1、东海科学技术学院毕业论文 摘要 2 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 25 米水深自升式修井平台蒸气系统 学 院： 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 东海科学技术学院毕业论文 摘要 3 目 录 摘要 . 4 1 前言 . 6 1.1 海洋平台简介 . 7 1.2 自升式钻井平台 . 7 1.3 论文研究工作的目的和意义 . 8 2 锅炉系统的组成，工作原理及安全规范 . 10 2.1 锅炉系统设计 . 10 2.2 锅炉给水系统的作用与原理 . 12 2.3 船舶锅炉装置的检查 . 17 3 平台蒸汽管道系统 . 20 3.1 平台蒸汽管道系统构成
2、 . 20 3.2 蒸汽管道系统的一般规定 . 21 3.3 蒸汽管道仿真设计 . 23 4 蒸汽管系主要配件及规范 . 28 4.1 减压阀 . 28 4.2 截止阀 . 31 4.3 截止止回阀 . 34 5 平台蒸汽耗量计算 . 37 5.1 平台取暖系统 . 37 5.2 平台加热器 . 38 5.3 舱柜加热的蒸汽耗量 . 38 5.4 舱柜保温的蒸汽耗量 . 40 5.5 平台空调的蒸汽耗量 . 40 5.6 组装式热水柜 蒸汽 耗量 . 41 6 总结 . 43 参考文献 . 44 致谢词 . 45 东海科学技术学院毕业论文 摘要 4 25 米水深自升式修井平台蒸气系统 摘要 我
3、国多使用 自升式钻井平台 ,由于其定位能力强且作业稳定性好 ,在大陆架的勘探开发中居主力军地位 ，而蒸气系统的节能以及环保等诸多优点，自升式钻井平台的动力系统主要采用蒸气动力系统。 本文采用 2 台蒸气燃油锅炉（蒸气发生器）设在锅炉舱内，锅炉额定蒸发量 2t/h，工作压力0.7MPa。锅炉产生的蒸气减压后经蒸气分配器至以下各处：淡水舱、生活污水舱、液压站、泥浆汞舱、热水柜、污油柜、中央空调、大气冷凝器等。 关键词 蒸气系统；大气冷凝 系统；减压阀；蒸汽管系； ANSYS 东海科学技术学院毕业论文 摘要 5 Jack-up drilling platform of marine life ste
4、am system design Abstract Our Country to use more Jack-up drilling platform， Because of its positioning apabilityAnd work stability ， Continental shelf exploration and development in the main force in the home position， The steam system energy saving and environmental protection and many other advan
5、tages， Jack-up drilling platforms, power system mainly uses steam power system。 In this paper, two steam oil-fired boiler (steam generator) is located in the boiler chamber， boiler rated evaporation 2t / h， working pressure 0.7Mpa。 boiler steam generated by steam distributor after decompression to t
6、he following throughout， Fresh water tank、 Sewage tank、Hydraulic Station、 Mercury capsule slurry、 Water cabinet、 Waste oil container、Central air conditioning、 Air condenserEtc. Keywords Steam System； Air condensation system； reducing valve; pipeline system;ANSYS东海科学技术学院毕业论文 正文 6 1 前言 未来的油气能源将继续在世界能源
7、需求中占据主导地位，海洋石油已成为未来世界石油开采的主要来源。在面临世界各国对人类共同拥有的深海资源激烈竞争的形势下，须高度重视对深海平台 技术的研究。目前主要投入使用的海洋平台主要有四种：张力腿平台，半潜式平台，浮式平台，单柱式平台（ spar）。近年来我国虽然在海洋平台建造及技术研究方面做了大量工作，并取得了可喜的成绩，但就海洋装备技术实力和技术水平而言，我国与发达国家之间还存在着很大的差距。因此，我国必须加快科研步伐，早日步入世界海洋石油装备强国行列。 目前，世界石油工业正面临着极大的挑战。全球油气储量增长乏力，远远无法弥补每年的产量。然而全球的油气消耗量仍将以较快的速度增长。根据国际能
8、源署发布的世界能源展望预测，世界石油需求在 2030 年之前将保持年均 1.6的增长，到 2030 年达到 57.69亿吨。天然气需求在 2030 年之前将保持年均 2.4的增长，到 2030 年达到 42.03 亿吨油当量。未来的油气能源将继续在世界能源需求中占据主导地位，到 2030 年油气需求将占世界能源总需求的 65。天然气资源估计将在 2015 年超过煤炭资源成为第二大能源种类随着陆上石油资源的日渐枯竭，海洋石油已成为未来世界石油开采的主要来源随着中国经济的发展，特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展，石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。我国从 1993 年开始， 原油供应
9、满足不了市场需求，因而从石油出口国变为石油进口国。 己探明的世界海洋石油储量的 80以上在水深 500m 以内，而全部海洋面积的 90以上水深在 200 一 6000m 之间，因而大量的海域而积有待探明。此外，世界上除了少数海域以外，大部分地区的近海油气资源己口趋减少，向深海发展己成必然趋势，深海平台技术己成为国际海洋工程界的一个热点，进行了大量的研究，新的深海平台结构不断涌现。我国拥有300 万 km2 的海疆，深海油气资源十分丰富。然而，目前油气资源开发主要是在 200m 水深以下的海域，深海平台技术的研究尚处于起 步阶段，在面临世界各国对人类共同拥有的深海资源激烈竞争的形势下，须高度重视
10、对深海平台技术的研究。 深水油气勘探正成为油气勘探开发的热点领域，虽然技术难度大，风险大，但投资回报率高，且相关技术日趋成熟，成本不断降低，近年来不断取得的深水油气发现，己成为全球油气增长的重要一极我国海洋油气勘探开发业务起步晚深海油气开发技术与国外先进技术存在很大的差距。目前，我国深水钻探的最大水深只有 505m，已开发深海油气田的最大水深只有 333m，铺管最大水深只有 30 米。我国深水油气勘探开发的装备和技术都很欠缺甚至是空白，深 水区域特殊的自然环境和复杂的油气储存条件将使我国深水油气开发在钻探、开发工程、建造等方面面临诸多技术难题。技术上的巨大差距是我国深水油气田开发面临的最大挑战
11、此外，我国南海海域与周边 8 个国家存在领土争议，这些国家与西方石油公司合作，已经发现了 100多了油气田，每年开采 t 达到 3000 万到 50 亿万吨，而我国在南沙海域还没有建过一个平台。随着国民经济的高速发展，能源缺口和对外依存度也越来越大鉴于国内外的形势，鱼需开发我国海域特别是深水区丰的油气资源。 东海科学技术学院毕业论文 正文 7 国外深水油气勘探始于上世纪 70 年代末，经过近 30 年的 勘探，在南美、西非大西洋沿岸、西哥沟、北海、巴伦支海、喀拉海以及东南亚、澳大利亚西北大陆架等海域相继发现了很多大型油气田，其勘探领域已扩展到水深 3000m 的深海区。西哥海、南大西洋两岸的巴
12、西与西非海城己成为世界油气勘探的热点被称为深水油气勘探的金三角，这里集中了当前世界大约已知的深水油气勘探活动。随着深海油田的不断发现石油工业界对开发深海石油的生产处理的兴趣日益增长并且创新了一些适用于深海开发的海上石油生产处理装置。这些海上石油的生产处理装大多为浮式的海上石油生产系统。由于深海的环境条件相对比较恶劣 以及投资成本的加剧人们在降低投资及减少海上结构物的受力等方面做出了不断的努力。虽然深水油气勘探在全球广泛开展并己成为石油公司勘探的热点领域但当前全球深水油气业务主要集中在美国、英国、法国、巴西等国的石油公司手中。 1.1 海洋平台简介 海洋平台是在海洋上进行作业的场所，是海洋石油钻
13、探与生产所需的平台。 海洋平台从功能上分有钻井平台、生产平台、生活服务平台、储油平台等。从型式及原理上分有，桩基式、坐底式、重力式、自升式、半潜式、张力腿式、竖筒平台等多种，桩基式、坐底式、重力式平台用于浅水海域，而从世界范 围来讲浅水海域的海洋油气资源已很有限，各国和石油公司已将目光瞄准深海油田，自升式、半潜式、张力腿式、竖筒式等类型的海洋平台成为目前海洋工程领域的热点。 海上钻井平台分类： （ 1）移动式平台：坐底式平台 自升式平台 钻井船 半潜式平台 张力腿式平台 牵索塔式平台 SPAR （ 2）固定式平台：导管架式平台 重力式平台 世界上第一座海上钻井平台是 1897 年，在美国加利福
14、尼亚海岸，从一只简陋的木筏上开创了石油水下钻探的历史。 1911 年，在美国路易斯安娜和科克萨斯之间的海上，建起了世界上第一座海上钻井平台。海 底油气的开发，开始于 20 世纪初。它的发展经历了从近海到远海、从浅海到深海的过程。受技术条件的限制，最初只能开采从海岸直接向浅海延伸的油气矿藏。 80 年代以来，在能源危机和技术进步的刺激下，近海石油勘探与开发飞速发展，海洋石油开发迅速向大陆架挺进，逐渐形成了崭新的近海石油工业部门。海上钻井平台是实施海底油气勘探和开采的工作基地，它标志着海底油气开发技术的水平。工作人员和物资在平台和陆地间的运输一般通过直升机完成。油气田离炼油厂一般都较远，油气要经过
15、装油站通过船舶运到目的地，或直接由海底管道输送至海岸。 1.2 自升式钻 井平台 由于经济原因，自升式钻井平台开始兴起，滨海钻井承包商们认识到在 40 英尺或更深的水中工作，升降系统的造价比坐底式船要低得多。自升式钻井平台的腿是可以升降的，不钻井时，把腿升高，平台坐到水面，拖船把平台拖到工区，然后使腿下降伸到海底，再加压，平台升到一定高度，脱离潮、浪、涌的影响，得以钻井。 1954 年，第一条自升式钻井船“迪龙一号”问世， 12 个圆柱形桩腿。随后几条自升式钻井平台，皆为多腿式。 1956东海科学技术学院毕业论文 正文 8 年造的“斯考皮号”平台是第一条三腿式的自升式平台，用电动机驱动小齿轮沿
16、桩腿上的齿条升降船体，桩腿为 架式。 1957 年制造的“卡斯二号”是带有沉垫和 4 条圆柱形桩腿的平台。 随着钻井技术的提高，在一个钻井平台上可以打许多口井而钻井平台不必移动，特别是近海的开发井。这样，固定式平台也有发展。固定式平台就是建立永久性钻井平台，大都是钢结构，打桩，然后升出海面；也有些是水泥结构件。至今工作水深最深的固定平台是“ Cognac”，它能站立在路易斯安那州近海 318 米水深处工作。 自升式平台由平台体和可以升降的桩腿组成，作业时桩腿支撑在海底， 一般无自航能力， 平台升起离开水面一定高度，因此只有桩腿受到波浪和海流的作用，受到 的外界负荷较小。自升式平台的作业水深按作
17、业水域的要求确定，但通常不超过 90m。大多数自升式平台是非自航平台。拖航时，平台浮在水面上，桩腿高高升起，此时平台如同一艘驳船，应符合各种规则、规范对非自航船舶在海上拖航时，包括完整稳性和破舱稳性及干舷等各种要求。到达井位后，桩腿下降插入海底，平台升起，进行钻井作业。现今的自升式平台桩腿数为 根或根，深水平台采用条桁架式桩腿。 1953 年美国建成第一座自升式平台，这种平台对水深适应性强，工作稳定性良好，发展较快，约占移动式钻井装置总数的 1 2。我国自行制造的自升式钻 井平台“渤海一号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的，桩腿的高度有七十多米，升降装置是插销式液压控制机构。该型钻井平台造价
18、较低、运移性好、对海底地形的适应性强，因而，我国海上钻井多使用自升式钻井平台。 自升式平台的升降结构主要有两种型式，即液压插销式升降结构和齿轮条式升降结构。自升式平台的布置与其形状有关，三角形平台的井架总是布置在某一边的中部，而生活区布置在与该边相对的角端，直升机平台则设在靠近生活区附近，矩形平台则将井架与生活区布置在相对的两端边处。井架及其底座通常为可移动式，拖航时移至平台中间以减少平台 的纵倾。新型的自升式平台，有的将井架及其底座设置在伸至平台外面的悬臂梁上。由于自升式平台可适用于不同海底土壤条件和较大的水深范围，移位灵活方便，拖船可以轻松把它从一个地方拖移到另一个地方，因而得到了广泛的应
19、用。目前，在海上移动式钻井平台中它仍占绝大多数。 自升式钻井平台特征： （ 1）带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船壳，并使船壳底部离开海面一定的距离（气隙）。拖航时桩腿收回，船壳处于漂浮状态。 （ 2）作业水深范围从 12/14 英尺直至 550 英尺。大多数自升式钻井平台 的作业水深在 250至 300 英尺范围内。 （ 3）自升式钻井平台有两种型式，独立桩腿式和沉垫式。 （ 4）平台稳定站立后，大多数悬臂梁可以将钻台外伸到固定平台 （ 5）在风大浪急的海面不能进行拖航。 1.3 论文研究工作的目的和意义 我国的石油资源并不丰富。世界人均的石油可采资源
20、是 68 吨我国人均 12 吨相当于世界平均水平的 l/5天然气的世界平均水平是 7 万方，我国的人均水平只有 l 万方，东海科学技术学院毕业论文 正文 9 相当于世界平均水平的 In。但相对来说，我国的沿海和深海的油气资源还是比较丰的我国拥有 1000 万平方公里的海洋田上，深海油气资源 十分丰富，特别是我国南海海城具有丰富的油气资源和天然气水合物资源石油地质储量约为 230 亿到 300 亿吨占我国油气总资滋 t 的三分之一。 就海洋工程的科研力量来说我国现已有专门的海洋工程设计公司，研究所，大专院校及海洋工程国家实验室等，多年来，在海洋环境及荷载、平台结构响应分析、管道分析、关节点的应力
21、与疲劳、海洋平台用铭、海工结构的无损检侧等方面都取得了有成效的研究工作。 由于 自升式钻井平台有着不同于其他海洋平台的优势及功用，我们有必要了解从他的结构和设计方面了解自升式钻井平台的组成和规范，再从实 际出发，加以设计改善。 蒸汽系统是海洋平台的重要组成部分，主要由锅炉系统和蒸汽管系构成。它消耗燃料，为整个生产过程提供蒸汽、电力、冷却水等公用工程。蒸汽系统是否合理，直接决定海洋平台的能耗水平。 在蒸汽供热系统和余热发电项目中，蒸汽是不可缺少的组成部分。蒸汽之所以被人们重视并加以利用，是因为它有着自身的优势。 蒸汽的产生较之氧气、煤气、压缩空气、丙烷等气体容易，直接将水定压加热至该压力下的饱和
22、温度时，水从液态向气态转换，产生饱和水蒸气。如果继续加热，饱和水蒸气在定压条件下吸热，产生过 热蒸汽。 蒸汽传递能量较之其它气体安全、方便。不管是饱和水蒸气，还是过热蒸汽，它均为一种无色、无味、无毒的气体。而且在蒸汽供热系统和余热发电主蒸汽系统中，蒸汽传递能量形式也较为简单。蒸汽供热系统为 Qg=Q换热 +Q损失 +Q回，余热发电主蒸汽系统为 Qg=Q功 +Q 损失 +Q 回。 在蒸汽供热系统和余热发电主蒸汽系统中，蒸汽从产生、输送到设备的使用过程中，均存在着不同程度的能量损失。为了贯彻和落实国家节约能源、保护环境政策，实施可持续发展的战略目标，尽可能地降低蒸汽系统的能量损失，有效地提高蒸汽系
23、统的效率，是完善和优化 设计的重要一步。蒸汽系统的效率一般可以表示为 : n 系统 =n 锅炉 n 管网 n设备 +凝结水回收 +废蒸汽回收排污 (环境污染 )据不完全统计，通过提高各过程的效率，其节能潜力分别为 : 蒸汽的产生过程 (锅炉 )为 25 30%，输送和设备的使用过程为 40 45%，回收过程 20 25%。而蒸汽输送管网中的疏水及其冷凝水回收所节约的能源也不可小觑，它对提高整个蒸汽系统的效率也具有极其重要的意义。 本文主要从此海洋平台的蒸汽系统出发，了解蒸汽系统的组成和规范，工作原理。计算系统耗能，加以优化，并对蒸汽管道设计提出新的方案。 本次研究平台为一座配套比较齐全的修井作
24、业平台，选用最大钩载 1580kN 直 流电驱动海洋修井机，配套泥浆泵等设备，能独立完成大修、小修作业。适用于水深 5 25m（含潮差）、渤海泥砂质海底海域、无冰区进行修井作业。 配备蒸发量为 2 吨 /小时的燃油锅炉 1台。 东海科学技术学院毕业论文 正文 10 2 锅炉系统的组成，工作原理及安全规范 锅炉由汽锅和炉子组成。炉子是指燃烧设备，为化石烯料的化学能转换成热能提供必要的燃烧空间。汽锅是为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。从系统角度看，锅炉包括燃烧负荷控制系统、送引风系统、给水控制 系统和辅助控制系统。其结构如图 2-1。 图 2-1 锅炉控制系统布置图 2.1
25、 锅炉系统设计 2.1.1 锅炉燃烧的工作原理 锅炉燃烧的主要工作过程是燃料在炉膛内燃烧，将其化学能转为热能，高温的燃料产生的高温烟气通过蒸发受热面将热量传递给温度较低的水，水被加热进而沸腾 气化，生成蒸气，蒸气通过蒸气母管输送给汽轮机等用汽设备。锅炉的燃烧系统概括起来包括三个同时进行的过程 :燃料的燃烧、烟气向水的传热和水的汽化过程。 (1)炉膛内的燃烧过程 :具有一定温度和压力的燃料 (油 )通过燃烧器的喷嘴送入炉膛，雾化成细小的油滴，然后吸收炉内热量，表面逐渐气化成油气，与进入炉膛内的空气混合，形成可燃混合物。可燃混合物继续吸热升温，达到燃点着火燃烧。燃料量、空气量和负荷蒸气量有一一对应
26、的关系，这就要求我们根据所需要的复合蒸气量，来控制燃料量和送风量。 (2)烟气向水 (汽 )的传热工程 :由于燃料燃烧 放热，炉内温度很高。在炉膛的四周高温烟气与水冷壁进行强烈的辐射换热，将热量传递给管内介质 (水 )，管内介质经过对流方式进行换热，然后烟气受风压及烟筒的引力作用，向炉膛的上方流动，烟气经过空气预热器、东海科学技术学院毕业论文 正文 11 省煤器、蒸气过热器，最后以经济的低烟温排出锅炉。 (3)水的汽化过程 :水的汽化过程就是蒸气的产生过程，主要包括水循环和水分离过程。经过处理的水 (软化水 )经过泵加压，先经过省煤器得到预热，然后进入锅筒。锅炉中的作介质是处于饱和状态下的汽水
27、混合物。位于烟温较低区段的对流管，因受热较弱，汽水的容量较大 ;而位于烟气高温区的 水冷壁和对流管，因为受热强烈，汽水的容量较小 ;因而容量大的往下流入下锅筒，而容量小的则向上流入上锅筒，形成水的自然循环。蒸气产生的过程是借助上锅筒内装设的汽水分离设备，以及在锅筒本身空间中的重力分离作用。蒸气在上锅筒顶部引出后进入蒸气过热器，而分离下来的水仍回到上锅筒下半部分的水中。在锅炉的燃烧过程，燃料和热空气按一定的比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸气发生系统，产生饱和蒸气，然后经过热器，形成一定温度的过热蒸气，汇集至蒸气母管，再经负荷设备调节阀供给生产负荷设备用。 2.1.2 燃烧控制系统简介 现代
28、燃烧控制系 统指在无人直接参与情况下通过自动化仪表和自动控制装置 (包括计算机和计算机网络 )完成热力过程参数测量、信息处理、自动控制、自动报警和自动保护。它的范围极其广泛，包括了主机、辅助设备、公用系统的自动化。 四个基本内容 (1)自动检测 指热力过程中温度、压力、流量、液位、成分等热工参数的测量由自动化仪表来完成。自动检测的热工参数是监督火电厂机组是否正常运行的依据，是随时调整自动控制作用的根据，也是机组进行经济核算、事故分析、自动报警等的数据来源。 (2)自动调节 一般指正常运行时，操作的自动化，即在一定范 围内，自动地活应外界负荷。燃油蒸汽锅炉的燃烧控制系统的设计和仿真变化或其他条件
29、变化，使生产过程自动进行。 (3)远方控制及程序控制 远方控制是通过开关或按钮，对生产过程中重要的调节机构和截止机构实现远距离制。程序控制主要是指机组 (或局部系统、设备 )在启动、停止、增减负荷、事故处理时的一系列基于逻辑的操作。 (4)自动保护 是利用自动化装置，对机组 (或系统、设备 )状态、参数和自动调节进行监视，当发生异常时，送出报警信号或切除某些系统和设备，避免发生事故，保证生命和设备的安全。火电厂的自动保护对 象主要有锅炉、汽轮发电机本体、辅助设备、局部工艺系统以及自动调节系统等。大型火电厂自动化的任务是保证机组安全运行，提高机组生产效率，满足电网负荷要求，降低操作人员的劳动强度，因此要具有相应的自动化措施与之相适应。 2.1.3 系统基本结构与设备 (l)汽包由上下锅筒和三组沸水管组成。水在管内受外部烟气加热，发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽集聚在上锅筒。为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅筒中还装设汽水分离设备。下锅筒主要用于连接沸水管，同时还用来储存水和水垢。
