文献综述1 ^) y( D) ^2 ~6 j) [1 p' g+ u
建筑环境与设备工程6 {/ g, c e0 A1 y
自升式海洋平台海水提升系统综合设计
& M2 u `7 Y' o( b; Y. Q+ }1 引言- u. g, l. c2 m# S. M
众所周知,海洋中生存着千百万种的海洋生物,包括各种各样的微生物、海洋植物和海生生物。这些生物中有上千种会给海洋设施带来危害,特别是在海下3~40米处的海水层,更是海洋附着生物生存繁殖的天堂,对于海洋平台,它们就会随着海水的取用,附着于平台各个用水管系中,并分泌出酸性物质,造成管路堵塞与腐蚀,直接影响着平台的生产、生活正常运行。
" S& I0 {7 l7 g3 _% U) F" n在海洋平台海水提升系统综合设计过程中,为达到节能降耗目的,将以往的大型风冷机组全部改设为海水冷却,这些设备包括四台主发电柴油机组、一台中央空调机组和一台冷冻机组,要求海水管系所供应的海水清洁无污,任何一条管系若发生堵塞,都可能严重影响到冷却机组正常生产工作,甚至造成平台停产,因此,本平台的防海生物系统设置显得尤为关键。 x* q0 u) ^+ Y8 m/ \" w
2 常用防海生物的方式/ \ a: @% d6 F- k9 p$ i! I1 i/ W4 j
通常防海生物的方法有三种,包括机械法、物理法及化学法:
% o* g/ ], a0 E: R0 q; c$ |(1)机械法,即为定期对海洋设施进行机械清洗的方式。
% y/ L7 N5 @; V3 f: b! F7 O6 N(2)物理法包括:①电解法,②超声波法,③辐射法。
4 v' N4 P; z4 `' L4 d; Q( o8 c(3)化学法包括:①通氯气,即用氯气来毒杀海生物的方式;②低表面能材料,在需保护层面覆盖一层低表面能材料,使海生物不宜附着于表面上;③保护涂层,即用保护涂层防污(涂料中添加有杀生剂、防霉剂等海生物毒素)[1]。6 o9 [% @" ^- T3 k
上述三种方法中,机械法在海上操作不易进行,且耗资较多;化学法对水资源污染严重,且水源不能充分利用,而物理法能有效弥补以上两种方法的缺陷,因此,在实际操作过程中,采用较多的是物理法中的电解法,该方式又主要分为电解海水法和电解铜、铝法。
/ ^& t* f, B% x/ |% Q2 q/ T; C8 m+ z 3电解法原理及特点
" c7 f( {3 p9 L' Z3.1 电解海水防海生物法0 B/ x$ b5 V6 a; D+ I. [5 I; j
电解海水法,即通过电解海水来达到防海生物目的。海水中含量最多的是以氯化钠为主的盐类物质,其中氯离子在海水中含量最高,其浓度占19%左右,氯化钠与氯化镁占总盐度88.7%左右。电解海水防海生物装置采用镀铂钛电极或特制的电极将海水电解,产生次氯化钠、次氯酸及氯气,这些强氧化剂可杀死海生物的幼虫及孢子,达到防污染目的[2]。
- u: O+ D0 N/ h0 `) |$ q( T7 W电解海水防海生物装置不仅具有安全可靠,防污彻底,而且具有对环境无污染特点。但在电解过程中,会产生大量的氢气、氢氧化镁、碳酸钙等电解副产物。其中氢气是易燃气体,而氢氧化镁、碳酸钙等电解副产物经过长时间的积累会附着或聚集在电解槽内部,阻塞电解槽,甚至造成电源烧毁。根据《2005海上移动平台入级与建造规范》第三章第八节中3.8.2.4条规定:“具有阴极保护的舱柜,应在其前、后端设置空气管”,在使用过程中,需要对氢气进行安全排放,并定期清洁电解槽内部,以此来保证使用的安全性。因而,对石油海洋平台,尤其应该注意其安全使用,以防因氢气排放不当而引起着火、爆炸等危险。
3 ~- k; z, m: ~3.2 电解铜、铝防海生物法
% q( V, Z) I0 `+ r3 q: E电解铜、铝防海生物法,即采用电解铜、铝方式来进行海水防污处理。其工作原理是利用电解铜铝所产生的有毒物质Cu2O和絮状载体Al(OH)3,随着海水流动分布并附着于海底门和海水管路的内壁上,有效抑制海生物的栖息和生长。在海水进入平台入口处安装防海生物阳极和防腐蚀阳极,通电进行电解,产生防海生物离子和防腐蚀Ⅱ型离子,形成电解液,再由海水泵抽出,分布到整个海水冷却管系中,达到既防止海生物附着又防止管系腐蚀的目的。. }' L& L7 v4 O, K4 j. e% s6 ?
电解铜、铝防海生物装置又可分为直接式电解铜、铝防海生物装置与间接式电解铜、铝防海生物装置。8 n8 q e4 U3 N+ ^8 f' x
(1)直接式电解铜、铝防海生物装置将电解阳极直接安装在海水过滤器或海水管路,电解产生铜离子和氢氧化铝直接混合在海水中。该装置具有结构简单、安装方便、成本低等特点,不需要专门的摆放空间。
) B1 a8 Z8 d' _(2)间接式电解铜、铝防海生物装置是将电解槽内的铜铝阳极进行电解,电解所产生的铜离子和氢氧化铝被抽送进入海水管路。该装置具有处理量大,耗电量小,可随时更换阳极
" `* C( L8 W6 Z 的特点[2]。
- X m( c- b7 h( `! h3 R+ [) X5 ~4海洋平台技术的未来发展/ n8 A9 ^) g9 ^7 y' x8 M
深海开采是未来热点近年来,世界上取得的重大油气发现大部分在海上,尤其是深海。目前,海上油气勘探开发向深海转移的趋势十分明显,深海水域将是未来全世界油气战略接替的主要区域,深海油藏的勘探开发已成为世界主要石油公司的投资热点。国内方面目前中国海上油田开发基本上是在滩海、浅海和近海区域,目前一般行业深度限制在为400 m 以内的常规水深范围。而我国300 m水深以上的海域有153 万平方公里,目前只勘探了16 万平方公里,尚有90%还没有勘探,所以,未来深海油气开发将成为中国海洋油气的主战场。根据中海油的规划,我国2008 年海洋油气产量达4 000 万方油当量,2010 年油气产量将达5 000~5 500万方油当量,意味着年均超过10%的复合增长率。国际方面世界著名的海洋油气工程研究咨询机构道格拉斯-威斯伍德公司(DW 公司)指出,未来5 年全球海洋油气工业将投资1 890 亿美元在遍及全球的海洋上建立15 000 个油气勘探和开采井,其中有4 500 个勘探井,投资750 亿美元;10 500 个开采井,投资1 140 亿美元。其中的深海水域将是未来各国大力开发的方向,预测深海海洋平台的投资支出增长率将达到38%,浅海海洋平台的增长率将达到14%,未来5 年,深海海洋平台的投资将达到1 520 亿美元。" h5 I( c0 H j, X$ }: X
深海开采设备是研发方向目前全球约有100 家公司从事海上钻井,其中海上钻井承包商约90 家,其余为国家石油公司或国际石油公司。随着深海勘探开发力度的增加,有些公司看好深海钻井承包市场,通过新建半潜式钻井平台或钻井船跻身深海钻井承包商行列。在这些公司中,目前拥有半潜式钻井平台或钻井船的只有33 家,而真正从事深海钻井的仅有26 家,这其中美国拥有最多,其次是挪威。而中国的深水石油勘探开发尚处在起步阶段,现在我国正准备加快推进对南中国海油气资源的勘探开发工作。由于这一海域水深在500 m 到2 000 m,而我国目前还不具备在这一海域进行油气勘探和生产的能力,因此迫切需要发展深海油气勘探和开采技术,需要大力开发、设计和建造适合深海油气开发的海上钻井平台。
% r4 ` ?$ O: S1 q5 P" Y% j) d6 n 5 总结2 i4 Y* K; k/ r" x' j& `$ G( x
根据海洋平台海水提升系统的发展趋势,在防海生物这一平台,电解铜、铝防海生物装置具有结构简单,耗电量少,无副产物,无需专人管理等优点,有效解决了平台海生物的防污问题,确保了各个动力冷却机组节能降耗目标的实现,同时也完全消除了以往大型机组风动冷却所产生的噪声危害。1 K& m( u- X9 ^( z, I4 ?& h" Z
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