某半潜式平台压载控制系统改造优化设计

欧毅

摘    要：半潜式钻进平台是海洋油气资源开发的主要装备，国内许多半潜式钻井平台已趋于老龄化，需要根据平台实际情况和客户要求进行升级改造。本文根据公司承接修理的某半潜式钻井平台改造项目，介绍压载控制系统改造优化设计情况。

关键词：半潜式钻井平台;压载控制系统;设计优化

中图分类号：U663.31                               文献标识码：A

Retrofit Design and Optimization of Ballast Control System of

Semi-submersible Platform

OU Yi

（ YiuLian Dockyards（Shekou） Co.， Ltd.， Shenzhen 518054 ）

Abstract： Semi-submersible drilling platform is the main equipment for the development of offshore oil and gas resources， and the domestic semi-submersible drilling platform tends to be aging， it needs to be upgraded according to the actual situation and customer requirements. According to a semi-submersible drilling platform retrofit project undertaken by the company， this paper introduces the design for the optimization of the ballast control system.

Key words： Semi-submersible drilling platform; Ballast control system; Retrofit Design; Design optimization

1     前言

该平台的压载系统中，阀门遥控与液位监测系统设备及组件老化严重，频繁出现阀门卡阻、无法遥控、无法开关到位、报警等故障，经船东反复论证，决定进船厂换新。

平台进厂后，我们面临着压载系统密密麻麻的百余根多芯电缆如何拆除等诸多问题。为此，我们组织技术小组提前赴平台勘验，深入研究原船图纸，现场摸查设备的状态、具体位置、电缆走向，将需要改造的内容记录清楚，将复用设备的接线明确到每個接线端子整理成册，并督促船东要求设计公司将示意图精确到施工图，并与设计人员共同优化系统图、设备外形图等。同时，给施工人员技术交底，明确了每个接线箱、每根电缆、每个端子的用途，从而将明确复用的设备、电缆精心做好记号并要求保护性拆除，废弃的设备和电缆可直接进行破坏性拆除，这样既节省时间也节约了大量人工成本，最终使压载系统改造在启动晚、时间赶、难度大的背景下得以顺利完成。

2     项目实施

2.1   编写技术协议

由于该平台压载系统改造项目船东启动较晚，离平台进船厂修理仅一个半月还未提供相关的技术协议和文件，同时我们对平台原有系统、使用习惯、改造预期、重点难点、具体哪些设备可复用也不了解。针对此情况，为了保证平台进厂改造的质量和降低成本，同时考虑今后平台系统功能齐全、方便维护，我们安排设计人员提前介入，和船东一起共同编写阀门遥控及液位遥测系统技术协议，主要内容如下：

（1）电控柜颜色统一为灰白，面板采用深灰色。

（2）系统如果使用PLC，为方便平台备件管理，建议使用西门子S7-1500;PLC应采用双冗余，每台都包括液位遥测和阀门遥控，任何一台损坏均不影响使用，可互为备用;

（3）协议名称虽为阀门遥控，但应注意其实还有液位遥测功能。

（4）系统图：

① 系统阀控箱、采集箱、压载控制台之间的通讯采用双冗余，任一位置通讯故障，均不影响使用;

② 为节省电缆、控制重量，左、右、中立柱应设置不锈钢信号采集箱，安装位置满足规范要求。该采集箱至少能采集如下信号：泵舱的阀控、泵舱阀位置反馈;海水泵、压载泵、钻井水泵、燃油泵、淡水泵、浮子泵进出口压力;4台海水泵、4台压载泵轴承温度;P2/S2立柱压载舱液位;泵舱设备报警。如：防海生物电极公共报警、泵舱污水井高位报警、推进机舱污水井高位报警等;

③ 位于左、右、中立柱水线以上的阀控箱，也应有信号采集功能，且能够收发如下信号：采集海水泵、压载泵电流信号进行显示;4台海水泵、4台压载泵、2台钻井水泵、4台燃油输送泵、4台淡水泵、2台泵舱浮子泵、2台推进机舱浮子泵起停控制及运行指示;

④ 压载控制台应能收发如下信号：消防控制箱的自动启动海水泵、打开海水泵进出口阀的信号，并控制其自动开关。注意不能同时自动打开单侧的两台海水泵（因海水总管受限）;P1/S1立柱压载舱的液位;

⑤ 左、右泵舱潜水泵不由压载系统控制，而由压载控制台上的起停按钮盒控制;

⑥ 左、右2台潜水泵和4台浮子泵启动时，对应的出口阀门应随之打开，停泵时关闭各自对应阀门;

⑦ 盐水泵起停及运行指示，均不在压载系统;

⑧ 系统电制为460 V 60 Hz/120 V 60 Hz。由于压载系统所使用的应急电源只有120 V，不建议使用208 V;

（5）压载显示屏应至少显示如下画面：阀门、泵的开关状态，其显示建议采用四色，即开、关、正在开关、故障;管路的使用状态，使用阀打开连通时绿色，不使用时灰色;按设备功能划分多个界面：左、右泵舱压载泵、阀、管及压载舱液位、容积、吨位;左右钻井水系统泵、阀、管及钻井水舱液位、容积、吨位;左、右海水泵、管及进出口阀+泵舱及推进机舱浮子泵、管、阀;左、右泵舱燃油泵、阀、管及燃油舱液位、容积、吨位;左、右泵舱淡水泵、阀、管及淡水舱、日用水柜液位液位、容积、吨位;四角吃水液位显示;压载舱液位报警;4台海水泵、4台压载泵电流和温度;

（6）每台压载工控机、PLC、I/O模块均应配置UPS，以避免平台电网波动造成设备使用寿命降低;UPS报警应接入压载系统PLC;

（7）压载控制台需配置但不限于如下设备：航行灯板;2台潜水泵启停带运行按钮盒;VMS交换机;4台海水泵急停按钮;PARGE PARTY电话;自动电话;参照原系统，在隐蔽位置设置海水泵、压载泵越控开关;

（8）液压单元报警应提供但不限于下列信号：每台泵准备启动;每台泵运行;每台电机故障;就地控制;低油位报警;低油压报警;高油压&高油温报警;高油位报警;电机负荷;滤器堵塞报警;低低油位报警;液压油压力传感器等。

2.2   整理复用设备及电缆成册

我们与船东一起研究图纸、现场摸排，明确了设备的具体位置、电缆走向与接线，出具了《项目改造相关复用电缆统计清单-阀门遥控与液位监测部分》。经统计，原压载控制系统包括近20台泵及其起动器、150余个阀门执行器、约40个压载舱液位计、40余个泵进出口压力传感器、4台浮子泵各3个浮子信号等。现场信号经40余个接线箱汇集后，通过约150根多芯电力电缆与压载控制台相连。

2.3   压载控制系统图纸优化

2.3.1 压载控制台外形图优化

由于压载控制台较大，预制生活楼分段时需尽早采购提前进舱。原设计的控制台桌面布满电话、按钮盒等设备，控制台内也无大型UPS和工控机等需散热设备，按设计习惯布置的设备及按钮主次不分，门板无散热孔，空间未有效利用。

因此，需对控制台进行优化配置和布置。根据船东要求：将平时基本不用的液压泵站按钮、指示灯等均集成在电脑组态画面;而事关平台安全的海水泵按钮及指示灯，布置在控制台中央显眼易操作位置，并设置海水泵和压载泵越控、急停旋钮，用硬线直接接至起动器。当工控机、光纤通讯、起停按/旋钮等故障时，仍可在压载控制台遥控起停，确保平台安全;由于越控旋钮平时不用，将其设置在控制台侧面隐蔽位置。经和船东深入沟通，结合自动化技术的发展现状，重新对控制台进行设计更新优化，确保功能满足规范和使用要求，外形整体也简洁明了。优化后的压载控制台外形，如图1所示。

2.3.2压载控制系统图优化

压载系统由于牵涉大量的阀门及泵类控制、液位遥测电缆及设备复用，施工难度大。由于设计院通常是按照全新系统、设备进行设计，对该平台这种存在大量复用设备的项目改造流程及具体细节并不熟悉。如：图纸没有标注复用设备具体的安装位置，电缆走向就没法确定，难免出现复用电缆的长度不够的情况，无法据图施工;信号类型不明确，信号采集模块也无法选型。

因此，我们根据与船东一起拟定的《项目改造相关复用电缆统计清单-阀门遥控与液位监测部分》要求，并兼顾规范要求和现场实际勘验情况，共同商定提出在左中、右中立柱水线以上分别设置一个集中液压泵站和一个阀控箱兼信号采集箱。原船接入压载控制台的左、右、中、尾立柱及沉箱内的泵类、阀门控制信号及传感器的电缆在水线以上位置截断接入新加的采集箱，其它离生活楼较近的信号线直接接入生活楼内新的压载控制台;阀控箱具备阀门遥控功能，当压载控制台出现故障时，可通过阀控箱遥控阀门和立柱内的左、右分控站与压载控制台内的总站，通过双冗余光纤通讯连接。优化后的控制系统图，如图2所示。

2.4   压载控制系统改造施工与调试

2.4.1改造施工

压载控制系统改造由于复用设备、传感器、电缆等较多，施工难度较新造困难得多，施工周期也非常的紧。施工中既要保证进度，又要确保在施工中保护复用设备和电缆不被损坏，因此对于施工人员的责任心要求更强，必须做好施工前充分的准备工作。

（1）施工前准备工作

按照复用清单要求，对所有施工领班和工人做好技术交底，指明施工方向;

（2）施工流程

为避免复用电缆及电气设备损坏，施工前要对压载系统复用清单进行现场检查，理清复用设备及电缆实际情况判断是否能用，并且做好相应清册;对于确定能用的复用设备与电缆，在拆除前做好标记和防护;对于不需移位的复用设备和电缆，做好保护措施;

（3）施工關键节点

平台压载系统与其他消防系统、海水冷却系统相连通，一旦开始拆除压载系统，其他系统就会受到影响。为确保平台安全，压载系统务必在平台靠码头锚链全部放完、平台调平、与其他系统相连的隔离阀门关闭上锁、头道阀门和各压载舱室阀门关闭上锁后，再开始动工拆除;明确压载舱室有水的水舱，避免漏水安全隐患，务必在进坞、舱室排水干净后才能进行施工。因此，平台靠码头、放锚链、系统阀门上锁、进坞、舱室排水等关键节点应提前策划，防止出错而导致安全事故及工期延误。

通过以上措施，可节约后期查线人工成本约25%，节约调试周期约20%，并且有利于控制工期，防止出错而导致安全事故。

2.4.2 压载控制系统调试

压载控制系统调试比较繁琐，调试前要做好相关的检查工作：

（1）系统完工的外观检查报检;

（2）系统接线对线报检，保证整个系统的电源、控制、信号电缆接线正确;

（3）压载控制系统调试的难点是压载液位计调试，它涉及30多个液舱都需要进舱测量传感器盲区高度，在确保传感器测试无问题后，再封舱注水。

3    压载控制系统改造后的使用情况

新压载控制系统改造完成交付使用后，其运行稳定可靠、故障率低，彻底扭转了以前平台工程师频繁处理压载系统故障的局面。控制台及其组态界面布局合理，操作方便，上手快，受到了船东好评。

新压载控制台外形，如图3所示。

4     总结

本次压载控制系统的改造，通过提前介入、充分和船东沟通、积极参与设计，保证了施工顺畅;严格控制关键节点，高效、高质量、按期改造完成。粗略估算，不但为公司节省了成本几十万元，且大大降低了船东后期维护保养的投入，也积累了丰富的海工项目改造经验。

参考文献

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[2] 金国鹏， 孙锋， 李苗苗. 12万吨浮船坞压载控制系统电气设计分析[J].科技致富向导， 2012（11）.

[3] 李玮. 船舶压载监控系统的设计与应用[J]. 舰船工程研究， 2006.