FPSO液压潜没泵系统分析与布置安装

2020-09-24刘爱侠

石油和化工设备 2020年9期

刘爱侠

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

浮式生产储油装置FPSO适应的水深范围广、抗风浪能力强、可及时转移和重复利用，其发展对我国开发深水油气资源具有重要战略意义。液压潜没泵作为FPSO油气储存、外输和污油水处理的关键设备，系统组成复杂、辅助设施较多。整套系统遍布于FPSO船体的主甲板、各舱室和控制室等，合理优化的布置安装设计是保证系统安全平稳运行的基础，并为投产运行后的操作、维护和拆卸安装等做好规划。

1 液压潜没泵系统组成与特性分析

FPSO上的外输泵、转运泵、压载泵、输送泵、污油水泵和扫舱泵等常采用液压潜没泵，其主要系统组成见图1，主要包括潜没离心泵单元、液压系统、电力和控制系统、管线系统、辅助系统等。

图1 FPSO潜没泵的系统组成

液压潜没泵的系统及其辅助设施遍布于FPSO船体的主甲板、各舱室、液压泵站间和控制室等，其在FPSO上的总体分布情况见图2。

图2 潜没泵系统在FPSO上的总体布置

1.1 潜没泵单元

潜没泵单元主体主要由上部甲板组件、中间管柱和底部泵体组成。泵为立式单级泵离心泵，液压马达通过一根短而坚固的轴驱动叶轮。主要特点如下：

（1）同心管柱的设计，保证了最大的安全性。空腔和大气连通，用于隔离液压油和输送介质。

（2）液压油既作为驱动介质，又作为马达和转动部件的润滑、冷却剂。

（3）液压油一侧采用机械密封，输送介质一侧采用双唇型密封，只承受介质的静压，更容易实现轴向平衡。

（4）配备防逆转装置，可通过液压潜没泵的排出管进行装货。

（5）操作简单，可以通过泵顶板上的STC阀（速度扭矩控制阀）对潜没泵进行遥控和就地进行无级调速。

（6）自带扫舱功能，扫舱时间短、效率高、残液余量少。

（7）自带管线吹扫功能，潜没泵在低转速状态下运转，叶片起到了止回阀的作用，通过吹入压缩空气或惰性气体，可以将残存液通过扫舱管从货油管中清除。

1.2 液压系统

液压驱动是目前FPSO潜没泵应用最灵活、最安全的驱动方式。其系统组成主要包括液压动力站、液压管路和阀控系统、远程操作控制面板等。液压系统是一个中央液压主环路，液压油泵输送液压油到高压主管路内，然后通过安装在甲板上的环状液压管路系统输送到每一个用户。驱动源可以是电机、柴油机或两者混合驱动。为了防止液压马达超速，每一台马达的进油侧都配有一个速度控制阀。

主液压泵为轴向柱塞式，可变位移的斜盘设计。液压泵的位移是通过每台泵上的压力调节装置来液压控制的。移动式货油泵的速度控制是在泵体上就地操作的。在主回油管路上配置有过滤器和冷却器，用于保持液压油的清洁，使油温控制在设定范围内。为保证系统安全可靠，控制系统中设置还有传感器、变送器、报警器和自动开关等。

1.3 控制系统和电力供应

液压潜没泵的系统控制，是由安装在控制盘上的可编程逻辑控制器（PLC）来控制的。PLC输入事先编制的满足系统安全工作逻辑的控制和操作程序。控制盘可以通过电液比例阀组实现对电信号与液压信号的转换，从而实现每台泵排量的无级调节。

同时控制系统可以实现与船上中央控制系统的对接，可以通过船上中控系统进行监测或调控每台潜没泵，对货油舱液位、货油压力、外输等进行监控。并设置有应急越控、应急停止和远程通讯等功能。

电机驱动的液压泵站、控制系统大都设置两路独立的电源供应，即主电源、应急电源或备用电源。如果主电源发生故障，系统会在短时间内自动切换至应急或备用电源。控制系统可以从电气上划分成独立的子系统，提高控制系统的适应性和可靠性。

1.4 管线系统

液压潜没泵的管线系统包括两大部分，液压管线系统和货油管线系统。

图3 潜没泵管线系统

1.4.1 液压管线系统

液压管系主要包括高、低压液压管线、焊接法兰、弹性穿舱件、弹性管夹、固定支撑以及其它特殊附件。一般由潜没泵厂家全套提供，并配合完成管线三维布置设计，由船厂现场进行组合和安装。高压管路和控制管路一般采用双相不锈钢材质，低压管路采用316L不锈钢。固定和支撑使尽量采用弹性安装，以降低液压系统的震动和噪声。

1.4.2 货油管线系统

FPSO的货油管线系统取决于船舶的类型、装载油品的种类和品质、船舱布置等。主要包括各泵的出口支管线、汇总管线、加热管线、冷却管线、调节或开关阀门、管件、固定和支撑等。一般遍布于船体主甲板和各舱室，可以实现快速地进行输送和装卸货油，也可以使泄放和扫线更迅速。

1.5 辅助系统

1.5.1 甲板加热系统

甲板加热器的元件是经过特殊成型制作的，可实现货液在加热器内部顺畅的循环，同时和货液接触的表面温度较低。密闭加热介质为热油、热水或饱和蒸汽。甲板加热器可循环加热货油舱的油品，替代舱内复杂的加热盘管，相应的管线固定和支撑也可以取消。使货油舱内部保持清洁，洗舱更容易快速，洗舱水用量和污油水排放量会减少。

1.5.2 循环冷却系统

如果FPSO装载由低沸点或气液相混合的货液、或易挥发的化学品，则需要设置循环冷却系统以保持安全温度。冷却系统包括每个舱单独的冷却器、冷水机组以及冷却介质的循环管系。冷却器浸没于每个货液舱中，并集成在一个循环冷却装置内。货液冷却系统是一个独立的系统，可以根据需要进行加装或拆除。

1.5.3 舱内循环装置

为了保持货液的品质、避免悬浮物沉淀在舱底或结垢，需要定期进行强制循环流动。可通过运转潜没泵和注入管末端的扩散器进行内部循环。扩散器是每个货液舱独立的特殊设计，扩散器上具有多个喷嘴，其数量和尺寸根据各舱的形状和尺寸而定。扩散器通常为不锈钢材质或高钼含量的不锈钢，以适应防腐蚀要求。

2 液压潜没泵布置安装要点

液压潜没泵单元主要由三部分组成，上部甲板组件、中间管柱和底部泵体，整体高度较高，从船舱底部穿越至主甲板。布置安装工作主要包括甲板座圈、底部支撑、中间支撑、泵本体安装、各分部的组合与连接等。

货油泵由焊接在甲板上的座圈支撑固定，特制的密封圈和弹性螺栓用于降低噪声、防止泄漏。管柱是用于连接泵体和顶板的管子束，根据泵长度的不同，管柱由一个或多个中间支撑圈支撑。泵体通过焊接或法兰连接到管柱下端，由底部支撑圈支撑。

2.1 做好前期准备工作

（1）安装作业人员需要接受培训，对潜没泵的安装过程有全面的了解并熟悉设备资料。

（2）足够的现场组装场地，长和宽应不小于30m。

（3）动员足够数量的移动起重机械，吊装高度和载荷满足要求。

（4）准备好所需的工具、用品、材料、公用风/水/电等。

（5）检查并确认泵体完好无损，安装前防护物不得拆除。

（6）潜没泵所在的舱室及其相邻的周边舱室结构施工已完成。

（7）舱内的焊接、喷砂、打磨和涂装已完成，并做好清洁。

2.2 潜没泵安装步骤

潜没泵安装可按实际情况采用不同的方法和步骤，但都要满足安装精度控制要求，特别是中心线的校准、对中和高度偏差控制。主要安装工作包括甲板座圈、中间支撑、泵体支撑和固定等，参见图4。对于每种货油泵，由厂家提供全套的“安装模具”用于安装工作的测量、定位、预制和原装。主要安装步骤如下：

图4 潜没泵安装示意图

（1）安装定位和校准

根据顶板组件安装模具上的接管法兰，进行上船安装前现场校验、预制校验管。使用顶板安装模具时，需去掉座圈法兰面的木板保护层，以免尺寸有误，使用完后再重新装上。

采用激光仪进行安装定位和校准，在使用前先检查确认其精确度。把激光器安装在顶板安装模具上，顶板安装模具安装在甲板座圈上。打开激光器，在激光束所照射在吸油井上形成的光斑中心作好标记。激光仪每次旋转90°，经多次校准、调整和测量直到定位结果满足精度要求。

（2）甲板座圈的安装

甲板座圈必须保证安装高度的精度，以保证潜没泵的间隙值。间隙太小可能导致泵体无法维修，间隙太大可能导致卸货残液量过大。

标出货油泵中心位置，切割甲板上座圈开孔，将顶板安装模具安装于甲板座圈上。校准定位、点焊固定。焊接受热时甲板座圈会收缩，座圈的上平面和甲板之间的距离会缩短3～5mm，定位时需提前考虑。然后完成焊接，并不断检查确认座圈的定位情况。

（3）底部支撑圈的安装

首先将底部支撑圈的安装模具装在支架上，支撑圈的安装模具放在激光的中心，进行平面调整和高度调整直至准确定位。然后进行焊接，焊接后并复查支撑圈的定位和高度。

（4）中间支撑圈的安装

中间支撑圈支架的安装须在甲板座圈和底部支撑的支架安装完成后进行。将中间支撑圈的位置和高度标记在测量尺上。支撑圈安装模具的边线必须平行于支架所焊接的舱壁，进行高度调整和定位校准。然后进行焊接，焊接完成后核查高度、对中、垂直度。

（5）甲板管路的预制和预组装

在底部支撑圈安装完成后，可以用泵的顶板安装模具进行甲板管路的测量、现场校验和预制。拿掉泵顶板安装模具上的激光器，将需要校验的接管法兰安装模具组装在顶板的安装模具上，按各潜没泵的设计安装的方向，用螺栓固定在座圈上，校验管口法兰固定到安装模具上。然后就可以对连接的管线进行定位测量、现场预制和预组装。预组装可以提前发现和解决现场问题，减少材料的浪费和返工，并保证甲板管路安装施工的质量和精度。