关于海洋工程装备项目中的碳排放研究

2022-03-07牛建华王举田

石油化工建设 2022年11期

石海牛建华薄浩王举田刘超

海洋石油工程（青岛）有限公司山东青岛 266520

温室气体作为影响全球温度的主要因素之一，已经得到全世界的关注。联合国1972 年开始组织环境问题的国际会议，1994 年3 月21 日《联合国气候变化框架公约》推出并产生法律约束力。2015 年12 月12 日，《联合国气候变化框架公约》一致通过了《巴黎协定》，此协定最终目标是在21 世纪末将全球气温上升控制在工业化前水平1.5℃以内。中国政府要求，在“十四五”期间严格控制煤炭使用量增长，并在“十五五”期间逐步减少。对于碳排放量总体而言，在2030 年力争达到二氧化碳排放峰值，并争取在2060 年达到碳中和的远景目标。

海洋工程装备的制作工作大部分为钢结构材料的加工，在原材料制造、切割、焊接等过程中均存在一定的二氧化碳排放。因此，如何管理好海洋装备项目的建造、运行阶段[1]的碳排放工作，减少碳排放量，对于配合国家完成碳排放目标具有重要意义。

1 建造阶段

海洋工程装备一般工期压缩较多，存在一定程度上的“三同时”（设计、采办、建造）。因此，在建造初期，项目的关键长线设备到货时间、施工图纸、材料到货状态无法准确到可以编制翔实可行的建造实施计划，仅能从项目整体上规划各专业的建造工作。随着建造工作逐步推进，图纸、材料、人力等资源状态逐步明朗，再将项目计划进行滚动更新，优化建造工作安排，将建造工作的计划工作细化到五级计划[2]，做到建造工作最优解。从而尽可能减少由于资源冲突及管理效率导致的钢结构切割、焊接工作，从项目管理上整体减少碳排放。

1.1 结构专业

钢结构加工制造过程中涉及切割（高温切割，工业混合燃气、天然气等燃料气体燃烧排放）、焊接（二氧化碳气体保护焊接）等操作。海洋装备中的结构专业主要发挥的是支撑作用，实现各种功能的机械设备、工艺管线、电力/控制/ 通讯设备设施的支撑物。例如，常规海洋工程装备中有水下支撑结构的石油开采平台及靠海洋浮力漂浮的FPSO 等，均需要结构专业的钢板、H 型钢、角钢等钢材搭建可以容纳、支撑其他设备设施的构造物，将各组件整合成为一个整体，比较可靠的连接形式就是焊接。

在结构专业建造施工中，涉及碳排放量较大的主要为钢板、H 型钢及甲板板切割、组对、焊接完成的结构片的预制工作；甲板片与不同甲板层支架支撑的立柱与拉筋之间的切割、组对、焊接工作；甲板层之间的房间墙皮及结构附属附件的切割、组对、焊接工作；平台管线可燃气体燃烧或者放空的火炬臂或者放空塔相关的切割、组对、焊接工作；平台挡风用的挡风钢结构体切割、组对、焊接工作；部分水下支撑结构的大型卷管、拉筋、加强筋板、防沉板和裙装套筒等结构物的切割、组对、焊接工作。

1.2 机械专业

机械安全设备的安装过程中涉及设备底座与主体结构之间的连接切割、焊接工作。设备坐落在结构物上，为了保持设备固定牢固，有两种连接方式：第一种是现将设备底座通过焊接的方式与平台之间进行固定，再将设备与设备底座通过螺栓紧固；第二种是设备底端与接触的结构材料直接焊接在一起。在机械设备安装期间，主要的碳排放工作存在于设备底座安装时的切割、组对、焊接过程中。

1.3 配管专业

管线在海洋装备的运行过程中要实现流体、气体的输送等功能，包括高温、腐蚀性的液体输送。工作时，可能存在震动、热胀冷缩等变形。管线需要通过支撑附件将固定在与主体结构之间的一定范围内，此过程需要附件安装的切割、焊接工作；管线要一段一段拼接起来，此时需要对接焊口之间的切割、焊接工作。需要在结构支撑物上安装管支架、冲径管等支撑次级结构，再通过管鞋、抱卡、导向块等固定装置将管线固定在一定范围内。配管专业的碳排放工作主要存在于这些管支架等附属结构的切割、组对、焊接工作过程中。

1.4 电仪讯专业

电仪讯设备、电缆等支撑附件与主体结构之间的连接需要切割、焊接工作。电仪讯专业主要是海洋装备的动力电力传递、控制通讯信号传递、现场终端的灯具、电磁控制阀等功能实现等作用。这类材料、电仪设备与主体结构之间需要通过支撑件等形式进行固定。支架等次级结构下端通过焊接等形式与主体结构连接固定，上端通过螺栓等形式将电缆、小设备固定。此专业的碳排放工作主要体现在电仪讯支架等次级结构的切割、组对、焊接工作过程中。

1.5 舾装专业

舾装专业主要涉及焊接附件与主体结构之间的安装焊接工作。舾装专业主要体现在海洋装备的人员、设备海上生存期间的生活所需，以及设备环境所需的房间内生活装饰。房间内的门、窗、舾装板、地面地板、天花板与主体结构之间的固定工作通过支架等小型结构物实现。结构专业上需要焊接舾装专业的支撑结构，支撑结构上安装保温棉等保温材料进行保温，然后安装舾装板等材料。此专业的碳排放工作主要体现在舾装支架等次级结构的切割、组对、焊接工作过程中。

1.6 通风空调专业

生活工作所需通风设备、风管支撑附件与主体结构之间的切割、焊接工作。通风专业主要实现海洋装备所需的房间内外通风、房间内温度控制。这涉及通风风闸、风管、穿舱件、空调等均需要与主体结构固定。相应的通风空调支架、底座等一端与主体结构焊接固定，另外一端通过螺栓等连接形式与设备、风管等相连接固定。此专业的碳排放工作主要体现在通风空调支架等次级结构的切割、组对、焊接过程中。

1.7 电力资源

建造过程中打磨机、焊机等设备设施运行需要使用电力资源。在建造过程中，受工期、气候条件等限制，需要连续作业，涉及照明辅助；在钢结构加工过程中，材料切割后需要电动力的砂轮机进行打磨，涉及焊机和焊接；在结构件等连接焊接工作完成后，需要将结构件表面打磨洁净后涂敷保护涂层；管线试压时需要打压泵进行管线压力试验工作；还有部分使用电作为动力的设备设施在项目建造期间为项目正常建造发挥着作用。

1.8 其他

此外，还涉及建造过程中的人员、物资运输所需常规及特种车辆燃料燃烧排放，以及健康安全管理设备配置方面灭火器等部分气体的逸散排放。

对建造阶段各专业的碳排放源进行识别，详见表1[3]。

表1 海洋装备建造阶段碳排放源识别表

2 调试阶段

一座3000t 的采油平台往往有上百台设备、数十万米电缆，因此调试工作量较为繁重。为了缩短调试所占整个项目周期的长度、降低成本考虑（陆地调试成本底，海上调试成本高），会将调试分为预调试和调试阶段[4]。在调试阶段，按照各专业的功能区分为电力系统、油系统和水系统等不同功能的各组件。使平台从成千上万个小组件逐步运转起来，成为一个各系统功能顺利运行、协作发挥最终目标的整体。此阶段主要涉及碳排放管理的为设备调试所需的燃料燃烧、电能消耗。调试期间可以通过采用功率较低的临时供电系统等方式来降低使用正式发电机所耗用的燃料油量[5]，降低燃料燃烧的碳排放量。

对于调试阶段的碳排放源进行识别，详见表2。