海洋石油平台管道布置设计与研究

摘 要：我国石油行业处于高速发展期，海洋石油逐渐成为主要开采源，而海洋石油平台成为关键设备，备受石油行业关注。目前我国的海洋平台技术已经达到国际先进水平，但在实际运用中依然存在不足，如平台管道布置和优化设计。鉴于海洋平台结构复杂，成本高昂的特点，因此必须在设计和优化环节下功夫，对降低制造成本，提高平台稳定性和利用率有较大益处。为此，本文从海洋平台管道布置的优化设计方面分析探讨，并且提出针对性的优化设计策略，希望能为有关设计单位的后续研究提供帮助。

关键词：海洋平台;管道布置;设计研究;布置优化

0 引言

海洋石油开采是我国未来发展经济、解决能源紧缺问题的重要手段，我国在渤海、南海都发现了丰富的石油资源，为我国下一步经济发展提供了能源基础。但同时也应重视海洋环境保护，避免开采中对海洋环境造成较大破坏和污染，因此海洋石油平台的设计是一项重要工作，其中管道系统的各项性能直接关系到石油开采安全和污染情况，在管道布局设计环节要求具备较强的专业知识，且拥有一定的实际工作经验，才能胜任这项关键任务。

1 海洋平台及平台管道概述

1.1 海洋平台介绍

海洋平台是海洋石油、天然气等多种资源开采的基础设施，是海上作业基地，具备多用途。通常平台的主体结构分为固定式和浮式、自升式平台等等，其结构较为复杂，可通过设计和优化技术来降低制造成本。其中优化设计是重要的设计思想，对于改变传统结构，降低成本较为显著。例如，根据同类产品的设计经验，拟定平台的各项尺寸，随后通过大量的计算、验证、修改后才能定性，然后优化设计要求较高，需要专业的技术和人才。

1.2 海洋平台管道系统的分类

目前较为海洋平台有两种：导管架平台和自升式平台。导管架平台是应用最为广泛的固定平台，通过打桩以桩腿为基础固定在海床上，可经受大风大浪和洋流等较大外力作用。自升式平台属于移动式，由主体、桩腿、升降系统构成，同样以桩腿支撑主体，可通过升降系统到达预定高度作业，其特点是定位能力强、作业稳定性好，可在恶劣环境下工作。

1.3 平台管道布置概述

海洋平台管道是平台的重要基礎部件，是连接各个设备和运输开采的石油资源的主要设备，其密封性直接关系到石油泄漏和环境污染，因此石油管道可靠性、稳定性和安全性是设计布置中非常重要的一项任务。

平台管道布置设计工作贯穿海洋平台的整个设计过程，包括平台初期生产、平台建造过程、海上连接、平台使用操作过程等。管道的布置设计工作内容较多，主要有设计数据收集、配管研究、管道布置、支架设计、设备协调、材料统计等。设计中往往运用到多学科知识理论，包括材料学、管道力学、电气自动化、机械理论、油气处理、环保卫生等等。设计人员首先要具备较强的专业知识和综合能力，其次要熟悉相关标准规范，掌握工艺流程、海上平台的安装、运行、操作等基本技能。

1.4 海上平台管道布置设计的重要性

海上作业具有周期长的特点，油层开发力度不断加大，石油平台的使用寿命以及长期稳定性都是面临严峻挑战，因此应根据石油平台自身的规模和应对的环境条件来进行合理的布置设计，保证其稳定性，才能提高和稳定石油产量。同时合理的布置设计也能减少平台的建造和维护费用，提高石油开采的效率。

2 海洋平台管道布置优化设计

2.1 设计条件和设计资料准备

平台管道设计较为复杂，要确保使用中的稳定和安全性，就需要严格规范设计流程，收集大量的平台资源数据确保设计的精准性，因此必要的设计条件和准备工作是设计前非常重要的一项工作，主要包括工艺原理图和管道数据表、有关结构资料、仪表资料、预定布置的设备、容器相关详细资料、电气设备和仪表托架布置图和安装图、风机空调安装图、管道设计规格书等。

另外还需要考虑两方面的设计，一个是管道支架设计，一个是管道应力分析。管道支架是支撑管道重量，控制管道静止和运行状态下的主要支撑设施，通常要考虑管子、管件和环境因素，尤其是动态效应的影响，如大风大浪、地震、机械振动等作用力。管道应力分析是实现管道设计经济合理、安全可靠的重要手段，确定管道所需要的各项基本参数，保证管道自身结构的长期稳定性，同时在满足相关规范的前提下节省开支。

2.2 管道布置设计的基本原则

在满足了设计条件和资料的前提下，下一步就是开展管道布置设计工作。在设计过程中应遵循相关的标准和原则，协调统一，保证设计的合理性，主要包括以下几个基本原则：

①合理性、合规性：管道布置设计应符合国家相关的法规和行业标准以及工艺要求、环保要求;②安全性和稳定性：海洋平台长期在恶劣环境下作业，具备较高风险，因此保证平台的安全性是非常重要的设计内容。管道布局设计同样应从安全角度出发，在充分考虑人体工程学的前提下保证安全性能和稳定性，如人员操作位置、通行位置净高不能低于2.2m，高温管道应远离操作人员，如有必要可进行隔热处理;③不妨碍操作和维修：管道布置应考虑到日常操作，应不妨碍设备、仪表的操作和维护维修，在布置设计前应充分考虑各种设备的特点和使用情况，便于有足够的空间;④可维护性：部分管道需要进行维护和管理操作，因此管道布置设计应具备一定的维护性，尤其是有阀门控制的地方，应方便操作人员接近和处理，如公用站、软管站位置应靠近平台边缘;仪表管道的阀门布置在仪表附近，便于操作;⑤经济性：在管道布置设计合理的前提下应注意成本控制，海洋平台本身成本高昂，但不应无限扩大其成本，在满足安全和功能需求的前提下可适当采取优化设计，减少成本，如管道柔性和设备管嘴的作用力不超过规定值的情况下，长度可适当降低，减少焊缝等。

2.3 管道布局

管道前期工作主要是管网的预布置、单体预布置、管道挠性分析判断等工作，即通常所说的配管研究。

①管网预布置：设计主管网的走向布局，标高和主工艺系统的走向，要综合考虑到外界因素和内部因素可能的影响，外界因素主要是环境变化，内部因素主要设计过程中可能出现的工艺变化、图纸变化、设备变化等等。在预布置中出现的工艺流程、设备布置不合理的情况应及时反馈并且解决;②单体预布置：在管道布局实际工作中经常会遇到配管设计资料不满足要求的布置设计，此时可单独就那些预布置，即单体预布置。常见的如控制阀门组、海管立管布置、工艺泵进出口管线等等，同样应及时反馈并且解决;③管道挠性分析判断：管道设计前期的布局是否合理还要注重管道挠性的分析，常见的如需要进行应力分析，出现超温、敏感设备连接管道以及根据以往经验需要挠性分析的管道;④管道排列优化设计：管道设计中应注意单体排列，需要根据压力大小和管道的特性来进行分析。整体管道布置应整齐有序，横平竖直，成组成排，有利于相互支撑，不排除使用斜线连接。

3 结束语

海洋石油平台作为一种非常复杂的海上作业平台，在设计中应严格遵循相关的规范和标准，尤其是管道布置和设计应充分考虑多方面因素，包括外部因素和内部因素变化，这些因素可能会影响到管道的运行情况，因此合理的优化设计能一定程度上降低意外因素导致的各种事故。在管道设计中应遵循安全、功能、经济等原则，从而实现海洋平台的稳定运行。

参考文献：

[1]尹海军，谷巧丽.海洋石油平台模块化建造管道设计及施工[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（12）：226-227.

[2]任俊俊.海洋石油平台管道布置设计与研究[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（12）：37-38.

[3]冯东.海洋石油平台管道布置设计与研究[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（05）：108-109.

[4]李硕存，刘吉飞，程久欢，杜国强，程明达.海洋石油平台管道布置设计与研究[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（11）：169-170.

作者简介：

肖祎萌（1985- ），女，天津蓟县人，本科，工程师，研究方向：石油行业工艺机械管道设计。