李庆涛

(中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100028)



海洋平台仪表气系统设计与研究

李庆涛

(中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100028)

对典型海洋平台空压机系统的设计进行了分析，详细介绍了仪表气处理流程和空压机系统组成。结合渤海湾某海洋平台设计项目，对海洋平台仪表气总耗气量计算方法进行了详述和总结。平台实际运行结果表明： 仪表气系统设计合理，选型正确。

气动仪表仪表气空压机耗气量

Abstracts： The design of air compressor system used on typical offshore platforms is studied. The process of instrument air treatment and composition of air compressor system are introduced in detail. Combined with design of one offshore platform in Bohai Bay， the calculation method of total instrument air consumption on offshore platform is described and summarized in detail. The practical operation results indicates the design of instrument air system is reasonable and type selection is right.

气动仪表由于具有结构简单，输出推力大，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在电力、化工、炼油及海洋平台等对安全要求较高的生产过程中得到广泛应用。

1　典型海洋平台空压机系统组成及工艺流程

空压机系统是海洋平台上最重要的辅助生产设施之一，为平台提供生产用气和仪表供气，如固井、吹扫、气动隔膜泵、汽笛、防火风闸、井口控制盘、各种气动阀门以及发电机的起动等，都离不开空压机产生的高品质压缩空气。

由于仪表气与平台安全息息相关，为了保证不间断供气，通常会采用“一用一备”的设计思路来配备空压机和空冷器等。空压机的取风口应当设置在空气温度尽可能低的地方，并尽可能地避开有害气体及粉尘多的场所，通常在取风口安装有毒气体探测器和可燃气探测器以防止空压机吸入有毒气体和可燃气体。空压机系统的结构组成及主要工艺流程如图1所示，取风口安装了入口过滤器，以滤掉灰尘和其他固体颗粒。空压机的吸入口应加装过滤器，以过滤掉灰尘和其他固体颗粒，保证进入空压机的气体足够清洁。

空气经空压机压缩后应当使用空冷器进行冷却，冷却后再次用过滤器进行过滤，以除去空气中的水和油的蒸气，减轻后面干燥器的工作负荷。此时，过滤后的空气便称为公用气，公用气存储在公用气储罐。通常情况下，公用气的出口气压取1000kPa(G)。公用气与普通空气相比已经比较清洁，可以直接应用在对气源质量要求相对不高的场合。海洋平台的公用气用户主要有固井作业、平台吹扫、气动隔膜泵和气动机具等。

公用气顺序经过仪表气前置过滤器的过滤、干燥器的干燥和仪表气后置过滤器的过滤后，才是符合标准规范要求的合格仪表气，直接为气动仪表供气。仪表气的出口气压通常取750kPa(G)。海洋平台的仪表气的用户主要有控制阀、关断阀、井口控制盘和防火风闸等设备。

空压机系统通常为成橇设备。一个成橇的空压机系统包括空压机入口过滤器、空压机、空冷器、空压机出口过滤器、公用气储罐、仪表气前过滤器、仪表气干燥器、仪表气后过滤器和仪表气储罐等主要设备及配电柜、控制柜和显示屏[1]。

空压机系统通常采用1套PLC控制系统来实现自动控制，实现空压机系统的无人值守、自动启停控制、显示橇内设备的各种综合故障报警、空压机主备机定期轮换；同时也可上传所有设备的状态信号到平台的中心控制系统，实现远程启停控制、紧急关断等控制功能。空压机系统的现场仪表主要包括压力变送器、露点变送器和差压变送器。

图1　空压机系统(橇)的结构组成及主要工艺流程示意

2　空压机系统设计容量的计算

空压机系统的设计容量取决于仪表总耗气量的大小。通常仪表的耗气量为操作状态下(140kPa(G)，20℃)的稳态数据，计算耗气量时应按下式换算为标准状态(101.33kPa(G)，20℃)[2-3]：

qVs=KqV0

(1)

式中：qVs——标准状态下的稳态耗气量，m3/h；qV0——操作状态下的稳态耗气量，m3/h；K——修正系数，取值为1.54。

空压机系统设计容量按下式计算：

qVd=(K1+K2)∑qVs

(2)

式中：qVd——标准状态下空压机系统的设计容量， m3/h；∑qVs——各类气动仪表标准状态下的稳态耗气量总和,m3/h；K1——供气管网系统的泄漏系数，通常取0.1～0.3；K2——考虑瞬时耗气量的修正系数，通常取2。

海洋平台气动仪表总耗气量的计算，根据实际经验，通常参照如下方式[2-3]：

1) 控制阀耗气量按每台1m3/h(标)计算(超大口径的控制阀，可按每台2m3/h(标)计算)。

2) 关断阀耗气量按每台0.5m3/h(标)计算(超大口径的关断阀，可按每台1m3/h(标)计算)。

3) 井口控制盘按每面1m3/h(标)计算(井口数较多时，可按每面2m3/h(标)计算)。

4) 防火风闸的耗气量较小，通常整个平台风闸的耗气量按1m3/h(标)计算。

渤海湾某海洋平台的现场气动仪表耗气量的计算见表1，表2所列。从表1可以看出，该海洋平台有气动控制阀35个，气动关断阀44个，井口控制盘3面，防火风闸40个。按照上述单体耗气量经验法配额来计算汇总耗气量，由于该平台不涉及较大尺寸控制阀和关断阀，其单体耗气量(标准状态下)分别按1m3/h和0.5m3/h来计算。表2的汇总计算方式分为连续耗气量汇总和启动瞬时耗气量汇总。在空压机系统容量设计时，最大耗气量取启动瞬时耗气量总和，为61 m3/h。

将现场气动仪表最大耗气量(标准状态下)61m3/h代入式(2)，管网泄漏系数取0.1，便可计算出该海洋平台空压机系统设计容量(标准状态下)为128m3/h。在空压机系统选型时通常还要再留20%的余量，所以最后空压机系统的容量(标准状态)取154m3/h。

表1　某海洋平台现场气动仪表耗气量计算(标准状态)

表2　某海洋平台现场气动仪表耗气量汇总(标准状态)　m3/h

3　结束语

空压机设计容量、仪表气罐体积和公用气罐体积是海洋平台空压机选型的关键指标。这3个关键指标均由气动仪表的总耗气量确定，所以气动仪表的总耗气量计算是海洋平台空压机系统选型中最重要的一个环节。计算出了仪表总耗气量便可根据公式计算出整个空压机系统的设计容量、仪表气罐体积和公用气罐体积，从而可以选择出合适的空压机尺寸和型号。该平台自投产以来，空压机系统运行平稳，结果表明文中空压机选型计算方法正确合理。

[1]王忠焕，童飚.空压机橇在海洋石油平台上的应用[J].通用机械，2012(12)： 58-60.

[2]杨晨，王同尧，严春明，等．SH/T 3020—2013石油化工仪表供气设计规范[S]．北京： 中国石化出版社，2014： 1-18．

[3]杜彧，张晋红，贺润鸿．HG/T 20510—2014 仪表供气设计规范[S]．北京： 中国计划出版社，2014： 1-26．

[4]王广庆，王晶.海洋石油平台的仪表供气系统[J].中国造船，2009， 50 (11)： 784-788.

Design and Study of Instrument Air System on Offshore Platform

Li Qingtao

(CNPC Offshore Engineering Company Limited， Beijing，100028， China)

pneumatic instrument；instrument air；air compressor；air consumption

李庆涛(1983—)，男，山东菏泽人，2008年毕业于中国科学院自动化研究所控制理论与控制工程专业，获硕士学位，现就职于中国石油集团海洋工程有限公司，从事海洋平台自动化仪表设计工作，任工程师。

工程设计及标准

TE953

B

1007-7324(2016)04-0005-02

稿件收到日期： 2016-03-10。