半潜式平台绝热系统应用与分析.pdf

1.-15-第11期半潜式平台绝热系统应用与分析李祥民崔峰瑞辛培刚许东齐国庆（海洋石油工程星（青岛）不有限公司，山东青岛2 6 6 52 0）摘要深水半潜平台是我国走向深海的标志性装备，其中油田和气田的工艺管线绝热防火，是确保半潜平台生产工艺安全平稳运行的必要条件。本文以深水半潜平台的绝热防火设计施工为例，介绍和分析了该类型平台的绝热及防火复合设计，为后续同类型项目提供了参考。【关键词】深水；半潜式；绝热；防火；泡沫玻璃1引言对于深水半潜平台，由于其所处环境温差大、高湿高盐、工艺温度要求严格，其绝热系统的稳定性和耐久性显得尤为重要。同时为保证工艺管线在极端条件下的安全性，在绝热需求的同时，需要复合防火材料，其设计方案和施工工艺需要再确保复合规范的前提下确保可行性。本论文以某大型半潜式平台为例，从绝热及防火设计方案、施工工艺、过程控制等方面对绝热和防火方案进行应用分析。2绝热类型分类2.1保热为保证工艺管线介质的正常工作温度，一般使用保温材料对管线进行包裹，确保热损失在计算允许的范围内来保证介质温度。通常来讲，介质温度高于环境温度，且需要保持该温度不变的情况下才需要保热。在特殊工况下需要靠加热来确保介质温度时，多通过管线表面的电伴热或者蒸汽伴热来实现，同时需要伴热的管线一定需要保温材料来减少热损失。在本半潜平台中，保热系统主要有工艺流体系统、凝析气系统、火炬放空系统、燃料气系统、加热介质系统、天然气系统、闭式排放系统，其中燃料气系统的一部分管线为电伴热保热。2.2保冷如果管线内介质工艺温度低于环境温度，且需要保持介质的温度时，此时就需要保冷材料对管线进行包裹。当介质温度低于环境的露点和冰点温度时，也需要进行保冷，避免管道表面结露，结冰对平台结构或者装置的操作造成潜在的安全风险。在本半潜平台中，冷却水系统部分管线需要防冷凝，天然气系统和凝析气系统部分管线需要保冷。2.3人身防护当管线的温度超过6 0 时，但工艺上并没有要求保持介质温度时，人员接触裸露的管线时会被高温烫伤，一般对于此类管线位于通道、检修或操作区域等位置时，需要设置人身防护来避免烫伤。本半潜平台中，加热介质系统、大气放空系统、工艺油系统、三甘醇系统、乙二醇系统等需要人参防护。2.4防火复合对于既需要保温保冷，又需要防火的管线，则需要在保温材料安装完毕后进行防火材料的敷设来确保防火复合保温的双重效果。工艺流体系统、天然气系统、火炬放空系统、凝析气系统部分管线需要防火复合。3绝热材料半潜平台使用的绝热材料一般分为三大类，第一类为常见的软质绝热材料，代表性的产品有岩棉、玻璃棉、陶瓷棉、橡塑海绵等，此类材料多为柔软的毯状或成型的管状材料，预制和安装较为方便，辅助材料要求较少，施工效率比较高，多用于保热和防冷凝。第二类为硬质的绝热材料，代表性的产品作者简介：李祥民（19 8 8-），男，山东安丘，高级工程师，机械设计制造及其自动化，管道设备防腐绝热方向。-16-2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备有聚异氰脲酸脂、泡沫玻璃、硅酸钙、膨胀珍珠岩等，此类材料多为硬质材料，需要提前将产品预制成与管线匹配的尺寸，然后才能安装到管线上，辅助材料要求较多，施工效率较低，多用于保冷或者防火复合。第三类为新型绝热材料，代表性的产品如气凝胶等，由于其导热系数性能优异，一般用于空间受限的位置，由于新型绝热材料的成本较高，一般不会普遍应用在项目所有的绝热施工上。4绝热方案设计4.1保热方案设计半潜平台中的保热系统的构成如图1，一般岩棉或玻璃棉使用不锈钢绑带或不锈钢丝进行固定，来确保岩棉的对接缝保持紧密，绑带或铁丝的间距在30 0 50 0 mm，确保岩棉或玻璃棉对接缝的紧密。一般岩棉管壳的长度为1m，在两岩棉管壳的对接时，需要将纵缝错开至少50 mm，避免缝隙连续贯通整个保温系统。由于半潜平台的恶劣的高湿高盐环境，一般外护材料选择不锈钢板耐腐蚀和机械冲击，厚度根据管径可以选择0.4 0.6 mm。不锈钢外护需要再纵缝和环缝都进行至少50 mm的搭接来保证冷热交替环境下的水密性。同时，外护的所有接缝位置都需要使用金属密封胶进行密封，以防止海洋环境下的水汽进入，造成保温下腐蚀。绑带绑带5外护外护搭接岩棉/玻璃棉普道错缝图1保热方案设计4.2保冷方案设计半潜平台中的保冷系统的构成如图2，在保冷系统中，严防水汽进入系统内部是系统方案设计和施工工艺的关键环节。泡沫玻璃一般为二分管壳，或者等分弧板的形式，在进行泡沫玻璃安装时，需要在所有的泡沫玻璃对接缝位置涂抹低温密封胶，密封胶具有不固化，气密性好，性能稳定等多种特点，对于保冷方案来说是一种关键材料。同时泡沫玻璃在安装时，应对泡沫玻璃对接缝进行至少7 5mm的错缝处理，以避免对接连续缝贯通整个保冷系统。一般使用不锈钢绑带来对泡沫玻璃进行固定，间距30 0 4 0 0 mm左右，确保泡沫玻璃紧固不留缝隙。在泡沫玻璃安装完毕后，为避免热胀冷缩可能使泡沫玻璃产生缝隙，额外一层防潮层需要敷设在泡沫玻璃表面，作为保冷的第二道屏障。一般防潮层材料有两类，一类为自粘性防潮卷材，沥青基或者丁基橡胶复合铝箔；另一类为防潮胶泥配合加强网格布使用。该半潜平台使用的是防潮胶泥配合网格布方案，虽然施工效率偏低，但其固化之后的防水防潮效果要明显优于自粘性防潮卷材。与保热系统相同，最外层仍需要安装不锈钢外护并进行固定，来防止机械冲击和水汽直接进入，是保冷系统防水的第一道屏障。外护密封胶防潮层绑带泡沫玻璃管道图2 保冷方案设计4.3人身防护方案设计人防设计一般有两种方案，常规设计为人防网形式，即在管线表面再敷设一层金属网笼，避免人员接触到高温表面，如图3。另外一种形式与保热系统相同，通过保温材料将表面温度降低，本半潜平台中采用的就是与保热系统相同的方案。4.4防火复合方案设计防火复合方案的设计一般要结合防火涂料的证书进行设计，对于喷射火和池火等不同等级的火焰李祥民等半潜式平系统应用与分析第11期支撑环金属网图3人身防护方案设计形式，一般防火产品都有对应的经过第三方耐火试验的方案，保热或保冷需要结合防火产品的试验方案进行设计，本半潜平台采用的是PPG的防火涂料，结合其方案，保热或保冷采用了泡沫玻璃和不锈钢绑带或玻璃纤维胶带固定，外层增加一层镀锌铁丝网用于防火涂料的敷设。防火涂料在施工时会将镀锌网嵌入到材料中，在泡沫玻璃表面形成一层坚硬的密封层，因此对于防火复合的管线，不再需要防潮层和不锈钢外护材料，如图4。镀锌网防火涂料泡沫玻璃管道绑带密封胶图4 防火复合方案设计5绝热施工工艺绝热方案的设计一般仅限于直管的材料安装、填充、固定等方案，对于施工阶段，往往要面对更为具体的和复杂曲面的安装，因此需要针对特殊形式位置进行施工工艺的确定。5.1弯头工艺方案由于绝热材料一般为毯类或圆柱状管壳材料，而弯头一般为曲率半径为1.5D的弯管，因此需要对绝热材料进行相应放样或二次切割处理，才能使绝热材料贴合弯管。其中对于软质材料如保温毯类，需要进行放样切割处理，来匹配弯头曲面，如图5为一种弯头尺寸对应的放样方案，可以根据弯头尺寸进行每节的放样。082LOZL6图5弯头放样施工方案而对于硬质绝热材料，则需要先加工成型管壳材料，再进行管壳二次切割形成弯头节，然后可以将多片弯头节安装到管线表面，如图6，弯头的节数一般根据弯头的尺寸变大而增加数量。弯头片绑带管道密封胶图6 石硬质绝热材料弯头施工方案5.2三通工艺方案三通一般分为等径或缩径三通，对于三通的施工工艺方案关键在于三通的相贯线位置，对于保温毯类相贯线的处理一般采用放样方案，如图7。28.ZSO4品图7 三通放样施工方案-18-2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备对于硬质绝热材料，需要再相贯线位置分别处理水平位置的管壳和竖直位置的管壳，使其对接并使用密封胶或粘接胶进行密封或粘接，使用绑带进行泡沫玻璃的固定即可，安装方案如图8。泡沫玻璃绑带三通密封胶图8硬质绝热材料三通施工方案5.3其他工艺方案除了典型的弯头和三通之外，还有例如法兰、阀门、变径、管帽等其他的特殊类型管件，需要根据实际的测量尺寸进行外形和放样的设计，配合粘接剂施工匹配外形。6半潜平台绝热方案分析和展望由于半潜平台服务周期长，30 年不进坞，因此在进行绝热方案设计时，应充分考虑管线介质的操作温度，尤其在低温管线上，应尽量将稳定性好的闭孔硬质绝热材料作为首选，因为闭孔硬质保温材料在吸水率、蒸汽渗透率、导热系数、抗压强度和防火性能等指标上都有着十分优异的表现。本半潜平台选择的泡沫玻璃是一种无机材料，可靠性远远高于其他高分子绝热材料。而海洋环境下带来的腐蚀风险也会变得非常高，外护材料的首选为不锈钢，同时外护密封胶的使用也应该更加严格，抗紫外线老化性能、防水密封性能、稳定后的柔韧性等都要进行严格要求，避免外护密封胶的老化、脱落、开裂等引起的雨水进入。对于保热系统，由于温度较高，时保温下腐蚀的高发系统，因此对于岩棉、矿物棉等材料的疏水性能、氯离子含量、PH值等指标都需要严格要求，要充分考虑水分进入保热系统后的排水设计和外护施工工艺方案的选择。在未来项目中，疏水类岩棉、硬质无机绝热材料以及气凝胶等新型绝热产品，将会成为半潜平台的绝热首选材料。收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 1修回日期：2 0 2 3-0 9-30石油和化工设备列人国家新闻出版广电总局首批学术期刊认定名单2015年10 月2 0 日，我刊收到国家新闻出版广电总局新出报刊2 0 15 6 2 5号文件，正式通知石油和化工设备为中国石油和化学工业联合会主管的首批学术期刊。2014年12 月9 日，国家新闻出版广电总局在其官方网站上正式公布了首批学术期刊认定名单，其中石油和化工设备列12 17#（排名不分先后）。此前，为严格学术期刊出版资质，优化学术期刊出版环境，促进学术期刊健康发展，新闻出版广电总局于2 0 14 年4 月先后发布关于规范学术期刊出版秩序促进学术期刊健康发展的通知关于开展学术期刊认定及清理工作的通知，经各省、区、市新闻出版广电局、中央期刊主管单位初审上报，新闻出版广电总局组织有关专家严格审定，确定了首批学术期刊认定名单，2 0 14 年11月18 日至2 4 日在总局网站进行了公示（共57 56 种），2 0 14 年12 月9 日公布正式名单（共57 37 种）。（本刊编辑部）