海上无人驻守平台新型登临系统设计与应用*

杨炳华 林俊锋 董颖杰

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

海上无人驻守平台新型登临系统设计与应用*

杨炳华 林俊锋 董颖杰

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

杨炳华,林俊锋,董颖杰.海上无人驻守平台新型登临系统设计与应用[J].中国海上油气，2016,28(6)：133-136.

Yang Binghua,Lin Junfeng,Dong Yingjie.Design and application of the boarding system for unmanned offshore platforms[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(6):133-136.

传统的海上无人驻守平台登临系统存在电机功率大、不便于物料运送、攀爬软梯易损坏等缺点。为克服传统登临系统设计上的弊端，研发了由绞车提升系统和水平可伸缩吊桥2部分组成的新型登临系统，将原来的提升系统由举升吊桥改进为直接提升货物，同时在原吊桥上增设水平可伸缩部分，以降低电机功率，减小绞车负载。该新型登临系统已成功应用于涠洲12-8W/6-12油田，现场实践效果表明该系统设计合理、使用方便，具有较好的实用价值，也更有利于保障人员登临无人平台的安全。

海上无人驻守平台；新型登临系统；提升系统；水平可伸缩吊桥；涠洲12-8W/6-12油田

海上中小油气田及边际油气田的开发中，经常依托中心生产处理平台而使用无人驻守的简易采油采气平台，生产、维修人员定期登临平台进行巡检维护。传统无人驻守平台登临系统的设计理念是：人员通过攀爬软梯上下简易平台，当人员撤离时，为防止海水涌浪对软梯的破坏及无关人员随意登临平台，采用遥控器控制电动绞车将登临平台所用的吊桥举升起来；而当油田人员再次登临简易平台时，再通过遥控器控制电动绞车将吊桥和软梯释放下来[1-5]。应用实践表明，传统的海上无人驻守平台登临系统存在诸多不足。首先，电动绞车的作用是拉升吊桥，为了保障拖轮停靠平台的安全，吊桥的长度通常设计为10～15 m，其质量为4～5 t，这就要求电动绞车必须具备较大的功率，电动绞车的滚筒和钢丝绳也须具备很高的强度，如涠洲12-8W/6-12油田的登临系统所使用的绞车电机功率为15 kW，额定拉力为70 kN，钢丝绳直径为24 mm。其次，海上经常存在浪高涌大的海况，而油田人员由于生产及维修须不定时通过攀爬软梯的方式上下无人驻守平台，存在很高的受伤风险，且不方便上下运送工具、材料。再次，人员撤离后，若发生平台断电或断电台风撤离后再恢复的情况，电动绞车失电，将无法遥控释放吊桥及软梯而出现人员无法登临平台的问题。因此，使用传统平台登临系统时，即使人员撤离简易平台，吊桥也须释放下来，将软梯垂到海水里，这就无法起到保护软梯和防止无关人员随意登临简易平台的目的，并且软梯长期浸在海水中，受涌浪、大风、潮汐的拍打扭转而很容易发生破损断裂，需要定期更换，浪费了财力、物力[6-7]。另外，传统的无人驻守平台登临系统绞车电机一般采用380 V 50 Hz油田电网电源，若将绞车电机更换为110 V直流电机，须将380 V三相交流电经过整流和滤波处理后为直流绞车电机供电。当平台断电时，直流电机由蓄电池组供电，蓄电池组采用全浮充充电方式，但经油田技术委员会核算评估，用蓄电池组作为15 kW绞车电机的电源，起升和下放3～4 t的吊桥至少需要110 V 200 AH的蓄电池组才能满足基本工作要求。若按照平台左右两舷2个吊桥共用一套蓄电池组的改造或建造方案设计，蓄电池组加其他配件及改造费用约需要75万人民币，考虑到前期投入及后期对大容量蓄电池组维修保养的费用，用蓄电池组带动绞车举升吊桥的改进方案不具备可行性。为解决上述问题，本文对传统无人驻守平台登临系统进行改进，设计了新型登临系统，并在涠洲12-8W/6-12油田进行了试点应用，取得了良好成效。

1 新型登临系统设计

针对现有技术和设备特点，在对传统海上无人驻守平台登临系统研究的基础上，从改变原绞车提升系统的用途和在原吊桥上增设水平可伸缩部分对原平台登临系统进行了改进设计。

1.1 绞车提升系统改进设计

原绞车提升系统设计的目的是将吊桥举升起来，而改进的新提升系统的绞车设计则用来直接提升货物，载单人的吊篮质量约25 kg，普通单人的质量约75 kg，考虑到提升绞车运转过程中的摩擦阻力和一定的安全余量，将提升绞车、滚筒和钢丝绳按照举升0.5 t的能力进行设计。海上平台登临系统吊桥设计一般距离最高海平面4 m，距离最低海平面7 m，平台断电后恢复正常电力供应的操作只需2人登临平台即可，分次完成2人的举升登临最多需要举升绞车运行10 min，但为安全起见，对蓄电池组将按照举升0.5 t的货物连续运行1 h的能力进行设计。另外，为防止电动绞车举升过高造成载人吊篮撞到定滑轮轮轨而发生伤人事故，还设置了吊篮提升上限位开关，当提升上限位开关被触发后，即刻发送电信号到控制箱而紧急关停电动绞车。

提升绞车平时由油田电网的380 V交流电经过整流和滤波处理供电，蓄电池组作为后备电源处于浮充充电状态。当采油采气简易平台电网失电、台风断电撤离再恢复情况下，电动绞车才由蓄电池组供电。控制箱设置有无线通信模块，可以遥控电动绞车正反转，带动载人吊篮的上升和下放。与原绞车提升系统相比，新提升系统的电动绞车直接用于举升人员和货物，其功率及蓄电池组的容量仅为原提升系统的1/6～1/8，大大降低了电动绞车的功率，减少了对绞车滚筒和钢丝绳的负载要求，且利用蓄电池组作为备用电源，在油田电网失电或台风断电撤离再恢复情况下仍然可以正常使用。

1.2 水平可伸缩吊桥设计

对于长10～15 m、质量3～4 t的吊桥而言，将吊桥一端通过焊接或铰接方式固定在距离海平面4～7 m的靠船甲板上，另一端用固定在14～17 m绞车甲板的吊索悬吊起来，这种安装固定方式比悬臂栈桥结构具有更高的机械强度和可靠性。新设计的平台登临系统仍承袭原吊桥的优点，采用吊索悬吊固定吊桥，吊桥的长度仍为10～15 m，但是在原来吊桥的末端增设了水平可伸缩部分，该部分由平行导轨、带滚轮的水平平移甲板、平移甲板驱动电机、减速器模块、滚轮、驱动轮轴、前限位开关、后限位开关、前后限位开关触板、前限位挡板、后限位挡板、防翻车安全杆以及吊桥等组成(图1)。

图1 海上无人驻守平台新型登临系统水平可伸缩部分底部示意图

平行导轨长度大于3 m即可满足工作要求，导轨安装在原吊桥的最末端，两端设置前限位挡板和后限位挡板，防止前后限位开关失效或人为操作失误时使带滚轮的水平平移甲板从平行导轨两端滑出。考虑到载人载货后水平平移甲板的重心极易偏离，从而导致水平平移甲板的滚轮与防翻车安全杆相卡，水平平移甲板无法在电机驱动下自由伸缩，因此设定了只有水平平移甲板上的货物被清空后才能执行水平平移甲板的伸缩运动。后限位挡板带通孔，前限位挡板带半封闭的圆孔，用于安放、固定防翻车安全杆，安全杆位于滚轮与带滚轮的水平平移甲板的甲板面之间，在水平平移甲板的滚轮放置于平行导轨之后，将防翻车安全杆从后限位挡板的通孔插入到前限位挡板的半封闭圆孔中，然后从后限位挡板通孔内侧用固定销固定防翻车安全杆。由于H型滚轮与工字型导轨的接触形式不具备消除水平平移部分因受力不均而发生末端下垂坠海或侧翻坠海隐患的功能，因此设计了防翻车安全杆，当水平平移甲板重心偏移时，水平平移甲板的滚轮便会卡在防翻车安全杆上。图2为新型登临系统水平平移甲板侧视图。

图2 海上无人驻守平台新型登临系统水平平移甲板侧视图

新型登临系统工作时，平移甲板驱动电机及减速器模块带动驱动轮轴，滚轮与轮轴为一体件，驱动轮轴带动水平平移甲板的滚轮转动，滚轮和轨道通过轮内侧的柱面与轨道上平面的线接触配合实现相对移动,从而实现水平平移甲板的伸缩功能。吊桥甲板面上设置有前限位开关、后限位开关，水平平移甲板下甲板面上设置有前后限位开关触板。前限位开关、后限位开关、前后限位开关触板设置在一条直线上，且与导轨平行，当水平平移甲板移动到极限位置时，前后限位开关触板分别与前、后限位开关相触碰，限位开关发出紧急关停信号到控制箱，控制箱关停平移甲板驱动电机及减速器模块。驱动轮轴下端面的高度高于前限位开关和后限位开关的高度，可防止在水平移动过程中带滚轮的水平平移甲板驱动轮轴与前、后限位开关相撞。前限位开关大约设置于轨道长度方向的中部，既可保证水平平移甲板在运行时具有最大的行程，又可实现滚轮在到达轨道极限位置之前自动停机的功能。平移甲板驱动电机与提升绞车电机共用同一蓄电池组作为备用电源，由控制箱本地控制或遥控控制[7-8]。此外，为确保新型登临系统在恶劣天气下的使用效果，可以根据需要适当增加带滚轮的水平平移甲板及平行导轨的宽度，并在平移甲板的两侧添加护栏。

新型登临系统的提升系统一般设置在平台14～17 m高处的绞车甲板上，不会直接受到海水或雨水影响，而水平可伸缩部分的驱动电机置于吊桥之上，距离海平面最低高度约4 m，极易受到海水或雨水影响。因此，提升绞车电机和平移甲板驱动电机均采用ABB船用防爆电机(电机防护等级为IP56级)，可有效防止灰尘和海浪进入电机后损坏电机。蓄电池组存放在平台干燥通风的蓄电池间，控制柜同样按防潮防爆要求设计。

1.3 新型登临系统工作原理

本文设计的海上无人驻守平台新型登临系统结构图如图3所示，该系统由绞车提升系统和水平可伸缩吊桥2部分组成。当人员需要登临海上无人驻守平台时，通过遥控器控制电动绞车反转，将载人吊篮略微提升起来，使吊篮脱离水平平移甲板的甲板面，通过遥控器控制平移甲板驱动电机及减速器模块反转，齿轮减速器减速后带动驱动轮轴反转进而带动滚轮反转，水平平移甲板向内收缩运动，直到与吊桥前沿齐平，然后控制电动绞车正转，下放载人吊篮，直至到达拖轮的甲板面，载人载货后遥控提升海洋石油平台载人吊篮，提升高度超过水平平移甲板的甲板面，通过遥控器控制平移甲板驱动电机及减速器模块正转，将水平平移甲板向外伸出，然后遥控下放载人吊篮于水平平移甲板的甲板面上，从而实现登临平台的功能。当人员从无人驻守平台撤离时，操作步骤与登临步骤相反。

图3 海上无人驻守平台新型登临系统结构示意图

2 应用效果

新设计的登临系统自2014年8月开始在涠洲12-8W/6-12油田试点应用，相比传统的登临系统，新型登临系统甲板面积减少了1.3 m2，钢材质量在保持原始载荷条件下减少了9%，机械设备更换及维修费用节约8.6万元，每年可减少更换3条攀爬软梯，节约软梯费用2万元，综合计算可减少建造成本37万元。由于该系统电动绞车可用来直接举升人员和货物，大大降低了电动绞车的功率,减少了绞车滚筒和钢丝绳的负载要求，达到了无关人员无法随意登临平台的目的，又解决了软梯经常损毁的问题；另外，该系统是利用蓄电池组作为备用电源，在油田电网失电或台风断电撤离再恢复情况下仍然可以正常使用，也从根本上解决了常规登临系统设计上的缺陷。

3 结束语

通过对传统海上无人驻守平台登临系统的提升系统用途的改进和在吊桥上增设水平可伸缩部分，成功设计了新型登临系统，既有效解决了传统登临系统设计上的缺陷，又很好地实现了减少综合建造成本的目标。新型登临系统已于2014年8月在涠洲12-8W/6-12油田试点应用，现场实践表明该系统设计合理、使用方便，具有较好的实际应用价值。

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(编辑：吕欢欢)

Design and application of the boarding system for unmanned offshore platforms

Yang Binghua Lin Junfeng Dong Yingjie

(ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

The conventional boarding system for unmanned offshore platforms has disadvantages such as requiring large motor power, inconvenience to transport materials, vulnerable boarding ladders, etc. To overcome the drawbacks of the conventional system, a new boarding system was designed which consists of lifting system and horizontally retractable drawbridges. The new lifting system would lift the cargo directly instead of lifting the drawbridge as the conventional system did, and the horizontally retractable component was added onto the old drawbridges, which can save the motor power and winch load. The new boarding system has successfully been used in Weizhou 12-8W/6-12 oilfield. The field practice shows that the new system is reasonable in design, convenient in application, more valuable in operation, making it safer to get on and off unmanned offshore platforms.

unmanned offshore platform; new boarding system; lifting system; horizontally retractable drawbridge; Weizhou 12-8W/6-12 oilfield

1673-1506(2016)06-0133-04

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.06.022

*中海石油(中国)有限公司综合科研项目“海上在生产油气田挖潜增效技术研究(编号：CNOOC-KJ 125 ZDXM 06 LTD 03 ZJ 12)”部分研究成果。

杨炳华，男，工程师，2006年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业，获学士学位，现主要从事海上石油天然气开发工作。地址：广东省湛江市坡头区南油三区23栋505室(邮编：524057)。E-mail:276160321@qq.com。

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2016-01-07 改回日期：2016-02-15