要求：將平時(shí)基本不用的液壓泵站按鈕、指示燈等均集成在電腦組態(tài)畫面;而事關(guān)平臺(tái)安全的海水泵按鈕及指示燈，布置在控制臺(tái)中央顯眼易操作位置，并設(shè)置海水泵和壓載泵越控、急停旋鈕，用硬線直接接至起動(dòng)器。當(dāng)工控機(jī)、光纖通訊、起停按/旋鈕等故障時(shí)，仍可在壓載控制臺(tái)遙控起停，確保平臺(tái)安全;由于越控旋鈕平時(shí)不用，將其設(shè)置在控制臺(tái)側(cè)面隱蔽位置。經(jīng)和船東深入溝通，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，重新對(duì)控制臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)更新優(yōu)化，確保功能滿足規(guī)范和使用要求，外形整體也簡(jiǎn)潔明了。優(yōu)化后的壓載控制臺(tái)外形，如圖1所示。

2.3.2壓載控制系統(tǒng)圖優(yōu)化

壓載系統(tǒng)由于牽涉大量的閥門及泵類控制、液位遙測(cè)電纜及設(shè)備復(fù)用，施工難度大。由于設(shè)計(jì)院通常是按照全新系統(tǒng)、設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)該平臺(tái)這種存在大量復(fù)用設(shè)備的項(xiàng)目改造流程及具體細(xì)節(jié)并不熟悉。如：圖紙沒有標(biāo)注復(fù)用設(shè)備具體的安裝位置，電纜走向就沒法確定，難免出現(xiàn)復(fù)用電纜的長(zhǎng)度不夠的情況，無(wú)法據(jù)圖施工;信號(hào)類型不明確，信號(hào)采集模塊也無(wú)法選型。

因此，我們根據(jù)與船東一起擬定的《項(xiàng)目改造相關(guān)復(fù)用電纜統(tǒng)計(jì)清單-閥門遙控與液位監(jiān)測(cè)部分》要求，并兼顧規(guī)范要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘驗(yàn)情況，共同商定提出在左中、右中立柱水線以上分別設(shè)置一個(gè)集中液壓泵站和一個(gè)閥控箱兼信號(hào)采集箱。原船接入壓載控制臺(tái)的左、右、中、尾立柱及沉箱內(nèi)的泵類、閥門控制信號(hào)及傳感器的電纜在水線以上位置截?cái)嘟尤胄录拥牟杉洌渌x生活樓較近的信號(hào)線直接接入生活樓內(nèi)新的壓載控制臺(tái);閥控箱具備閥門遙控功能，當(dāng)壓載控制臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)閥控箱遙控閥門和立柱內(nèi)的左、右分控站與壓載控制臺(tái)內(nèi)的總站，通過(guò)雙冗余光纖通訊連接。優(yōu)化后的控制系統(tǒng)圖，如圖2所示。

2.4? ?壓載控制系統(tǒng)改造施工與調(diào)試

2.4.1改造施工

壓載控制系統(tǒng)改造由于復(fù)用設(shè)備、傳感器、電纜等較多，施工難度較新造困難得多，施工周期也非常的緊。施工中既要保證進(jìn)度，又要確保在施工中保護(hù)復(fù)用設(shè)備和電纜不被損壞，因此對(duì)于施工人員的責(zé)任心要求更強(qiáng)，必須做好施工前充分的準(zhǔn)備工作。

（1）施工前準(zhǔn)備工作

按照復(fù)用清單要求，對(duì)所有施工領(lǐng)班和工人做好技術(shù)交底，指明施工方向;

（2）施工流程

為避免復(fù)用電纜及電氣設(shè)備損壞，施工前要對(duì)壓載系統(tǒng)復(fù)用清單進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，理清復(fù)用設(shè)備及電纜實(shí)際情況判斷是否能用，并且做好相應(yīng)清冊(cè);對(duì)于確定能用的復(fù)用設(shè)備與電纜，在拆除前做好標(biāo)記和防護(hù);對(duì)于不需移位的復(fù)用設(shè)備和電纜，做好保護(hù)措施;

（3）施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

平臺(tái)壓載系統(tǒng)與其他消防系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)相連通，一旦開始拆除壓載系統(tǒng)，其他系統(tǒng)就會(huì)受到影響。為確保平臺(tái)安全，壓載系統(tǒng)務(wù)必在平臺(tái)靠碼頭錨鏈全部放完、平臺(tái)調(diào)平、與其他系統(tǒng)相連的隔離閥門關(guān)閉上鎖、頭道閥門和各壓載艙室閥門關(guān)閉上鎖后，再開始動(dòng)工拆除;明確壓載艙室有水的水艙，避免漏水安全隱患，務(wù)必在進(jìn)塢、艙室排水干凈后才能進(jìn)行施工。因此，平臺(tái)靠碼頭、放錨鏈、系統(tǒng)閥門上鎖、進(jìn)塢、艙室排水等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)提前策劃，防止出錯(cuò)而導(dǎo)致安全事故及工期延誤。

通過(guò)以上措施，可節(jié)約后期查線人工成本約25%，節(jié)約調(diào)試周期約20%，并且有利于控制工期，防止出錯(cuò)而導(dǎo)致安全事故。

2.4.2 壓載控制系統(tǒng)調(diào)試

壓載控制系統(tǒng)調(diào)試比較繁瑣，調(diào)試前要做好相關(guān)的檢查工作：

（1）系統(tǒng)完工的外觀檢查報(bào)檢;

（2）系統(tǒng)接線對(duì)線報(bào)檢，保證整個(gè)系統(tǒng)的電源、控制、信號(hào)電纜接線正確;

（3）壓載控制系統(tǒng)調(diào)試的難點(diǎn)是壓載液位計(jì)調(diào)試，它涉及30多個(gè)液艙都需要進(jìn)艙測(cè)量傳感器盲區(qū)高度，在確保傳感器測(cè)試無(wú)問(wèn)題后，再封艙注水。

3? ? 壓載控制系統(tǒng)改造后的使用情況

新壓載控制系統(tǒng)改造完成交付使用后，其運(yùn)行穩(wěn)定可靠、故障率低，徹底扭轉(zhuǎn)了以前平臺(tái)工程師頻繁處理壓載系統(tǒng)故障的局面?？刂婆_(tái)及其組態(tài)界面布局合理，操作方便，上手快，受到了船東好評(píng)。

新壓載控制臺(tái)外形，如圖3所示。

4? ? ?總結(jié)

本次壓載控制系統(tǒng)的改造，通過(guò)提前介入、充分和船東溝通、積極參與設(shè)計(jì)，保證了施工順暢;嚴(yán)格控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，高效、高質(zhì)量、按期改造完成。粗略估算，不但為公司節(jié)省了成本幾十萬(wàn)元，且大大降低了船東后期維護(hù)保養(yǎng)的投入，也積累了豐富的海工項(xiàng)目改造經(jīng)驗(yàn)。

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