海上升压站事故油罐及相关给排水设计合理性分析

文 | 刘锋，苏长南

目前，国内海上风电处于大规模开发的阶段，海上升压站作为海上风电场对外输电的重要枢纽，其事故油罐及相关给排水设计方案若不合理，不仅会大幅度增加运维人员的工作量，还会造成违法超标排放的含油污水污染海洋，面临巨额行政处罚的风险。本文就目前国内海上升压站事故油罐及相关的给排水设计方案，分别从海洋环保要求、溢流和远程控制排放、运维三个方面对其合理性进行了分析，并提出了相关建议。

海上升压站事故油罐及相关给排水设计方案及其合理性分析

海上升压站是集电气、机械设备于一体，无人值守，自动化程度极高的海上固定平台。该类型平台的设计方案既要考虑正常运行的可靠性，又要满足《中华人民共和国海洋环境保护法》中有关防污染的要求。目前，国内海上升压站普遍采用油冷式变压器进行输变电，并布置了应急柴油发电机（配置了柴油柜）作为海上风电场、海上升压站的应急电源，具体方案见图1。

为防止上述设备维修时油料流入海洋造成污染，在设计阶段分别对室外露天区域的散热器、室内变压器、柴油发电机、柴油柜设置了围油栏，并在围油栏封闭区域设置了地漏，通过管路把地漏与事故油罐相连以对油料进行搜集。极端天气雨量较大时，散热器处的雨水会迅速充满事故油罐，当油罐液位达到溢流管的高度时，实现溢流排海，避免事故油罐爆舱；平时该区域的雨水进入事故油罐后，为减少运维船的接驳频率、降低运营成本，通过远程打开电动阀实现直接排海。当变压器、散热器检修或发生冷却油泄漏、柴油机检修或柴油柜泄漏，其油料会通过地漏汇集至事故油罐，通过通岸接头和运维船接驳，实现回收处理。

上述设计方案虽对泄漏的油料进行了搜集处理，避免引发海洋污染，但在合理性方面存在一定疑问，现就该方案从合理性方面展开详细分析。

一、海洋环境保护要求解析

中华人民共和国是国际海事组织（IMO）A类理事国，在海洋环保方面坚定地执行着IMO及其下属机构—海上环境保护委员会（MEPC）发布的相关公约及通函，如“400总吨及以上非油船和油船机舱舱底水，未经稀释的排出物的含油量不超过百万分之十五（15ppm）”“海洋石油钻井船、钻井平台和采油平台的含油污水和油性混合物，必须经过处理达标后排放；经回收处理后排放的，其含油量不得超过国家规定的标准”等相关要求已纳入国家法规，并强制实施。

同时，国家海洋局是中国海洋环境保护的监管机构之一，含油污水的排放一直是国家海洋局监管的重点。国家海洋环境监测中心在国家海洋局的要求下，编制并发布了GB4914《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》标准。该标准明确规定含油污水排放浓度要小于15ppm。为避免海上风电的运行对海洋环境造成污染，2017年，国家能源局发布NB/T31115《风电场工程110kV～220kV海上升压变电站设计规范》，明确规定海上升压变电站污废水经处理后的排放指标应符合现行国家标准GB4914的有关要求。

由此可见，将海上设施排海含油污水的含油浓度限定在15ppm已成为国内乃至国际海洋环境保护不可逾越的红线。

二、溢流和远程控制排放功能设置的合理性分析

（一）溢流达标排放方案

以散热器围油栏围蔽区域面积约为120m2（2台变压器散热器），事故油罐总容积约为80m3（按单台变压器冷却油量和该区域消防水量考虑，未考虑极端天气的雨量影响），有效容积约为72m3（溢流管高度约为事故油罐90%总容积高度）为例，通过计算可知：当单天或连续数天降雨量达到或等效达到600mm/d（南海海域极端天气多、海况差、运维船可及性低，单天或连续数天降水量超过此数据的可能性大）时，其搜集雨量容积达到72m3，会发生溢流排海情况。要实现溢流排放的油水混合物含油浓度完全小于15ppm，则事故油罐中含油总量不能大于1.05L。

图1 海上升压站事故油罐及给排水系统设计方案

（二）远程控制达标排放方案

取事故油罐总容积约为80m3，有效容积约为72m3（溢流管高度约为90%总容积高度）。当罐中液体体积小于72m3时，则不会发生溢流排海。取72m3限值进行计算，此时事故油罐中含油总量不大于1.05L，才能实现其油水混合物含油浓度完全小于15ppm。

三、运维的合理性分析

（一）运维工作量的合理性分析

通过上文分析可知，若要实现溢流或远程控制达标直排，以减少运维船舶往返的接驳频率，降低运维成本，需严格控制事故油罐及其相关给排水管路里的残油量。一旦事故油罐及其相关的给排水管路残油、变压器检修冷却油或其他油料泄放至事故油罐，需第一时间派运维人员和船只对油料进行接驳，对管路和事故油罐内部进行清理，反复冲洗，不断取样检测并加以计算，当其残油总量不足以造成超标排放，方可实现无风险直接排海，但由此带来的清理工作量巨大。

（二）运维费用的合理性分析

图2 海上设施含油污水达标排放设计方案

表1 海上设施含油污水达标排放解决方案

若采用船舶接驳的方式接驳事故油罐中的含油污水，以此替代直接排海实现“零”污染排放，完全规避溢流或远程控制超标排放的风险，通过上文分析并结合南海海域特点可知，散热器区域雨水会全部流到事故油罐，短时间内即可形成大量的含油污水，这就要求接驳船舶不仅要有较强的抗风浪能力，还要有较大的含油污水装载能力。

目前国内海上风电运维船多为小型船舶，船长为13.4～28m不等，抗风浪性能基本都在25m/s以下风速、2.5m以下有义波高，且均不具备大量含油污水接收功能，难以满足接驳要求。如要实现含油污水的及时接驳，需租用装载能力强、抗风浪性能好的海工供应船（OSV）。目前市场上OSV的租金约3.5万元/天，相比小型运维船0.55万元/天的租金来说，费用较高，无形中增加了风电场的运维成本。再加上如遇极端天气，雨量较大，若接驳不及时，则会出现透气管溢油或爆舱污染海洋的事故（因目前升压站事故油罐容积未考虑雨量的影响）。为降低污染风险，无形之中又要增加OSV的租用频率，造成运维成本剧增。同时，OSV接驳的油污水需运至码头进行陆上回收处理，并支付相应的处理费用。若对散热器区域的雨水进行全部搜集，则油污水体量较大，需支付的处理费用也较高。

海上设施含油污水达标排放设计方案及其合理性分析

通过上文分析可知，对于现有海上升压站事故油罐及相关给排水设计方案，其直排功能的设置—极端天气雨水引发溢流直排或人为远程控制直排，发生海洋污染事故的风险较高，不符合国际严苛的海洋环境保护公约以及国内相关法律、法规要求。而如能实现对雨水进入事故油罐总量的有效控制，则既能取得达标排放的效果，又能降低雨天事故油罐溢流产生污染的风险和大型船舶的租赁频次与租赁费用，同时也可以减少油污水的处理总量和处理费用。因此，如何实现有效的总量控制，将是海上风电建设者，尤其是升压站事故油罐及相关给排水系统设计人员需要面临的问题。

为恪守国际公约以及IMO各成员国颁布的海洋环境保护法规，实现海上设施含油污水的达标排放，目前国际海上设施（包括船舶、移动式钻井平台、固定平台等）在设计时，必须设置相应的检测系统，杜绝超标排放，各国海洋监管部门认可的解决方案如表1所示。

通过表1和图2可知，目前各国为防止含油污水超标排放，不允许海上设施设置含油污水的直排管路，确实需要排海的，按照上述解决方案，需在管路上设置排油监控系统。该系统由取样管、油份检测仪、控制箱、电动三通阀、排放管组成，其工作原理为：含油污水排海前需经过油份检测仪检测，判断其含油浓度是否超出15ppm，并输出相应信号至控制箱，控制箱控制T型三通阀的转动，实现达标则排海，超标则泄放（泄放至油污水罐），露天甲板含油机械区域雨水的排放亦是如此。经油份检测仪检测筛选后，最终储存在油污水罐的含油污水均属于超标污水，通过通岸接头与船舶连接进行驳运处理，并运回岸上进行集中处理。而达标的水流（含雨水）则直接排海，有效地减少了油污水罐的接收量和驳运船舶的驳运量。

上述方案在海上设施设计、建造阶段，以及后期运行阶段虽由各国海洋监管机构认可的法定检验第三方—船级社负责监督，各国监管机构负责监管，但含油污水排放标准始终按含油量不得超过15ppm统一执行。

将现有的海上升压站事故油罐及相关给排水系统，与海上设施含油污水达标排放成熟的设计方案进行对比，不难看出后者的出发点与前者存在一定的共性：用于露天区域可能含油水流（含雨水）的搜集，防止油类流入海洋污染海洋环境。但后者较前者更趋于合理：（1）后者经检测排放的水流可完全满足排放要求，而前者存在较大的不可控性（无法保证排放是否达标）；（2）后者对雨水的处理更为理性，实现了达标自动排放，否则主动搜集的功能，有效地降低了达标雨水进入罐体的可能性。如将两个方案进行有效结合，则能够更好地解决海上升压站事故油罐及相关给排水系统设计人员面临的总量控制难题。

结论

综上分析，目前国内海上升压站事故油罐及相关给排水系统的设计方案中溢流直排和远程控制直排功能的设置缺乏有效的监控，难以实现法律、法规及相关规范关于含油污水排放“其含油浓度不得超过15ppm”的要求，既存在违规排放污染海洋的风险，又有增加建设单位运维工作量和运维费用的弊端。

通过对现有国内海上升压站事故油罐及其相关给排水系统设置排油监控系统，不仅能实现真正的达标排放，切实履行法律、法规的要求，还能通过该系统实现散热器露天区域雨水达标后自动排海的功能，以此减少进入事故油罐的雨水量，减少运维人员清除残油的工作量，降低含油污水的处理量和相关船舶的租赁费用，维护海上风电建设单位的利益。同时，设计事故油罐容积时，不仅要考虑变压器冷却油量和该区域消防水量，更要结合当地海域历年降雨量、运维船舶的可达性及其含油污水的接收能力，确定合理的容积，避免出现溢油或爆舱事故。