海上平台含砂排放管液封改进设计

杜志胜，徐锦锦，马 超，张 发，刘富强

(1. 中海油能源发展装备技术有限公司工程设计研发中心，天津 300452；2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

海上平台含砂排放管液封改进设计

杜志胜1，徐锦锦2，马 超1，张 发1，刘富强1

(1. 中海油能源发展装备技术有限公司工程设计研发中心，天津 300452；2. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

排放系统是海上固定平台最重要的系统之一。为防止可燃气在排放管内串通，开式排放管均设有U型管液封装置。由于含砂排放时常规U型管极易堵塞且难于清理，根据液封原理对海上平台U型管液封进行了改进设计，同时设计了新型Y型管液封，更适用于海上平台含砂排放系统。新型Y型管液封装置具有液封和沉砂两个功能，可以有效监测管内沉砂情况，容砂量大，且易于清理。

海上平台；排放系统；U型管液封装置；Y型管液封装置

0 引 言

海上平台排放系统是保障海上油气平台安全生产必不可少的系统之一，主要功能是收集和处理来自生产设备正常和非正常状态下排放的流体，同时也收集和处理甲板面上的雨水和含油污水。海上平台的排放系统分为开式排放和闭式排放两个系统[1]。开式排放系统主要收集平台各处与大气相通的水、污水和污油；闭式排放系统主要收集生产设备排放的带压气液混合物和污油。

有关安全规范要求[2],应设置必要的措施防止可燃气进入开式排放系统或从开式排放系统逸出。由于来自平台各处的开式排放液体是依靠自身重力流入开排管线的，为了防止可燃气通过排放管线互串或排放罐内可燃气进入排放管线，排放管线一般采取液封的方式隔断可燃气在排放管内的流通。目前开式排放管均设有U型管液封装置。但对于含砂排放，U型管极易堵塞且难于清理。针对这一问题，本文对海上平台U型管液封进行了改进，并设计了兼具液封和沉砂功能的Y型管液封装置。

1 排放系统液封简介

1.1 液封原理及形式

液封的原理是利用一定高度的静液柱压力来抵抗系统内气压的变化，防止气体流通。排放管道液封常规的做法是在排放管上设计U型管[3]，液体排放时U型管内存液，从而形成液柱以隔断排放管内U型管两侧气体的互通。U型管通常由4个90°弯头或弯管构成。为了清理或扫线时能够排尽U型管低点存液，在其低点设有放净口[管径1英寸(25.4 mm)]及放净阀门。常规U型管形式如图1所示。

图1 常规U型管液封装置Fig.1 Conventional U-tube liquid seal device

1.2 存在问题

对于排放含砂介质的管线，由于流体依靠自重流入开式排放系统，且流速较低，故而常规U型管低点处极易沉积砂粒，造成U型管堵塞，导致排放管线功能失效，极易出现地漏溢流。另外由于U型管排放口管径较小，在管线砂粒堆积后很难通过排放口将砂粒清出。常规U型管一旦发生堵塞，极难疏通，只能对管道采取机械切割的方式进行清砂工作。

2 U型管液封改进设计

U型管的改进应考虑：(1)如何避免管内砂粒沉积从而造成堵塞；(2)一旦管内堵塞后如何方便清理。因此，从两方面着手进行U型管液封的改进设计。

(1) 增大排放口尺寸。

如图2所示，为了消除排放口管径对排砂的限制，将排放口管径由1英寸增大至3英寸。在管内沉砂较少时打开排放口关断闸阀进行疏通，可以有效避免U型管内堵塞。关断阀不能使用蝶阀，因为当管内砂粒沉积后蝶阀阀板无法旋转，将导致阀门无法打开。

图2 增大排放口后的U型管液封装置Fig.2 U-tube liquid seal device with enlarged pipe size of drain pipe

(2) 取消排放口，设置疏通盲端。

如图3所示，将U型管下部弯头换成三通，在三通口设置法兰及盲法兰。此改进方法延缓了管内发生堵塞的时间，堵塞后也易对管道进行疏通。

图3 带疏通端的U型管封液装置Fig.3 U-tube liquid seal device with dredging ends

两种改进方法都能有效缓解U型管堵塞问题，但是都无法监测U型管内沉砂程度，需定期进行疏通。由于排放管线布置在每层甲板下且紧贴该层结构梁，相对下层甲板高度较高，排放或疏通需要高空作业，人员操作时容易发生危险。

3 新型Y型管液封设计

U型管液封装置即使经过上述改进也仍然存在问题，需要定期进行清砂作业，增加了排放系统安全管理及作业的难度。为此，需设计新型的液封装置以达到理想的液封及防堵塞效果。

3.1 新型Y型管形式

新型Y型管相比U型管液封进行了重大改进。新型Y型管仍然利用了U型管液封原理，但是改变了U型管液封的结构形式。新型Y型管的形式如图4所示。

图4 新型Y型管液封装置Fig.4 Y-tube liquid seal device

新型Y型管取消了U型管的排放口，同时将其中一个弯头换成等径三通，并在该三通后设计了关断阀门、一定长度的直管段、液相检测口及固体排放口。

3.2 新型Y型管使用方法

新型Y型管关断闸阀处于开启状态，排放介质中的砂粒会逐渐沉积在关断闸阀至固相排放口间的直管段内。通过打开液相检测口观察检测口是否能顺利流出液体判断新型Y型管内沉砂程度。当检测口无法流出液体时，可以判断该直管段内已充满砂粒，需进行清砂作业。此时关闭关断闸阀，打开固相排放口进行清理，也可直接将该堵塞的直管段拆卸下来进行清理。

3.3 新型Y型管优点

改进后的Y型管有以下优点：

(1) 具有液封和沉砂两个功能；

(2) 可以有效监测管内沉砂情况；

(3) 沉积段沉砂也不会造成管道堵塞；

(4) 将沉积段由水平段改进为竖直段，容砂量大；

(5) 液封结构更为紧凑，长度更短；

(6) 增加了隔断阀，当进行疏通时不影响排放管使用；

(7) 设计了拆卸短节，可将砂粒沉积段管线直接拆除疏通，非常方便；

(8) 无高空作业，操作安全。

3.4 新型Y型管的实际应用

(1) 用于钻修机及配置钻修机设施平台的开式排放系统。

钻修机及配置钻修机设施平台由于存在钻井或修井作业，进入开式排放系统的流体会带有少量泥浆。开式排放系统需采用防砂液封。垦利10-1油田WHPA/B等多台模块钻机的开式排放系统已采用了新型Y型管液封。

图5为新型Y型管的现场应用，综合考虑装置的经济性及实际操作要求，现场应用时取消了关断闸阀。

图5 垦利10-1油田WHPA/B模块钻机新型Y型管液封Fig.5 Application of Y-tube liquid seal device to KL 10-1 WHPA/B drilling rig

(2) 用于井口采油树装置的闭式排放管线。

渤海油田油井生产出砂严重[4-5]，采油树装置泄放至闭排系统的含砂原油由于流速降低，会逐渐在管内低点沉积，堵塞闭排管线。绥中36-1油田某平台在采油树闭式排放管线上也采用了新型Y型管设计，其目的并非作为液封使用，而是为了避免闭排管堵塞及清砂，取得了很好的效果。

4 结 语

(1) 对于含砂排放系统，常规U型管液封存在易堵塞、难疏通等问题，极易出现地漏溢流，造成排放污染或危险，需对其进行改进。

(2) 从如何避免管内砂粒沉积以及管内堵塞后如何清理两个方面考虑，U型管可进行增大排放口尺寸及设置疏通盲端两种改进措施。改进后的U型管液封能基本满足现场作业要求，但无法检测装置内部具体堵塞程度，需定期对装置进行疏通，工作量较大。

(3) 改进后的新型Y型管液封具备液封和沉砂两个功能，可以有效监测管内沉砂情况，同时具有容砂量大、结构紧凑、易于疏通及操作安全等优点，现场应用效果良好，非常适用于海上平台含砂排放系统。

[1] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.海上固定平台安全规则[S].2000.

[2] American Petroleum Institute. API RP 500. Recommended practice for classification of locations for electrical installations at petroleum facilities classified as class I, Division 1 and Division 2[S]. 1997.

[3] 王利民，肖飞.集中式管道排液水封的设计与应用[J].煤化工，2014(1)：25.

[4] 黄鑫.渤海稠油油田开发面临的挑战与应对措施[J].油气田地面工程，2010,29(9)：76.

[5] 韩国庆，李相方，吴晓东，等.渤海稠油油田适度出砂生产可行性研究[J].钻采工艺，2004，27(3)：29.

OptimizationofLiquidSealDeviceforDrainSystemsContainingSandonOffshorePlatforms

DU Zhi-sheng1, XU Jin-jin2, MA Chao1, ZHANG Fa1, LIU Fu-qiang1

(1.CNOOCEnerTechEquipmentTechnologyResearch&DesignCenter,Tianjin300452,China;2.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300461,China)

Drain system is one of the most important systems on offshore platforms. In order to prevent the turbulent flow of combustible gas which comes from different regions, U-tube liquid seal device is often used in open drain pipes. When the drain system contains sand, the U-tube will get clogged frequently and is difficult to clean. To solve this problem, the optimization of U-tube liquid seal device is performed according to the principle of liquid seal. Moreover, a new Y-tube liquid seal device is designed, which is more suitable for drain systems which contain sand on offshore platforms. The Y-tube liquid seal device, with the function of sealing and settling, can easily be cleaned, and provides more advantages than U-tube liquid seal device.

offshore platform; drain system; U-tube liquid seal device; Y-tube liquid seal device

TE542；TE545

A

2095-7297(2015)02-0124-04

2015-03-27

杜志胜(1982—)，男，工程师，主要从事海洋工程设计工作。