海洋钻井平台生活楼电气系统改造

王 伦，孙龙林，刘晋雷，周宏宇，沈春华，张志遥

（1.中石化海洋石油工程有限公司上海钻井分公司，上海 201206；2.招商局重工（深圳）有限公司，广东深圳 518054）

0 引 言

老龄海洋钻井平台由于在折旧和作业费率方面具有新建平台无法比拟的优势，现已成为国内主流海洋钻井平台运营公司的中坚力量。“勘探四号”是老龄钻井平台的典型代表，入级美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS），作业水深超过600 m，1983 年出厂。由于海洋环境比较恶劣，潮气和盐雾均具有很强的腐蚀性，平台上的船体结构、管路和电气设备在长期使用之后不可避免地会出现腐蚀及老化的情况，造成平台的生活楼结构及管线漏水，主柴油发电机组、压载设备和中央空调等关键设备故障频发，生活楼灯具的照度下降，不仅很难满足钻井平台对设备高可靠性的要求［1］，而且严重影响平台的居住舒适度和市场竞争力，目前采用结构局部挖补和设备维护的方式已无法从根本上解决该问题。为提高设备的可靠性和改善平台上工作人员的生活条件［2］，对设备进行更新换代和对生活楼进行整体换新迫在眉睫。

2021年初，对该钻井平台进行了改造：将4 台总功率为5 500 kW的柴油发电机组更换为5 台总功率为7 650 kW的机组；对主配电板与钻机可控硅传动系统和压载系统进行换新；对生活楼进行整体割除、换新。在生活楼换新工程中，船体结构、管道、暖通和内装等与新建平台基本一致，但在电气系统方面，为节省投资，在保证安全可靠的前提下，需复用大量设备，因此存在新旧设备兼容、旧设备安装调试、旧电缆查线和对接等诸多难点。同时，生活楼内的电气系统设备与楼外的动力设备、钻井设备、井控设备、消防系统、压载系统、网络及电话等均有接口，因此对其技术状态进行详细了解对于保证改造顺利完成而言至关重要。

1 原生活楼电气系统组成及改造流程

1.1 原生活楼电气系统组成

“勘探四号”为柱稳式结构，主甲板通过左、右各3 个立柱支撑在左、右沉箱上，生活楼位于主甲板艏部，生产区位于生活楼后部，原生活楼的电气设备主要集中在中控室、报务室、电气设备间、通信设备间和井队办公室内。

1.1.1 电源与配电设备

生活楼与其他区域共用主电站、应急电站、2 台600/480 V主变压器、2 台主照明变压器和1 台应急照明变压器，这些设备均位于生活楼外。

1.1.2 照明系统

航行信号灯控制板位于中控室内；飞机坪边界灯、生活楼室内和室外照明控制箱位于生活楼内；主甲板反顶、艏立柱内照明灯具及其分电箱位于生活楼外，电源电缆穿过生活楼。

1.1.3 船内通信与报警系统

1）自动电话系统：交换机柜和不间断电源位于通信设备间内。井队办公室设置有子交换机柜，原住舱仅在办公室和公共处所设置电话终端，没有在住舱内设置电话终端，生活楼外共有30 余台电话与就近的交换机连接，原船使用网线通信。

2）公共广播及通用报警系统：2 个功放机柜布置于报务室和电气设备间内。井队办公室内设置有遥控站，住舱内没有设置扬声器，其他处所的扬声器和报警灯环路相互独立，各处所的扬声器和报警灯分成2 路。

3）火灾探测报警系统：为可寻址系统，包括1 个生活区环路和2 个生产区环路，控制器位于中控室内，集成在火气柜内。

4）可燃气体与硫化氢探测报警系统：包括11 个硫化氢探测器和12 个可燃气体探测器，控制器位于中控室内，集成在火气柜内，生活楼外的探测器均接至控制器进行显示和报警。

5）二氧化碳释放报警系统：在生活楼中控室和井队办公室内设置报警复示器，采用串口与生活楼外的释放报警控制箱通信。

1.1.4 助航与无线电设备

由于取消了平台的自航功能，雷达和车钟等导航设备已拆除；助航与无线电设备主要位于中控室和报务室内，其天线分布在生活楼四周。

1.1.5 生活娱乐设备

卫星电视和卫星通信网络系统的2 个机柜均位于通信设备间内，天线分别位于主甲板和飞机坪右侧，卫星电视系统与生活区外部相互独立，原住舱内仅设置电视终端，没有设置网口；生活楼外部有约10 处设置有网口。

1.1.6 综合自动化系统

1）压载控制系统：压载控制台布置在中控室内。海水泵、压载泵等约20 台泵及其启动器、150 余个阀门执行器、约40 个压载舱液位传感器和40 余个泵进出口压力传感器均位于生活楼外，现场信号经40 余个大型接线箱汇集之后，通过150 余根多芯电缆与压载控制台相连。

2）环境监测系统：用于监测风速、风向、大气温度、大气湿度、大气压力、云层高度、能见度和海浪高度等，除了风速风向传感器安装在井架上，其他传感器、工控机及其显示器均位于生活楼内。

3）锚机监控系统：工控机位于电气设备间内，中控室和报务室内设置有分显示器，下位机设置在主甲板四角锚机控制站内，锚机参数串口通信至工控机。

4）视频监控系统：包含网路视频监控和钻井视频监控系统，在中控室等处设置操作站，钻井视频信号经三混录像机处理之后，经网线传输给网络视频监控主交换机进行存储、远传、网络共享和显示［3］。

5）平台监测报警系统：中控室内设置有报警灯板，平台共有20 余个开关量报警点，均来自于生活楼外，通过电力电缆接至报警灯板。

6）水密门开关监测系统：中控室内设置有指示灯板，通过电力电缆与安装在立柱水密门及舱口盖上的限位开关相连。

7）防喷器控制系统：遥控操作站位于井队办公室内，通过光纤和电力电缆与位于生活楼外的下位机、现场信号采集站和不间断电源相连。

8）马丁钻井监控系统：操作站位于井队办公室内，分显示器位于甲方办公室内，现场信号采集站和操作站分别位于生活楼外，生活区内、外通信通过光纤实现。

9）录井监控系统：在生活楼内设置操作站和分显示器；现场信号采集站和工程师站位于钻台第三方录井集装箱内，生活区内、外通过网线相连。

10）漏水报警系统：报警显示屏设置在中控室内，其电源和报警信号均来自于左中、右中立柱的可编程控制器的控制箱，分别通过电力电缆与串口通信线相连。

1.1.7 集控设备

中控室内设置有消防控制箱、汽笛和雾笛遥控箱、潜水泵遥控箱、锚链应急释放控制箱、应急切断控制箱和左右舷投光灯控制箱等，经电力电缆与生活楼外的受控设备相连。

1.2 改造流程

生活楼改造流程图见图1，与新造船项目有很大差异，设计和施工过程中的主要注意事项如下：1）设计院应在方案设计阶段重视对方案的审查。

图1 生活楼改造流程图

（1）总布置图需在方案设计阶段基本确定。一旦进入详细设计阶段，各系统图和布置图等均以总布置图为设计依据，若再更改，会造成重大返工。

（2）重量重心预估是方案设计的重点。因钻井平台的运动性能和稳性等特点［4］，加上甲板可变载荷有限，只能在满足船舶相关规范的要求和新旧生活楼重量大体上一致［5-6］的前提下，在有限的空间内尽可能地使舱室功能齐全，舒适度高［7］，并能携带更多货物进行拖航或作业。因此，甲板可变载荷事关平台的市场竞争力，是平台改造成功与否的关键指标，需对影响该指标的新生活楼重量重心进行严格控制，确保满足要求之后再进行下一步设计。

（3）电力负荷计算事关钻井平台电站和变压器等是否满足新生活楼的电力需求，应优先对其进行核算，若预算不允许对电网进行重大改造，电气设计和设备选型应在满足原电网配置要求的前提下，统筹安排电力供应。

2）设计院和船厂应重视实船勘验。老龄钻井平台往往历经多次改造，图纸有多种版本，得到的资料和规格书信息很可能与实况不一致，进行实船勘验和与现场工程师澄清是解决这些问题的有效措施。

2 电气系统改造要求

改造要求是船东关注的重点，在招标文件中有明确的规定，是设计与施工的纲领性文件。“勘探四号”的电气系统改造的总体要求：对故障率高、备件采购困难的设备进行换新；对满足规范的要求、质量安全可靠且复用工程量小的电气设备进行复用。

2.1 规范与标准

换新设备和系统需满足最新的ABS MODU、《2006 年国际海事劳工公约》和《国际防止船舶造成污染公约》等相关规范的要求；复用或改造的原平台设备，根据平台证书，满足平台1983 年出厂时相关规范的要求即可。

2.2 电源与配电设备

为减少改造工程量，2 台AC 600/480 V主变压器复用，照明变压器根据电力负荷实际需要换新，电源应同时满足复用AC 120 V设备和新购国产AC 220 V设备的供电，工控机和交换机等弱电设备应采用在线式不间断电源供电，以降低电网谐波对设备的影响。

2.3 船内通信与报警系统

二氧化碳释放报警系统复用，设备回装到原处所；病房呼叫系统换新。其他系统的改造要求如下。

1）自动电话系统：交换机柜、不间断电源、生活楼内端口及电话均换新；住舱内均设置新电话；生活楼外原有电话接入新机柜；电话电缆由网线更换为铠装对绞线。

2）公共广播及通用报警系统：2 个功放机柜、不间断电源和遥控站换新；司钻房新增遥控站；生活楼内部根据最新规范配置扬声器；生产区扬声器复用，按原分区接入新机柜；平台原有双色灯改为满足现行规范的四色灯。

3）火气探测报警系统：火气柜复用，生活楼换新之后，火警探头数量增加，火警控制器换新，生活楼内火警探头换新，生活楼外的火警探头复用；可燃气与硫化氢控制器及生产区探头均复用，在新生活楼风口设置新探头，并将其与原有控制器连接。

2.4 助航与无线电设备

满足《国际海上人命安全公约》（International Convention for Safety of Life at Sea，SOLAS）关于A1、A2 和A3 区域对设备的有关要求。

2.5 生活娱乐设备

所有住舱都设置新网口和电视终端，原有网络交换机机柜和电视机柜容量不足，需换新；原卫星通信和卫星电视天线复用，生活楼外原有网口接入新机柜。

2.6 综合自动化系统

锚机监控、防喷器遥控、马丁钻井监控、录井监控和漏水报警设备均复用，回装到原处所；视频监控系统增加摄像头，以保证工作区域无盲区；环境监测系统设备和电缆均换新。其他系统改造要求如下。

1）压载控制系统：换新压载控制台及其附属设备，原液位遥测传感器、泵进出口压力传感器、泵启动器及其电缆和接线盒复用，阀门遥控装置由电控阀改为电控液压阀。就近设置所有阀门及泵遥控、液位遥测信号的采集箱，通过光纤与压载控制台通信。海水泵和压载泵应能在所有遥控和可编程控制器发生故障的情况下正常起泵。

2）平台监测报警和水密门开关指示改为可编程控制器、工控机与液晶显示器相结合的形式，并接入新电站、新中央空调和冷藏机组等关键设备的运行及报警信号。

2.7 集控设备

汽笛、雾笛和锚链应急释放控制箱均复用，回装到新中控室内；潜水泵遥控和左右舷灯遥控集成到新压载控制台上；消防控制箱新增新海水泵与火气系统联动及运行指示功能；应急切断系统接入新生活楼的风机、风闸、中央空调和娱乐系统控制信号。

2.8 电缆

生活楼内与复用设备有关的电力电缆均复用；设备移位之后，对于原有动力电缆、通信电缆和同轴电缆等截面积较大、对接不影响使用的电缆，在新生活楼电弄和梯道等方便维护处集中设置接线盒；对于易拉断的光纤、网线，除了长度够用并可保护性拆装的光纤、网线，均换新。

3 新生活楼电气系统设计及电气设备布置

3.1 新生活楼电气系统设计

在施工阶段对复用系统和设备等不涉及大量更改的设备做好标记、回装工作，根据实际需要，由生产设计出图。换新系统需根据最新规范的要求设计，主要内容如下。

3.1.1 电源与配电设备设计

生活楼换新之后，中央空调、冷藏机组和厨房洗衣设备等设备的功率发生变化，新增480 V负荷均匀分布在由2 台主变压器分别供电的配电板A、B汇流排，避免主变压器分区供电时过载，2 号主照明变压器和应急照明变压器容量增大，换新。2 号主照明变压器采用三相四线480 V/120&208 V（相电压120 V，线电压208 V）变压器，以保留原有120 V 60 Hz美标电制，将其应用于复用的120 V设备中，208 V 60 Hz电制应用于国产220 V设备中；换新的应急照明变压器采用三相三线480 V/120 V变压器，避免更换生活楼外的应急照明分电箱及其电缆。生活楼内的所有电力、照明分电箱及其进线电缆都更换。在进行设备选型时，尽量选用AC 100 ～240 V、50 ～60 Hz的宽电压、宽频设备，以更好地与电网兼容。

3.1.2 照明系统设计

飞机坪边界灯系统、航信信号灯系统、生活楼内部和外部照明系统设备及电缆都换新，为方便对备件进行管理，灯具的电制与生活楼外的电制保持一致，沿用120 V电制。与生活楼相关的主甲板反顶、艏部立柱内照明灯具及其分电箱复用，穿越原生活楼的电缆随生活楼割除，重新敷设。

3.1.3 船内通信与报警系统设计

生活楼内的自动电话系统、公共广播及通用报警系统、新增四色灯系统和火气探测报警系统根据最新的规范设计，生活楼外的原有设备接入新机柜或控制器，在设备商供货之前，应现场勘验原船的自动电话、扬声器和火警探头的参数，避免新旧设备不兼容。

3.1.4 助航与无线电设备设计

助航与无线电设备集成在主用、备用无线电控制台内，分别位于报务室和电气设备室内；根据使用的需要，在拖航办公室和中控室内分别布置1 套固定式甚高频（Very High Frequency，VHF）对讲机，供拖航和日常通信使用。

3.1.5 综合自动化系统设计

1）压载控制系统设计。为减少电缆敷设，在左中、右中立柱水线以上分别设置1 个阀控箱兼信号采集箱［8］，原路过此处或在其附近的监控设备复用电缆在此处截断之后改接至该采集箱，其他离生活楼较近的信号直接接至新压载控制台。阀控箱具有阀门遥控功能，当压载控制台发生故障时，可遥控阀门。阀控箱与压载控制台内的总站通过双冗余光纤通信。在压载控制台上设置海水泵和压载泵越控旋钮，通过电力电缆直接与海水泵和压载泵启动器连接，能越过工控机、光纤通信和遥控按钮等产生的故障，直接控制泵的启停。

2）监测报警系统设计。原平台监测报警、水密门开关信号在新生活楼电弄接线箱汇集之后，同电站、中央空调等新设备的监测信号一起接入新监测报警系统，在中控室和机舱值班室内设置操作站。

3.1.6 电缆及其接线箱

由于原生活楼的中控室、报务室、电气设备间和通信设备间被移到了三楼，大量复用设备电缆需延长，在新生活楼的一楼中部电弄设置3 个大型电力电缆接线箱，在一楼中部梯道布置1 个同轴电缆接线箱，在左前立柱梯道布置1 个电力电缆接线箱，用于实现左前立柱照明和辅机控制复用电缆。

3.2 新生活楼电气设备布置

新生活楼建模外形图见图2，新生活楼分为3 层，设有2 个单人间、9 个四人间和46 个双人间，可供130 人居住，第一层布置厨房、洗衣房等功能处所和少量住舱，第二层主要布置住舱，第三层布置办公室、设备间和高级船员住舱，电控设备集中位于第三层的中控室、报务室、通信设备间和电气设备间内。设备布置延续原平台的操作习惯，与原生活楼基本一致：在中控室内布置压载控制台、综合自动化系统各显示器和遥控箱等监控设备；在报务室内布置环境监测显示器、主用无线电控制台等通信设备；在电气设备间内布置备用无线电控制台、分电箱、风机控制柜和防火风闸控制柜等日常操作较少的电气设备；在通信设备室内布置卫星通信、电话、局域网和视频监控等机柜。防喷器遥控操作站和马丁钻井监控操作站仍位于井队办公室内，以方便专人监控。

图2 新生活楼建模外形图

4 新生活楼电气系统施工

生活楼换新施工流程图见图3，各专业施工相互穿插、影响，电气专业除了做好常规质量控制工作以外，需兼顾全局，重点做好施工前准备、关键节点控制和重量控制等工作。

图3 生活楼换新施工流程图

1）施工前准备：为避免复用的电缆和电气设备损坏，电气系统施工应先于其他系统，施工之前厘清复用的设备和电缆，并在开工之前做好清册，复用的设备和电缆在拆线之前应做好记号与防护，需复用的电缆全部抽出旧生活楼。充分开展电气施工准备工作，预计可减少后期查线人数30%，节省调试时间约20%，并利于控制工期。

2）施工关键节点：为确保平台安全，消防、救生和应急切断等设备应在靠岸之后再拆除，压载系统应在锚链全部放完、平台调平之后再拆除，大量电气设备和电缆隐蔽在天花板或内装板内，为保证住员的健康，应在住员撤走之后再拆除，若涉及水舱阀门的更换或海底门检修，更换时会漏水，应在进坞、排水之后再进行更换或检修，新生活楼根据船厂吊机的起吊能力吊上平台并将其组装完成之后方可敷设相关电缆及管路。因此，靠码头、放锚链、住员离场、进坞和生活楼吊装为关键节点，应提前规划，避免因遗漏而导致工期延误。

3）重量控制：甲板可变载荷是平台改造成功与否的关键指标，电气专业应配合做好重量把控工作。原生活楼解体之后，相关电缆、设备等应先称重并做好记录再吊下平台，设计时采用现场总线技术减少电力电缆的使用量，不用的电缆应抽除；新生活楼相应新物资也应在称重并记录之后再吊上平台，并做好比对，若有超重现象，应及时处理。为抵消新生活楼增加的重量，将主甲板反顶不常用的电气设备维护走道割除。

5 结 语

经过缜密设计和施工，“勘探四号”钻井平台的生活楼改造工程如期完工。改造后平台的生活楼环境大为改善，层数由2 层变为3 层，住人数由120 人增加至130 人，高度由6.3 m增至9.0 m。改造后的倾斜试验表明：设备设施重量控制合理，生活楼质量由改造前的810 t增加至820 t；在风暴自存工况下，甲板可变载荷由3 200 t减少至3 150 t；电力负荷由270 kW增至350 kW，达到了预期的改造效果。

此次改造沿用了原平台安全、适用的功能，复用了质量安全可靠、复用工程量小的电气设备，更换了众多压载系统等核心关键设备和火气探测系统等成熟的国产设备，有效保证了生活楼改造工程如期、顺利完工，预计节省投资额数百万元，同时能降低平台后期的维护成本。