圆筒型FPSO液压仪表管串油关键技术研究

胡瑾华，白保卫，谭晓光

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

多点系泊式圆筒型海上油气生产储卸平台（FPSO）创新地采用了圆形船体结构，相较于传统船型FPSO，其具有更好的抗风浪和定位能力。某英国北海圆筒型FPSO是公司历年来承揽建造的首艘圆形FPSO项目，采用了挪威Sevan Marine公司的Sevan 400圆筒型概念设计，其稳定性通过船体双层底下部的压载水舱压排载控制，压载水舱又通过船体中心井内的液压开关阀调节进水，液压开关阀通过仪表管与上部液压动力单元（HPU）连接，因此，确保液压动力系统工作的可靠和稳定性对于整个FPSO的投产运行至关重要。

液压动力系统中，液压仪表管是串联各个工作单元的重要组成部分，由于生产、储存、切割组装过程中，仪表管内部会存在较多杂质，进入到油液中的各种颗粒污染物会导致液压元件中出现阻尼小孔或节流小孔堵塞引起元器件失灵等问题，进而影响整个液压系统的正常工作。仪表管串油的目的就是利用串油介质反复串洗仪表管内部，将杂质清除，以保证其连接的液压设备元器件能够正常运行。

1 液压动力系统组成

圆筒型FPSO包含下部圆形浮筒式船体、上部生产工艺模块及生活楼，船体与上部模块通过船体上方主甲板分开。船舱底部中心井的液压开关阀通过主甲板上方的HPU（液压动力单元）模块连接的仪表管驱动控制阀门开关。仪表管路径通常设计从舱底汇集后通过托架集中布置贯穿上方主甲板，从主甲板穿出后上升并下挂于工艺甲板（高于主甲板6m）下再下行连接到HPU模块。液压动力系统组成如图1～图2 所示。

图1 液压动力系统组成

图2 S2 MX 46油品黏度曲线

2 仪表管串油方案

FPSO下船体为坞内建造，建造完成后需要出坞完成所有上部模块的集成安装，出坞后，船体中心井会压载进水，此时无法再进行仪表管的串油作业，因此船体内仪表管串油必须在坞内建造阶段完成。然而，由于上部模块在坞内建造阶段无法全部吊装上船，下挂于上部模块底层的仪表管托架无法就位，造成主甲板上方部分仪表管无法安装。因此，上述液压系统无法完成整体串油，此时通常设置仪表管连接分割点为主甲板上方位置，上下分开串油后再进行连接，连接后无法再进行整体串油。

另外，串油介质须选择与设计使用的油品一致，串油前需完成仪表管试压，以确保仪表管连接无泄漏。试压介质通常选择跟串油介质一样的油品或不含氯离子的纯净水，勿使用氮气等惰性气体，避免船舱内密闭空间窒息风险，试压压力通常为仪表管设计压力的1.5倍。

3 雷诺数Re设定

仪表管串油的一个关键因素为设定合理的雷诺数，雷诺数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，是流动流体的惯性力与黏滞力之比，以Re表示。流体在管道内的流动状态通常分为层流、紊流（湍流）、过渡状态（介于层流和紊流之间）。层流，即流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；紊流（或湍流），即流体质点除了沿管轴方向向前运动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的黏性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流（也称湍流）流动状态，一般管道雷诺数Re＜2 000为层流状态，Re＞4 000为紊流状态，Re=2 000～4 000为过渡状态。

综上，只有串油介质在管道内呈紊流状态，油体质点径向脉动，冲刷管壁，才能达到串油清洁效果。因此，仪表管串油时雷诺数需设定为Re＞4 000。

4 油温控制

雷诺数Re的基本计算公式为：

其中v=4Q/(π×d2)，换算后，

上述公式中，Q为泵流量，ρ代表流体密度，d为管内径，μ为流体黏度。

串油过程中，管内径d和流体密度ρ保持不变，因此影响雷诺数Re的主要参数为黏度μ（随温度T变化）和泵流量Q。其中泵流量Q与串油设备的设定压力有关，压力越大，流量越大；工程实践中，串油设备的压力一般设置为正常的操作压力，不会有较大幅度的改变，即泵流量Q通常保持不变。因此，雷诺数Re主要通过控制温度T调节黏度μ设定。设置Q=35L/min（串油设备正常工况），仪表管内径d=8mm，计算油温为40℃和60℃时，其雷诺数Re分别为1 774和4 080，如表1所示。鉴于此，此工况下串油温度应控制在60℃以上，而考虑串油设备的加热能力有限，温度不宜过高，通常对于此种油品的串油油温需控制为60～75℃。

表1 油温40℃和60℃的雷诺数Re计算

5 检验标准

多次取样分析串油介质清洁度NAS等级来判断串油结果是否达标。NAS是美国航天学会制定的清洁度等级标准，通常以NAS 6清洁标准作为仪表管串油结果的检验标准，即仪表管内微小粒子的比例符合，如表2所示。

表2 NAS 6颗粒物标准

需要注意的是，如果Re数设定值小于4 000时，此时串油流体处于层流或过渡状态，油体质点只做直线运动或只有少量的径向脉动，无法起到冲刷管壁的作用，此时取样测量的油体也可能满足NAS标准，但实际不符合串洗要求，串油结果不可认定为合格。

6 结数语

圆筒型FPSO液压系统仪表管串油相较于传统海洋工程项目有其自身的特点，串油方案制定时需要考虑其结构物特点和具体的建造工序。串油油温不能单纯地根据经验设定和判断，需要有理论支持和计算依据，否则可能达不到串油效果。国内圆筒型FPSO建造屈指可数，施工可供借鉴的经验甚少，以上所述仪表管串油关键技术望为后续类似项目提供有效的技术指导。