渤海某平台应对暴雨季节开排系统的相关改造

2022-03-03张意刘蕾

化工管理 2022年4期

张意，刘蕾

(1.中海石油(中国)有限公司秦皇岛32-6作业公司，天津 300459；2.中国石油集团渤海钻探工程有限公司管具与井控技术服务分公司，天津 300280)

0 引言

渤海某CEP平台配备南北2套处理量40 m3/h的开排系统，主要接受处理平台设备排放的油水、甲板雨水，对平台生产过程中的一切液体进行闭环处理，能有效防止含油液体入海[1]。投产至今，开排泵泵效逐步下降至60%，日常生产过程中平台开排系统处理能力能满足需求，但遭遇常见短时强降雨时，存在极高开排罐冒罐溢油环保风险，同时开排短时间大量转液，对平台生产流程稳定造成负面影响。确保开排进液处于随时可控，消除雨季平台溢油安全环保风险，保证环保设备的可靠、稳定，是一个亟待解决的课题。现场人员通过观察与科学计算、讨论分析平台甲板雨水水量分布，提出在关键节点增加控制阀门，将部分雨水存于甲板，随后缓慢进入开排，降低水量峰值，合理分配南北开排进液量，充分发挥设备效能，消除了溢油环保风险。

1 作业背景

渤海某CEP平台是位于渤海中部海域一座8腿12桩综合平台，平台单层面积达到4 315.5 m2。遇短时强降雨造成开排快速上涨，现场通过封堵甲板地漏，关闭开排入口非危险区甲板地漏阀门，控制液位。由于平台甲板面积大，地漏分布广，封堵地漏消耗大量人工时，且部分地漏由于设计原因无法有效封堵，会有大量雨水进入开排罐，中下甲板地漏普遍存在原油，贸然关闭开排入口甲板地漏阀门必然造成平台下甲板地漏含油污水返出，造成甲板污染。

目前该平台投产至今超过五年，开排系统杂质较多，开排泵叶轮受到一定磨损，现场通过测试，北开排泵泵效下降至60%，南开排泵下降至80%。在日常生产过程中，开排系统能满足设备撬块排放需求，且撬块排放受人为控制处于可控状态；当遭遇雨季常见短时强降雨时，该平台飞机甲板、生活楼、三楼吊货甲板、上甲板生产区和修井区甲板这些露天无遮挡区域收集的雨水直接进入开排罐，而进液量仅依靠罐入口阀门控制，直接增大开排处理压力，存在极高的开排冒罐溢油环保风险；同时，开排短时间大量转液，对平台生产流程稳定造成负面影响。

2 问题分析

2.1 存在问题

(1)降雨量为中雨的情况下，平台北开排2台泵运行，液位持续上涨。

(2)开排地漏进液控制能力低，仅依靠开排罐入口非危险区甲板地漏总阀控制，关闭或减小该阀门开度将直接造成含油污水从下甲板地漏返出。

(3)由于降雨期间，南北开排罐进液不均，导致开排泵利用率低，北开排2台泵运行，南开排1台泵运行，开排利用率为75%。

2.2 原因分析

平台南北开排罐有效容积为18 m3，当进液量超过开排泵转液能力时，开排液位上涨快，缓冲能力差。

开排系统杂质较多，开排泵叶轮受到一定磨损，现场通过测试，北开排泵泵效下降至60%，南开排泵下降至80%。在日常生产过程中，开排系统能满足设备撬块排放需求，且撬块排放受人为控制处于可控状态，平台飞机甲板、生活楼、三楼吊货甲板、上甲板生产区和修井区甲板这些露天无遮挡区域收集的雨水直接进入开排罐，进液量仅依靠罐入口阀门控制，造成下甲板存在较大的溢油风险。且由于现场地漏安装形式不同，造成生活楼，三楼吊货甲板及飞机甲板地漏无法完成封堵。

通过上述可知，平台北开排系统为最薄弱环节，保证安全环保的情况下，推算目前平台可以承受的最大降雨量Q：

式中：Q为平台能承受最大短时降雨量(mm/h)；QP为单台开排泵排量，为20 m3/h;η为开排泵泵效，目前现场通过测试，取0.6；S1为开排控制区域不可封堵地漏甲板面积，取920.8 m2；S2为开排控制区域可封堵地漏甲板面积，取1 697.35 m2。

将相应数值带入计算，得：

只考虑整个生活楼及上甲板露天区域对雨水的收集作用，平台开排系统能承受小于9.16 mm/h强度的降雨。同时计算南开排能承受的最大降雨量：

Q南=1 000×2×20×0.8/1 697.35=18.85 mm/h

南北开排控制区域面积的差异造成进液不均矛盾突出，开排系统整体利用率低，北开排抗风险能力极低。

参考相关研究，目前渤海地区降雨夏季居多，以中雨为主，夏季一日内不同时间段的降水量存在明显的波动，逐时降雨量呈三峰型，峰值主要出现在夜间至早上时段，最大值出现在清晨08时，其次是凌晨04时和夜间23时，最小值出现在下午15时，08时降水量是15时的6倍。

渤海地区降雨呈现出短时量大的特征。以2019年8月2日8:23降雨为例，本次降雨持续17 min，现场在下雨过程中用烧杯实测降雨量，烧杯17 min液位为15 mm，即降雨强度52.9 mm/h。

图1 短时强降雨开排液位上涨曲线

当遭遇超过平台52.9 mm/h的短时降雨，地漏未封堵，计算北开排的缓冲时间为T：

式中：T为开排缓冲时间(h)；Q雨为实际短时降雨量；V为开排有效容积，取18 m3。

北开排的缓冲时间为：

由此可见，当短时强降雨持续9 min将造成平台北开排溢油环保隐患。现场人员在大雨前会对平台85个相关地漏进行封堵，工作量大，可适当延长缓冲时间。但地漏封堵不严或部分未封堵，造成封堵地漏效果不可靠，同时飞机甲板、生活楼及三楼吊货甲板地漏无法封堵，积水全部进入北开排造成开排液位快速上涨，液位曲线15 min上涨至1 300 mm。现场通过临时关闭开排入口总阀暂时减少开排进液量，并使用临时气泵进行开排转液等各种方法控制开排液位，防止开排冒罐。

自平台投产自今，类似短时强降雨平均每年遭遇3次，通过关闭开排入口阀门控制进液量造成下甲板含油污水溢出事件发生过2次，雨季持续4个月，降雨前频繁检查甲板地漏造成大量的人工时浪费。

因此排除天气不可控因素，得出开排超过处理量的原因。

(1)开排罐容积小，缓冲能力低。

(2)开排泵泵效下降，不满足降雨期间转液需求。

(3)平台露天无遮挡的甲板面积大，地漏分布广，封堵地漏工作量大，存在较大不确定性，控制效果差，且部分地漏无法封堵，短时大量雨水通过地漏进入开排。

(4)南北开排系统控制区域面积差异大，南北开排进液不均，开排系统利用率低。

(5)依靠原设计的开排罐入口阀门控制进液量将导致下甲板存在溢油风险。

3 液位持续上涨解决措施

3.1 改造思路

(1)增加北开排泵排量。(2)增加控制阀门，减少不可控区域。(3)提高甲板存水量，利用甲板及围堰形成缓冲容器，人为降低开排进液峰值，增加开排缓冲时间。

3.2 改造方案

3.2.1 北开排增加气泵，增加转液能力

开排泵出口管线直径为50 mm，更换大排量离心泵，管线尺寸不满足需求，且工作甲板空间受限。现场通过开排泵压差表50 mm隔离阀处作为气泵吸入口，气泵出口通过50 mm变75 mm接入油井泄压至闭排总管，增加一台20 m3/h气泵，提高北开排转液能力。北开排增加转液气泵，气泵排量为25 m3/h，极大缓解北开排泵泵效下降造成的处理能力不足的问题。

3.2.2 上甲板、生活楼地漏管线分区域增加阀门控制

现场分析上甲板及生活楼开排管线走向，可将整个露天区域分为1号区域飞机甲板和生活楼、2号区域三楼吊货甲板、3号区域上甲板生产区域甲板、4号区域修井甲板、5号区域生产设备撬块五个部分，如图2所示。

图2 控制区域划分图

5号区域为生产设备撬块，该撬块地漏及管线含油，在下游增加阀门控制可能造成含油污水溢流至甲板。该区域总共6个地漏，日常不使用的情况下使用橡胶塞进行封堵，保证该区域雨水不进入开排。1、2、3、4号区域同属于非危险区甲板，地漏及管线正常不含油，在下游增加阀门不会造成甲板溢油。

根据流程走向，1号区域进开排总管位于平台中二层化验室对面，增加150 mm阀门；2号区域在燃气发电机旁总管增加150 mm阀门；3号区域在中层甲板南北两侧增加150 mm阀门；4号区域在化学药剂撬及核桃壳处增加150 mm阀门。

3.3 可行性分析

该改造只在北开排泵旁增加气泵、上甲板与生活楼甲板地漏总管增加阀门控制，保留原有流程，且不会对原有流程造成影响。

该改造实施后平台流体仍然进行闭环处理，不存在外排造成的溢油风险，改造后能极大提高平台设备的已有环保的抗风险能力。

流程改造均在不含油气管线上施工，施工难度小，安全风险低；用料以阀门管线为主，成本较低。

4 效果与总结

开排设备利用率低及开排罐缓冲能力差的问题得到解决，将各区域进入开排管线增加阀门，在短时强降雨情况下，通过新增阀门实现甲板积水缓进，降低水量峰值，合理分配南北开排进液量，充分发挥设备效能；利用新增阀门开度控制开排罐液位变化，启泵状态时开排无明显液位上涨，此举将开排设备(开排泵)利用率由75%提升至100%。

开排罐缓冲能力得到提升，甲板围堰高度5 cm，利用甲板缓存部分雨水，实际可增加开排整体缓冲容量215.7 m3。按照上次遭遇的52.9 mm/h的短时强降雨，缓冲时间将延长至1.7 h，增加至原来的11.3倍。本次改造彻底消除了由于短时强降雨造成的开排溢油安全环保风险，保证平台正常生产。

本次开排系统超处理量问题的解决为后期平台的设计建造提供了参考和借鉴，特别是对海上油气生产平台开排罐容相对较小、开排设备排量低、甲板空间大在恶劣天气条件下应急提出了一条行之有效的改进方法。