自升式平台运行工况对危险区域设备选型的影响

白民权

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

自升式钻井平台是用于海洋油气勘探的设施，主要工作在30 m～200 m水深的海域，是现阶段海洋油气开发和勘探应用较多的钻井设施。我国于上世纪后期开始引进和建造各规格自升式钻井平台，目前国内各设计单位和船厂的自升式钻井平台设计水平和建造能力也在逐渐成熟。

大连中远海运重工建造的Super 116E型自升式钻井平台是美国LeToureau公司开发的一款350英尺工作水深的自升式钻井平台，其最大钻井深度在3万英尺左右。该项目入级ABS船级社，主船体采用三角形箱式设计，有3个桩腿用于平台支撑固定，桩腿为正方形桁架式结构，每个腿长度477英尺，每个桩腿由20台变频电机提供动力，用于操作钻井平台的上升和下降。在主甲板上布置悬臂梁，悬臂梁可纵向滑移至尾部70英尺。悬臂梁上面布置钻台和井架，钻台可横向左右滑移15英尺。主甲板艏部布置生活楼，含直升机平台，生活楼定员120人。

钻井平台在工作过程中，通过大型钻井设备驱动泥浆循环作业实现钻井功能。泥浆本身会挥发出可燃气体，因此钻井设备、泥浆容器和参与泥浆循环处理的各环节设施都可能泄漏可燃气体，此部分区域为危险区域，在危险区域内需要使用防爆型电气设备。因此，钻井平台的危险区域划分及对应设备选型非常重要。

1 钻井平台危险区划分

1.1 船级社对钻井平台危险区划分特定要求

按照ABS MODU 2014/4-3-6[1]对于危险区的定义，船级社依据钻井平台可燃性气体可能出现及持续时间的不同，由高到低将危险区分为Zone 0、Zone 1和Zone 3这3个等级。对于平台钻井时与泥浆系统循环相关的部分，美国船级社（ABS）在各等级危险区中的描述分别如下：

“5.1 Hazardous Areas Zone 0 Include: (2012)

i) The internal spaces of closed tanks and piping of the mud circulating system between the well and the final degassing discharge (e.g., escape gas outlets),[1]5.3 Hazardous Areas Zone 1 Include:

i) Enclosed spaces containing any part of the mud circulating system that has an opening into the spaces and is between the well and the final degassing discharge[1]

5.5 Hazardous Areas Zone 2 Include:

i) Enclosed spaces which contain open sections of the mud circulating system from the final degassing discharge to the mud pump suction connection at the mud pit.”[1]

翻译如下：

“5.1 划分为0类危险区的处所如下

i) 井液循环系统中从井口至除气排出管终端之间的内部空间。

5.3 划分为1类危险区的处所如下

i) 井液循环系统中从井口至除气排出管终端之间管道泄露位置。

5.5 划分为2类危险区的处所如下

i) 包含有从最终除气排出口至坑池处井液泵吸入接管间的井液循环系统的围蔽处所。”

根据以上描述，ABS船级社将与泥浆循环相关的设备、舱室、容器和管路区域均设定为危险区域，同时，设备和管路上的法兰、阀门等连接位置对应的气体延伸区域也均被定义为危险区。

1.2 危险区域划分图

按照ABS MODU 2014/4-3-6的要求，本项目危险区域划分图纸如图1所示。平台主要的危险区域都集中在泥浆循环相关的设施周围。从机舱的泥浆舱开始，泥浆经由泥浆泵、泥浆管线、钻台计量罐、阀组、顶驱和钻杆传送至井口底部参与钻井作业，再经套管回流后进入主甲板泥浆处理单元进行除气、除沙和除泥，最后回到泥浆池进行循环。与整个过程相关的设施和对应延伸区域均为危险区。

图1 自升式钻井平台危险区划分图

2 钻井平台运行工况对危险区定义和设备选型的影响

2.1 自升式钻井平台运行工况

自升式钻井平台根据其不同运行阶段可分为以下运行工况。

1）拖航工况。Super 116E型钻井平台没有安装推进器，不具备自航能力，因此需要使用拖轮拖拽平台航行至目标海域，此工况为钻井平台的拖航工况。在拖航工况下，钻井平台部分设备工作维持其基本运行能力。

2）升降工况。自升式平台到达目标海域之后，在钻井作业之前需要插桩固定并进行平台升降和压载测试，这个过程为平台的升降工况。在升降工况下，升降装置投入使用。

3）钻井工况。钻井工况下，平台投入钻井作业。根据不同条件下运行设备的不同，钻井工况可分为轻载钻井工况、重载钻井工况和起下钻杆工况等。在钻井工况下，泥浆泵、钻井绞车和顶驱等大型钻井设备投入运行，各钻井设备均围绕泥浆循环系统工作，泥浆循环系统为钻井作业的核心系统。

2.2 危险区域内的设备选型要求

按照ABS MODU 2014/4-3-3/9.1.2要求，危险区域内需要使用防爆型设备[1-2]。“9.1.2 Electrical Equipment

Electrical equipment used in hazardous areas is to be manufactured, tested, marked and installed in accordance with IEC Publication 60079, or other recognized standards, and certified by an independent testing laboratory acceptable to ABS.”[1-2]

翻译如下：

“9.1.2 防爆电气设备

防爆电气设备的制造和试验，应符合本社接受的有关标准的规定；并应具有本社认可的防爆主管试验机构核发的防爆合格证。”

根据此处描述，所有布置在危险区域内的电气设备都需满足防爆要求。考虑到本项目危险区域面积大，涉及到的电气设备范围广、数量多，且部分设备只在单一工况下投入运行，因此，项目组与船级社沟通，对部分设备的选型是否需要满足防爆要求进行澄清。

2.3 钻井平台在拖航工况下，对危险区范围内部分电气设备选型的澄清

根据海上避碰规则[3]要求，本项目需要在钻台尾部区域布置航行灯具，包括尾灯和尾部锚灯，如图2所示。根据危险区划分要求，钻台及周边区域均为危险区，这些航行灯需要布置在此处危险区内，如过严格按照ABS规则执行，则这2个航行灯均需要使用防爆类型灯具。然而在拖航工况下，泥浆循环系统并没有处于工作状态，在此条件下不会有可燃气体产生。据此与ABS进行澄清，建议在此处使用非防爆的航行灯具。经与ABS沟通，ABS同意在此项目上分工况进行危险区范围判断和设备选型的建议，同时ABS提出要对航行灯的工作状态做明确说明，以避免在钻井作业时对航行灯误操作而引起危险。因此，在控制室内的航行灯控制板附近增加警告牌，如图3所示，禁止在钻井作业时操作航行灯。此外，还在操船手册中说明航行灯只允许在拖航工况下使用，如图4所示。最终，本项目钻台区域航行灯选型为非防爆类型，此项设计满足ABS要求。

图2 钻台尾部航行灯布置

图3 航行灯控制板操作警示牌

图4 航行灯操作说明

2.4 钻井平台在升降工况下，对危险区范围内部分电气设备选型的澄清

本项目平台的泥浆处理单元布置在主甲板尾部区域，相关设备和泥浆容器均采用敞开式布置。从图5可看出，其危险区范围覆盖了部分升降系统电机。升降系统如使用防爆类型电机，将会对项目成本产生很大影响。考虑到升降系统相关的设备只在平台升降过程中投入运行，在平台钻井工况下不使用，因此是否更换为防爆电机并不会对平台的安全性能产生影响[4-5]。对此，项目组与ABS沟通，向其说明情况并建议升降系统使用非防爆电机，ABS最终接受此设计方案，同时要求在本项目操作手册中对此做明确描述并做警示牌，船厂按要求完成，如图6所示。升降系统电机仅在平台升降过程中使用，钻井工况下不运行，因此这部分电机最终选型为非防爆类型，此项设计符合船级社要求。

图5 泥浆处理单元布置危险区域

图6 升降系统操作警告牌

3 小结

项目组最终与ABS达成一致，针对只在特定工况中投入使用的设备，其设备选型按照其运行的特定工况进行考虑，并在明显位置做出警示。据此，部分航行灯、部分升降系统电机和部分滑移系统电机均不需要使用防爆类型设备。本项目已成功交付，设备运行稳定，由其他部门进行的各类后续检验也证实了方案的可行性。

4 结论

ABS MODU在关于危险区划分和危险区域设备选型的描述中，没有提及钻井平台运行工况的差异性。部分危险区域仅在特定的运行工况下存在，如果有设备确定在此特定工况下不会运行，则可以将此设备按照“布置在安全区域”进行选型。在与船级社澄清的过程中，船级社对此予以接受，其重点对指定设备仅在特定工况下的运行状态进行确认。在项目执行过程中，需要加强对船级社规范的理解，也需要针对具体问题加强与船检的沟通，尽量避免过度设计，降低项目成本。