1、浙江海洋学院本科毕业论文 正文 1 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 25m 水深自升式修井平台压缩空气系统设计 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： 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 2 目录 中英文摘要 .3 第 1章前言 .5 第 2章压缩空气系统介绍以及设计规范 要求 .7 2.1 压缩空气的用处 .7 2.2 压缩空气系统的基本组成 .7 第 3章 优化压缩空气系统六大要素 .11 3.1 压缩空气的需求量 .11 3.2 压缩空气的供应 .11 3.3 压缩空气的储备 (空气瓶 ) .12 3.4 压缩空气的质量 .12 3.5 快
2、关阀 .12 3.5 优化管路 .12 第 4章 25m 自升式修井平台压缩空气系统资料介绍 .14 4.1 平台介绍 .14 4.2 本平台的压缩空气系统的用处 .19 4.3 本平台设计中遵循的规范与原则 .19 第 5章本平台的起动空气系统设计 .21 5.1 启动空气系统介绍 .21 5.1 空气压缩机 .21 5.2 空气瓶 .22 5.3 控制空气系统 .23 第 6章 压缩空气系统管系介绍 .25 6.1 管系的设计原则 .25 6.2 管材介绍 .25 6.3 管系等级（级、级 、级） .25 6.4 管系及阀件的设计压力和设计温度 .26 6.5 管材表面处理 .26 6.6
3、 管系计算 .27 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 3 6.7 船舶和平台的常用管材规格 .29 6.8 阀的标准及选用 .32 第 7章 压缩空气系统管系设计 .37 7.1 管路系统的选择与计算 .37 7.2 该平台压缩空气系统管系的选择 .39 7.3 该平台压缩空气系统阀类的选 择 .39 总结 .40 参考文献 .41 致谢 .42 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 4 25m 水深自升式修井平 台压缩空气系统设计 摘 要 随着陆地油气资源的枯竭，石油天然气的开采重心已经由陆地转移到海洋，而海洋石油天然气的开发也逐步由浅海向深海海域发展。海洋平台可以在海上进行钻井、采油、运输、观测、
4、导航、施工等活动。压缩空气系统是海洋平台能够正常运行的不可缺少的动力源。压缩空气可使主机、发电机、辅机获得大的启动扭矩；向海水、淡水压力柜充气，以维持一定的工作压力；吹洗海底门、粪便柜、油渣柜、烟囱、空气冷却器和增压器；保障平台的消防、动力输出等各种需求，因此其设计对海洋平台具有重大作用。本文介绍了现阶段压缩空气系统 的一些基本情况，压缩空气系统的基本知识，组成结构，工作原理。根据建造规范对 25m 水深自升式海洋平台进行了整体的介绍。按照规范进行计算与分析，提高压缩空气的质量。通过对压缩空气系统整体设计、管系选择与计设计了一套符合平台要求、 满足规范、具有性能优良的压缩空气系统。 关键词 海
5、洋平台；压缩空气系统；管系选择；优化设计 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 5 25 m depth of Jack up ocean platform compressed air systems design Abstract With the exhaustion of the land oil and gas resources ,the focus of oil and gas drilling has shifted from land transfer to the ocean， And offshore oil and gas exploitation also develop
6、gradually from shallow sea waters to deep .Marine platform which is at sea can conduct drilling, extraction oil ,transport, observation, navigation, construction and other activities .Compressed air system is an indispensable power supply which can keep the ocean platform operate normally .The Compr
7、essed air which has various kinds of demand can make the main engine, generator, auxiliary engine to get the big start torque; inflate to the sea and fresh water pressure tank , in order to maintain a certain work pressure ;Blow the doors, wash feces ark ,diesel ark, chimney, air cooler and the supe
8、rcharger ;ensure platforms fire, power output, etc. So the design of the compressed air system has an important effect .This paper introduces some of the basic situation, basic knowledge , Composition structure and working principle of the compressed air system. According to the construction rules t
9、o 25 m depth of jack-up platform sea makes wholly introduction .According to standard calculation and analysis, improve the quality of compressed air .Through to the compressed air system design, tube system selection and calculation .I designed a set of compressed air system which complies with req
10、uirements of platform, satisfies the standards of platform and has good performance . 【 Key Words】 offshore ;compressed air system; pipe calculation ;optimization design 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 6 第 1 章前言 世界海洋面积 3.6 亿平方千米，约为陆地的 2.4 倍。大陆架和大陆坡约 5500 万平方千米，相当于陆上沉积盆地面积的总和。地球上已探明石油资源的 1/4和最终可采储量的 45%，埋藏在海底。今后世界石油
11、探明储量的蕴藏重心，将逐步由陆地转向海洋。 近年来，在全球获得的重大勘探发现中，有一半来自海上，特别是深水区域。据道格拉斯 -伍德公司和油田系统工业数据公司的资料，当水深在 500 1500 米时，世界油气田的平均储量规模随水深而大幅增加，深水油气田的平均产量规模明 显高于浅水油气田。 随着陆地油气资源的日益枯竭，石油天然气的开采重心已经由陆地转移到海洋，而海洋石油天然气的开发也逐步由浅海向深海海域发展。 海洋油气的总产量所占的比例也越来越大，自然陆地油气的总产量所占比例越来越小。在世界已发现的可采油气田中，海洋油气占 40%左右。但是由于技术等条件限制，深海油气的开发程度还非常低 ,因此开发
12、海洋油气拥有的潜力非常大。 最近几十年，海洋油气的产量所占比例一直保持较快的增长，因此海洋平台也得到了发展。 1949 年在墨西哥湾出现了世界上第一座坐底式钻井平台 “ 环球钻机 40 号”； 1953年出现了第一座自升式钻井平台 “加里福尼亚号”； 1956 年出现了钻井船； 1961 年，半潜式钻井平台也出现在大家面前，到现在各种各样的海洋平台分布在 5 大洋的各个地方以及与海洋平台相配套的各种海洋工程船舶。目前海洋平台可以分为 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 ， 导管架式平台 ， 重力式平台 。 据一家美国权威公司统计，全球陆地
13、钻井平台在 1982年达到 6150台的高峰而到了 2009年减少到不足 3550 台。其中美国在这 20 多年中减少陆地平台的数量最多，约有 90%。 而在同一时 期，自升式钻井平台、半潜式钻井平台和钻井船从 499 部增加到 630 部左右，这充分表明，海洋平台在钻井工业中占有越来越重要的地位。随着科技的进步，海洋平台作业水深的不断加大，深水的定义也在不断扩大。 1998 年以前，水深超过 200 米就认为是深海， 98 年深水定义变为 319 米，而现在国际上认为水深超过 1350 米才算深海。 目前，全世界约有 143 家公司从事海上钻井，其中钻井承包商约有 90 家，其他为一些综合性
14、公司以及巴西、印度、俄罗斯等国家石油公司。它们的规模、钻井能力差距很大。钻井承包商中拥有超过 5 部钻井平台的约 50 家，海洋平台作业深度能力超过 600 米的承包商 43 家。 目前，我国虽然有国家石油公司参与国际钻井平台市场竞争，但技术与世界先进水平还有一定差距，仍以浅海钻井平台为主。虽然国家已开始加强对深海钻井平台开发建造，但我国海洋钻井平台的发展已大大落后于美国、巴西等国家。 因此我国在海洋钻井平台的设计、建造、检验和科研方面都迫切需要发展，特别是在海洋钻井平台的基本设计上，我国在独立设计方面还是有一定的差距，大部分依靠国外已经逐步淘汰了的技术。 关于印发海洋工程装备产业创新发展战略
15、（ 2011 2020）的通知中加强了对 于海工类项目的国家扶持 ， 是提高我国海洋结构物设计制造能力的需要，也是提高海洋平台设计国际竞争力的需要，这对于我国海洋资源的开发和我国海洋工程配套设施的的发展都具有重要意义。“十一五”规划强调船舶装备的发展目标是 :“大型海洋石油工程设备， 30 万吨矿石和原油运输船、万标箱以上集装箱船，液化天然气运输船等大型、高技术、高附加值船舶及大功率柴油机等配套设备”。在此规划中突出了大型海洋石油工浙江海洋学院本科毕业论文 正文 7 程装备的设计建造。 2011 年 ， 我国海洋工程装备制造业标志性工程、国家科技重大专项标志性装备之一 3000 米深水半潜式钻
16、井平台 “ 海洋 石油 981” 在上海 出坞 ，这标志着由中国海洋石油总公司和中船集团共同携手打造的当今世界上最先进的第六代深水半潜式钻井平台即将投入使用。 “ 海洋石油 981” 的建成，填补了我国在深水钻井大型装备上的空白，使我国深水油气资源的勘探开发能力和大型海洋装备建造水平跨入世界先进行列。 压缩空气系统对船舶和海洋平台具有重要作用。 船舶压缩空气系统是 船舶管路 系统之一 。 船舶压缩空气系统由 空压机 、压力开关、空气瓶、减压阀组、输送管路、终端设备、控制阀门组成 ， 主要为发电机、主机启动和海底门杂物吹除以及船上其它需要压缩空气的地方提供压缩 空气的管路系统。 船上第一次真正需
17、要空气压缩机是在十九世纪二十年代，当时柴油发动机取代了传统的蒸汽发动机作为主机。为起动柴油机，通常要在供给燃油之前将压缩空气注入气缸使其转动。为了完成这样的工作通常采用的气体压力为 30 巴，一般安装两台压缩机，以便提供备用的可能，因航行中不可避免地有某些浪漏或使用，所以一般都设有一只同样压力的较小的装置给气瓶充满气。近 15 年左右，最新的发展为船舶提供了操作风动工具的 7 10 巴的气源。最初是在 30 巴的系统上装一只减压阀，船主发现，这样一来他们的压缩机就要连续运转，结果会造成在起动 柴油机的紧要关头压缩机失灵。为适应对工作气体的要求，单独安装一台压缩机的优点就不言而喻。随着大型油船和
18、集装箱船的出现，船舶变得更大，船员人数逐潮喊少，使得机舱和油船上的各种阀门也要求自动擦制。为满足无油空气的要求，最初船主采取用滤油器来保证所要求的清洁度，但有时可能忽视了过滤器的更换，因而压缩机排入系统的油有时超过设汁标准。结果使无油的空气管路带油，使自动控制发生故障，这样就产生了对无油压缩机的要求。 海洋平台在使用过程中，压缩空气系统是平台的重要动力气源，可为柴油机、发电机、各种辅机提供不同压力的压缩空气 ；保障平台的消防、动力输出等各种需求；向海水、淡水压力柜充气，以维持一定的工作压力；吹洗海底门、粪便柜、油渣柜、烟囱、空气冷却器和增压器，所以其设计在海洋平台各个轮机系统中占有主要地位，本
19、文也是为此而展开。 浙江海洋学院本科毕业论文 正文 8 第 2 章压缩空气系统介绍以及设计规范2.1 海洋平台压缩空气的用处 在动力装置中，压缩空气系统是保证海洋平台正常运行的不可缺少的动力源。又由于压缩空气具有取用方便、易于贮存和输送、没有着火威胁等优点，因而在海洋平台和船舶上获得了广泛的应用。 (l) 以压缩空气为动力，实现大、 中型柴油机的起动、换向、控制与操纵。用压缩空气起动主、副机可以获得大的起动扭矩。气缸数在最低起动缸数以上的柴油机，一般采用压缩空气直接充入气缸进行起动运转，少于最低起动缸数的柴油机则多用起动马达起动 ； (2)用于离合器操纵。有的船舶主机与轴系的离合通过气胎离合器
20、进行，主机与轴系的接合或脱开采用压缩空气来实现； (3)用于压力柜充气。向海水压力柜、淡水压力柜等充气，来实现对于水的控制； (4) 用于冲洗海底门、泵舱杂用等； (5)为汽笛、雾笛等设备提供吹鸣动力； (6)为启动燃油舱吸口速闭阀、主机房日用油柜速 闭阀、锅炉日用油柜速闭阀、应急柴油机日用油柜速闭阀和应急柴油机启动，提供压缩空气，速闭阀对于安全的控制具有无法取代的作用； (7)接锅炉舱杂用，二氧化碳室集合总管、三缸泵舱、应急发电机启动瓶和应急发电机舱杂用； (8)为平台上的钻台装置： BOP 装置、远程控制装置、钻井用空气瓶，防喷器移动桁吊提供动力源； (9)机舱和甲板的杂用； （ 10）吹
21、灰空气瓶； （ 11）用于遥控和自动控制系统的能源； （ 12） 作为消防系统的动力源 ，比如 灭火剂的驱动喷射； （ 13） 作为船上的救生艇、舷梯起落装置的动力源 。 海洋平台压缩空 气系统的功能是供给动力装置各种气设备数量足够和质量优异的压缩空气。根据各种设备工作环境的不同，所需的压力也不同，所要求提供的压缩空气也不相同。 2.2 压缩空气系统的基本组成 压缩空气系统主要由 空压机 、压力开关、空气瓶、减压阀组、输送管路、终端设备、控制阀门 组成 。 压缩空气起动是利用压缩空气推动活塞运动而产生巨大动力进行起动，起动扭矩和功率较大，一般使用在中、大功率柴油机上，常用的最大起动压力为 2.
22、94MPa。除开主、辅柴油机的起动，还有其他设备如压力柜、液压阀门等也需用压缩空气。这些压缩空气基本从起动空气 瓶引出，通过空气管系经减压阀减压后输送至各用气设备。因此，启动空气瓶也是压缩空气系统的重要一部分，启动空气瓶的容量除满足柴油机起动需求外，尚应增加以满足其他设备所需的空气量。因为起动空气瓶的这个作用故也被称为主空气瓶。 起动空气系统主要由空气压缩机、起动空气瓶、阀、管路以及各种附件组成。其中包括主机起动压缩空气管系、辅机起动压缩空气管系及其他管系。控制空气系统能起到供给浙江海洋学院本科毕业论文 正 文 9 各种气动自动仪表和气动控制设备合格气源的作用，该系统是将空压机产生的空气经减压
23、、干燥并过滤等处理后，再供各用压缩空气的控制系统及元器件。 2.2.1 空气压缩机 空气压缩机是平台用于制造压缩空气的设备，是压缩空气系统中的重要设备之一，一般采用两级活塞式压缩机。冷却方式有水冷式和风冷式，按照业主要求及船厂成本而定。水冷式应有冷却水，对中央冷却系统的船舶用低温淡水冷却（ 36 C） .而风冷式，则应考虑机舱的额外通风量及布置。应至少配 2 台空气压缩机，其中一台应由主推进采油机以外的动力驱动。其总气量应能在 1H 内将空气瓶的空气压力从大气压提至规定的启动次数所需的压力。空压机上应设有压力表和安全阀，安全阀的开启压力应不大于工作压力的 1.1 倍。在压缩空气冷却器的 水套上
24、应设有安全阀或安全膜片。空气机的曲轴箱超过 0.6m3 时，应设置安全阀，空气机应设有从空气中分离油和水的设备。空压机的吸气口应设置在非危险区内，吸气口应设空气滤清器。空压机的排出管应直接接至每只启动空气瓶，此管应设有回止阀，并应装有油分离器和泄放旋塞。还可配一台辅空压机，用于向辅空气瓶充气和起动辅机。 2.2.2 空气瓶 起动空气瓶是平台重要的压力容器，用来储藏压缩空气，以供各用气设备使用和消耗。一般，瓶内气压为 3MPa，可以适用于所有柴油机的启动要求。空气瓶有为立式和卧式之分，小容量空气瓶为立式，大容 量则为卧式。空气瓶上还应该设有必要的附件，如隔离阀（该阀直接装在瓶体上，对立式空气瓶则
25、组合在瓶头阀内）、泄放阀内残水的设备（包括阀及内管）、压力表和安全阀（如在空气进气管上或在空气压缩机上设有安全阀，并在充气时能防止瓶内压力超过压力，则在瓶上可不装安全阀，但应装易熔塞，易熔塞的熔点约为 100C）等。根据轮机手册 有关规定， 供主机起动的空气瓶至少应两只，其总容量在不补充压缩空气量的情况下，对每台可逆转主柴油机能从冷态连续起动不少于 12 次，实验室应正倒车交替进行；对每台不能换向的主柴油机能从冷态连续起动不少于 6 次 。如果主机多于两台，空气瓶的容量可适当减少。空气瓶的安装应使泄放接管在平台正常倾斜的情况下仍然有效。启动、杂用及仪表和控制用气瓶宜分开设置，当仪表、控制和应急
26、用空气与其他用气共用一个气瓶时，应保证优先满足仪表、控制和应急用气。空气瓶上应设有压力继电器。当压力低于允许值时应能报警并自动启动压缩机进行补气。因此，空气瓶的配置一般是主瓶两只，辅空气瓶 1 只，由主空气瓶充压缩空气，配辅空压机充气 ;应急空气瓶 1 只 ;汽笛空气瓶 1 只，由主空气瓶经减压阀充气 ;自动控制用空气瓶 l 只，由主空气瓶经减压阀充气，出气须经空气干燥器让 空气干燥 ;油舱柜出口阀应急切断空气瓶 1 只，由主空气瓶经过减压阀充气 ;其他特殊用途空气瓶按需配置。 2.2.3 系统附件 检测监控等系统或元器件对压缩空气源的质量有一定要求，不但要求压力稳定、流量充足，而且工作气体的
27、必须洁净干燥。没有经处理的压缩空气中带有各种杂质，比如颗粒灰尘、水分和油污等。这种含有杂质的压缩空气会使气动元器件工作不顺利，易使气路孔道变小，甚至堵塞，将影响气动元部件的工作特性，引起金属零件的锈蚀，运动件磨损加速和非金属膜片的加快老化等，所以须将压缩空气进行各种处理，以提高压缩空气的质量，确保 各个工作仪器的正常运行。 2.2.4 控制空气的处理 浙江海洋学院本科毕业论文 正 文 10 (1) 油水分离器 油水分离器的作用是将上游管路输送过来的湿压缩空气中的水份除去，减少净化设备的水份负载，优化净化效果越好，设备寿命延长得更多。油水分离器一般安装在空气压缩机和主空气瓶的管路上。工作原理是空
28、压机排除的空气，经弯管进入两滤板之间，而后穿过滤板，由排出弯管接头送入空气瓶内。利用急剧改变气流流动方向，使所带油水微粒因其惯性相互冲撞而滴入分离器底部，定期通过泄放件。 (2) 冷冻式空气干燥器 冷冻干燥器是以制冷的方式，使压缩空气温度下降到某一温 度，以降低其相对湿度，便于把压缩空气中的水、油冷凝析出。选用空气干燥器的处理量应同控制空气使用量相配合。空气干燥器一般安装在控制空气瓶的出气管上。 (3)过滤器 过滤器用于除去灰尘杂质，防止仪器精密性降低甚至管路堵塞。 (4)稳压 稳压一般是通过空气瓶来实现的，从主空气瓶出来的压缩空气经过减压，达到空气所需气压后，贮入控制空气瓶内，以保证控制空气使用时的压力稳定。 (5) 速闭阀 启动燃油舱吸口速闭阀、主机房日用油柜速闭阀、锅炉日用油柜速闭阀、应急柴油机日用油柜速闭阀和应急柴油机启动，提供压缩空气，速闭阀 对于安全的控制具有无法取代的作用。 U 型 空气瓶和操纵阀等部件共同置于一个操纵箱内的整体式装置； S 型 操纵阀和压力表设于操纵箱内，而空气瓶等部件置于操纵箱外的分离式装置。
