1、本科毕业论文（20 届）自升式海洋平台海淡水系统设计所在学院 专业班级 船舶与海洋工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录2 目 录摘 要 .41. 前言 .62. 海洋平台概述 .82.1 海洋平台简介 .82.2 海洋平台分类 .82.2.1 固定式平台 .82.2.2 活动式平台 .92.2.3 半固定式平台 .102.3 中国海洋钻井平台发展概况 .102.4 40 米自升式平台简介 .113. 海淡水系统的组成及设计 .123.1 海水淡化的重要性 .123.2 海水淡化的方法 .133.3 40 米自升式平台的海水淡化装置 .143.3.1 反渗透
2、方法的工艺流程 .143.3.2 主要技术参数、配置和功能 .153.3.3 平台供水能力估算 .163.4 生活用水系统 .173.4.1 洗涤水的消耗 .173.4.2 洗涤水供应形式 .173.4.3 生活海淡水系统设计计算 .183.4.4 淡水压力水柜的配置 .223.4.5 日用淡水泵的排量和压力 .233.4.6 管径的选取 .233.5 卫生水供应系统 .243.5.1 海水管流速、管径、壁厚计算： .243.5.2 淡水管流速、管径、壁厚计算： .273.5.3 平台卫生水系统设置 .28本科毕业论文 目录3 3.6 热水供应系统 .293.6.1 压力式热水供应系统 .29
3、3.6.2 热水柜的能量计算 .303.6.3 热水循环泵 .313.7 饮用水供应系统 .313.7.1 饮用水卫生标准 .313.7.2 饮用水供应方式和管路计算 .313.7.3 饮水泵的容量 .324. 冷却水系统 .334.1 冷却水系统概论 .334.2 冷却水系统的基本形式 .334.3 对冷却水系统的要求 .354.4 40 米自升式平台冷却水系统概述 .365. 锅炉给水系统 .365.1 锅炉水处理的重要性 .365.2 锅炉给水水质要求 .375.3 锅炉水的处理方法和注意事项 .375.4 40 米自升式平台锅炉给水设置 .386. 管路隔热要求 .406.1 管路隔热
4、种类 .406.1.1 管路隔热的基本要求 .406.2 隔热层厚度估算 .406.2.1 估算公式 .406.2.2 估算图表 .416.3 管路常用隔热材料 .427. 设计总结 .44参考文献 .458. 致谢词 .47附译文 .48本科毕业论文 摘要4 摘 要海上石油的开发，必然使开发海上石油的装置-各种海洋平台得到迅速发展。我国正迎来一个海洋石油开发的高峰期，对海上钻采设备的需求日益增大，海洋石油装备国产化是必由之路。随着“十二五”的到来，市场对于海洋平台的需求量更进一步加大，建造作业水深在 120 米以内的移动式、自升式钻井平台完全符合国内外海洋油气勘探开发的需要，具有良好的市场前
5、景。然而作为工作生活所必不可少的淡水资源来说，在平台出海后，淡水资源是非常稀少而珍贵的，尤其在风暴状态下，供应船只无法靠近平台进行补给，常常造成平台生活用水紧张，人员无法正常生活工作。因此，对于海洋平台来说，海淡水系统作用是显而易见的。海淡水系统的作用是满足船员和旅客日常生活用水需要，可分为饮水系统、卫生水系统和洗涤水系统。为了提高船舶续航能力，增加货运量，满足船舶航行中的多变性，淡水装载量应有一个合理的配置设计，以满足船员的基本日耗水量。因此对海洋平台的海淡水系统的研究改进是十分必要的。同时，由于冷却水以及锅炉给水与海淡水系统的关系密切，同时也平台性能起着举足轻重的作用，所以，这里也附带讲述
6、下冷却水系统与锅炉给水系统。关键词 自升式海洋平台；海淡水系统；冷却水系统；锅炉给水系统本科毕业论文 摘要5 The sea water and fresh water system of integrated design on the Jack-up drilling platform【Abstract】With the development of the offshore oil, all sorts of offshore platform is rapid development. China is usher in a Marine oil development peak.Th
7、e demand on sea drilling equipment increases day by day.Marine petroleum equipment localization is the only way.With the arrival of the “Twelfth Five-Year Plan“,The market for offshore demand further increase.It is complied with domestic and international Marine oil and gas exploration and developme
8、nt needs to build homework 120 meters mobile, depth of jack-up drilling platform.And it has good market prospect.But when the ship off shore,it is very precious for the fresh water.So the importance of freshwater system is very obvious.Freshwater systems role is to meet the daily life of the crew an
9、d passengers of water.The freshwater system can be divided into drinking water systems, health water system and washing water system.The sea freshwater system can improve the ability to ship lasting and increase the traffic of the ship.So it is very necessary for the research on sea water and fresh
10、water system of the offshore platform. It is also very important for the cooling water system and the feed water system of boiler.So here also incidental tells them.【Key words】jack-up drilling platform；sea water and fresh water system；cooling water system；feed water system of boiler本科毕业论文 前言61. 前言 我
11、国是一个陆海兼具的国家，海洋资源丰富，海岸线长达1.8万公里，居世界第四。根据国际法和国际条约的有关规定，我国临海和内海面积分别为38万平方千米和7.7万平方千米。近些年来，随着经济的高速发展，各地区更加关注海洋资源的开发和利用。但是由于石油进口数量的不断增长，对外依存度的持续提升，使能源安全成为了中国经济持续稳定发展的首要考虑因素。要实现能源安全的最可靠保证，就是拥有自己的能源产地。然而我国的现实情况却是这样的：陆上含油气盆地中的主力油田大部分已经被开采了超过30年，绝大多数油田原油采出程度高达70%，进一步扩大产量的空间十分有限。因此，我们开发油气的目标就应该由内陆转向广阔的海洋了。开发海
12、上石油，必然会使开发海上石油的装置即各种海洋石油钻井平台得到迅速发展。我国正处于第十二个五年计划，海洋发展正是我国在“十二五”期间的重中之重。我国必将迎来一个海洋石油开发的高峰期，对海上钻采设备的需求量也必将日益增大，海洋石油装备国产化是必由之路。随着国外众多石油公司加入国内近海水域油气资源的开发，对海洋钻采平台及多种类型的海洋工程船、补给船的需求量日益加大。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 1890 亿美元在遍及全球的海洋上建立 15000 个油气勘探和开采井，其中有 45000 个勘探井，投资750 亿美元；10
13、500 个开采井，投资 1140 亿美元。预计在“十二五”期间，建造作业水深在120 米以内的移动式、自升式钻井平台完全符合国内外海洋油气勘探开发的需要，具有良好的市场前景。 海洋石油大开发的时代已经来临。根据勘探预测，在渤海、黄海、东海及南海北部大陆架海域，石油资源量达到 275.3 亿吨，天然气资源量达到 10.6 万亿立方米，而目前原油的发现率仅 18.5，天然气发现率仅为 9.2，因此中国近海海域极具勘探开发潜力。自升式钻井平台属于海上移动式平台,由于其定位能力强和作业稳定性好,在大陆架海域的油气勘探开发中居重要地位。近年来,全球范围深水自升式平台主要用来开/采 3 类油田,即深水深井
14、(水深 106.7m 以上,井深超过 4572m)、天然气井及边际油田。如果未来几年在深水深井方面没有大的发现,则对深水自升式平台的市场需求会减弱。开发天然气井需在天然气的输送与储存上投入大量资金,但不少发展中国家财力有限,也有虑及天然气泄漏污染环境的可能。如果油价回落不能支撑边际油田的开发,市场需求会进一步减弱。但是值得注意的是,2000 年以来,平均每年有 3.9 个平台由于运作年限过长而退出市场。海洋钻井平台的前景还是不错的。中国已是世界造船大国,海洋工程方兴未艾。2006 年 5 月 31 日,国内首座 122m(400ft)水深平台“海洋石油 941”(JU-2000E 设计型号)在
15、大连船舶重工集团有限公司建成,交付中海油服使用。2007 年 9 月 3 日,中国首座自行设计建造的齿轮齿条升降的自升式钻井平台“中油海 5 号”,在青岛北海船舶重工有限公司竣工并交付使用。我国正在建设 1000 万吨级产能的海上特大型油田，准备建造世界级的 30 万吨 FPSO 以及多艘 10 万吨级 FPSO，建造几十座平本科毕业论文 前言7台与上千公里海底管道，建造各种功能的陆上终端，建造大型 LNG 运输船等。如今中国已拥有一套完整的与船舶海洋工程配套的教育、科研、生产与工业体系。随着中国经济发展对能源需求的提高及科技的不断进步,可以相信在不远的将来,中国必将在自升式平台的设计、建造与
16、市场占有率上居重要地位，中国将可为海洋油气田开发与生产提供新一代钻井平台、大型采油平台、浮式生产系统（FPSO） 、水下生产系统设备等一系列成套设备。在海洋钻井平台进行钻井作业时，由于远离内陆，淡水资源稀缺，必然要求携带一定量的淡水，然而平台或者船舶所装载的淡水过少，会严重威胁船员的生命和平台部分机械的运行，装载淡水过多，则又会影响到航行或者作业过程中的船只性能。所以所有的海洋平台或者远洋船只都配备有海水淡化装置，以解决生活所必需。海水淡化装置就是海淡水系统中的一个重要组成成分。海淡水系统的主要作用就是满足船员和旅客日常生活用水需要，可分为饮水系统、卫生水系统和洗涤水系统。为了提高船舶续航能力
17、，增加货运量，满足船舶航行中的多变性，海淡水系统在满足船员的日耗水量和淡水的本身质量是非常重要的因素。因此对海洋平台的海淡水系统的研究改进是十分必要的。本科毕业论文 正文82. 海洋平台概述2.1 海洋平台简介海洋平台的英文名称为 offshore platform，是用于海上油气资源勘探、开发的移动式、固定式平台的统称。海洋平台一般被利用来在海上进行钻井、采油、观测、导航等活动。它一般由上部结构、设施与设备、支承结构等组成。2.2 海洋平台分类海洋平台按其结构特性和工作状态可分为固定式、半固定式和活动式三大类。固定式平台，顾名思义它由下部的桩、扩大基脚或其他构造直接支承并固定于海底，按支承情
18、况又可以分为桩基式和重力式两种。其又可分为混凝土重力式平台和钢质导管架式平台。混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础（沉箱），用三个或四个空心的混凝土支柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中分别隔为许多圆筒形的储油舱和压载舱，这种平台的重力可达数十吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。而钢质导管架式平台是通过打桩方法将平台固定于海底，他是海上油田使用很广泛的一种平台。钢质导管架平台自1947 年第一次被用在墨西哥湾 6m 深的海域以来，发展十分迅速，1978 年其工作水深已经达到 312m。据报道高度 486m 的巨型导管架式平台安置于墨西哥湾 411m 水深的海域内。活动
19、式平台是能够浮于水中或支承于海底，能从一井位移至另一井位的平台，接其支承的情况可分为着底式和浮动式两大类。近年来在国外研究的比较火热的半固定式海洋平台，它既能固定在深水中，又有灵活的移动性，张力腿式平台即属此类。 2.2.1 固定式平台桩基式平台导管架型平台。这是在软土地基上应用较多的一种桩基平台。它由上部结构一般即为平台甲板和基础结构组成。上部结构可以分为上下层平台甲板和层间桁架。甲板上布置有成套的钻井和采油装置及其它辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作生活设施和直升飞机升降平台等。平台甲板的尺寸主要由使用用途和建造工艺确定。基础结构包括导管架和桩。导管架由导管（即立柱）和导管间
20、的水平杆和斜杆焊接组成，钢桩沿导管打入海底。打桩完毕后，在两者的环形空隙内用水泥浆等胶结材料固结，使桩与导管架形成一个整体，以承受巨大的竖向和水平荷载。这种平台施工时一般先在陆地上预制导管架,再用驳船拖运就位进行安装,通过调节压舱水使驳船倾斜，然后用卷扬机将导管架送入水中，由其自身浮力悬浮在水中，再向导管架立柱内灌水，同时用起重船把导管架竖立就位于海底井址，再将桩逐段连续打入海底土层固定。塔架型平台。这是另一种适用于软土地基的桩基平台。其结构可分为腿柱（通常直径达 6 米） 、水平杆和斜杆及大梁( 圆形或箱形) 。为了减少挡水面积，减少海水对桩腿的冲击，桩均设置在腿柱内,排成圆形，桩顶与腿柱焊
21、接，空隙内灌入水泥浆，以防止薄壁腿柱发生局部压屈，并使桩固定在腿柱下端。施工时将塔架侧放并拖运就位,注入压舱水，使塔架直立，本科毕业论文 正文9然后打桩，最后安装平台甲板。在自然条件恶劣的深水区，目前多采用导管架和塔架的组合方式。重力式平台钢筋混凝土重力式平台。这是一类依靠自身重量维持稳定的固定式海洋平台。主要由上部结构、腿柱和基础三部分组成。基础分整体式和分离式两种。整体式基础一般是由若干圆筒形的舱室组成的大沉垫。沉垫也可采用平板分仓的蜂窝式结构，其侧表面可做成多波形或平板形。分离式基础用若干个分离的舱室做基础，它对地基适应性强，受力明确，抗动力性能好，腿柱间距大，在拖航及下沉作业时较安全。
22、钢重力式平台。也属于分离式基础型,由钢塔和钢浮筒组成，浮筒也兼作储油罐。钢-钢筋混凝土重力式平台。上部结构和腿柱用钢材建造，沉箱底座用钢筋混凝土建造，可充分发挥两种材料的特性。以上三种重力式平台主要适用于较深海域的油气勘探与开采。 固定式平台整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小,抗风暴的能力强。但是缺点也很明显就是机动性能极差，一经下沉定位固定，则较难移位重复使用。桩基平台属钻井、采油平台,工作水深一般在十余米到 200 米的范围内（个别平台超过 300 米）,是目前世界上使用最多的一种平台。从设计理论和建造技术来衡量，它都是一种最成熟和最通用的平台型式。钢筋混凝土重力式平台是 70
23、 年代初开始发展起来的一种新型平台结构，目前主要用于欧洲的北海油田。这种平台具有钻井、采油、储油等多种功能，水深在 200 米以内均可采用，最佳水深为 100150 米。2.2.2 活动式平台着底式平台坐底式平台。坐底式平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等 30m 以下的浅水域。坐底式平台有两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备；下部是沉垫，主要功能是压载和海底支撑作用，用作钻井的基础。“胜利一号”钻井平台是我国自行研制的为极浅海油田油气勘探的坐底式钻井平台。自升式平台。自升式钻井平台，又称为桩脚式钻井平台，是世界石油承包商采用最多的一种平台，适应于近海油气田的勘探开发。自升式
24、钻井平台可分为三大部分；船体，桩脚和升降机构。需要打井时，将桩脚插入或坐入海底，船体还可顺着桩腿上爬，离开海面，工作时可不受海水运动的影响。打完井后，船体可顺着桩腿爬下来，浮在海面上，再将桩脚拔出海底，并上升一定高度，即可拖航到新的井位上。船体平面形状可以是三角形、矩形或五边形，其特点是浮运方便,作业时稳定性好，适用水深一般在 120 米以内。由于这种平台的优点，目前应用较为广泛。浮动式平台钻井船。 钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在驳船或机动船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。钻井船适应于深海水域的油气田的勘探开发，该型钻井船主本科毕业论文 正文10要分布在墨西哥湾南美巴西海域
25、英国北海和非洲的尼日利亚深海海域。钻井船有自航功能，定位大多采用动力定位。适应于远距离移航，不需要辅助船舶。半潜式平台。半潜式平台主要由上部结构、下潜体、立柱及斜撑组成。它又可以分为靴式、矩形驳船船体式、条形浮筒式等。为了克服坐底式平台、自升式平台以及钻井式平台存在的缺点，使之既能在深水钻井又能提高作业效率，在 1962 年出现了第一艘半潜式钻井平台。这种平台的基本结构和坐底式钻井平台相似，是由坐底式演变而来的。半潜式和坐底式平台统称支柱稳定式钻井装置。坐沉在海底的称坐底式（可沉式），浮在水中的称半潜式。半潜式钻井平台既可在 10600 米深的海域工作,又能较好地适应恶劣的海况，但其经济水深一
26、般为 100300 米，超过这一深度就会加大建造成本。自升式平台使用水深较大，但不经济；在深水海域中开发石油时，坐底式钻井平台不能满足要求；浮动式钻井船可适用于较大水深，然而受海况的影响，其开工率很低；而半潜式平台既可在很深的海域工作，又较能适应恶劣的海况，有良好的运动特性。因此，半潜式平台是目前深海钻井的主要装置，也是未来发展的一个趋势。活动式平台，由于机动性能好,故一般均用于钻井。坐底式平台特别适合于浅海(10 米左右及岸边的潮间区)油田的钻井和采油工作。自升式平台和半潜式平台主要是供钻井之用，当油田的规模很小而又不宜设置固定式平台时，也可做采油用。活动式平台整体稳定性较差，对地基及环境条
27、件有一定的要求。2.2.3 半固定式平台 张力腿式平台。张力腿式钻井平台是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位，但与一般半潜式平台不同。它所用锚索绷紧成直线，而不是悬垂曲线，钢索下端与水底不想切，而是几乎垂直。它所用的是桩锚或者重力式锚等，不是一般容易起放的抓锚。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。拉索塔式平台。是一种新型的海洋平台结构,其支承塔架下端着地，上端一般用 48根钢索张紧固定。这种平台用料少，工作水深大，适用于大深度水域。 半固定的张力腿式平台及拉索塔式平台是两种适合于大深度海域（200 米以上）的平台结构。是近年来发展起来的新结构型式，具有明显的优点。但仍处于研究试制的阶段。2.3 中国海洋钻井平台发展概况我国石油工业于上世纪 50 年代末才开始起步，时间较晚。1963 年，在对海南岛和广西地质资料进行详尽分析的基础上，决定在中国南海建造海上石油平台。1966 年 12 月 31 日，中国第一座正式的海上石油钻井平台在渤海下钻，并于 1967 年 6 月 14 日采得该平台的第一桶油，至此揭开了我国海洋平台发展的序幕。
