1、本科毕业论文（20 届）自升式海洋平台压缩空气系统设计所在学院 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1目 录目 录 .1摘要 .2ABSTRACT .3第 1 章 前言 .4第 2 章压缩空气系统介绍 .62.1 压缩空气的概念 .62.2 压缩空气系统的组成 .62.4 优化压缩空气系统的主要因素 .8第 3 章 自升式钻井平台压缩空气系统资料介绍 .103.1 平台基本情况 .103.2 适用范围 .113.3 平台的要求和设计标准 .113.4 起动空气系统 .123.5 该平台压缩空气系统管系组成 .153.6 设计原则 .16
2、3.7 本系统设计完工后达到： .16第 4 章 压缩空气系统管系设计 .184.1 管系的设计原则 .184.2 管系计算及阀件选型 .184.3 管子的处理 .204.4 常用管子的规格 .214.5 管系计算 .244.6 该平台压缩空气系统管系的选择： .254.7 阀的选用： .264.8 该平台压缩空气系统阀类的选择： .304.9 管路系统的选择与计算 .31总结 .33参考文献 .34致谢 .35附图 .36附译文 .37本科毕业论文 摘要2摘要21 世纪是一个能源的时代, 随着陆地能源的稀缺，开发海洋能源开始普及，海洋平台因而得到了广泛的应用。而压缩空气系统是海洋平台上一个相
3、对独立而又非常重要的系统，可为发电机组、辅机启动，泵舱，固井泵舱等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，因此其设计在海洋平台中占有重要地位。本文介绍了压缩空气系统的基本知识，结构，原理，现阶段压缩空气系统的一些基本情况, 对组成平台压缩空气系统的主要设备的设计选型和安装等方面的问题进行了详细的论证和考证。根据建造规范和主要对 40m 水深自升式海洋平台 进行了空气压缩系统常见问题研究分析，设计规范分析，压缩空气系统整体设计，管系选择与计算，设计了一套压缩空气系统，正确地选择了合适的管系，达到了平台要求。关键词 海洋平台：压缩空气系统；优化设计；管系Jack up ocea
4、n platform compressed air systems design本科毕业论文 摘要3AbstractAbstract The 21st century is an energy era, with the scarcity of land development ocean energy, energy started to popularize, offshore and been widely used. Compressed air system is the ocean platform a relative independent and very important
5、 system, can be generating set, auxiliary engine start, pump cabin, cementing pump tank provide different pressure of compressed air, security platform fire, power output, etc. Various kinds of demand, so its design in the majority of the offshore platform. This paper introduces the basic knowledge
6、of compressed air system, structure, principle. Present stage compressed air system of some of the basic case, the compressed air system composed platform of main equipment of design selection and installation were detailed argumentation and textual research. According to the construction rules and
7、main to 40m jack-up platform depth of the ocean air compression system common problem analysis, design normative analysis, compressed air system overall design, tube system choice and calculation, designed a set of compressed air system, properly choose suitable pipe, reached the platform requiremen
8、t. 【Key Words】offshore: compressed air system; optimization design; pipe第 1 章 前言本科毕业论文 正文41940 年，海洋的石油开发出现在人们的眼前。从浅海到深海，一座座钢铁巨物海洋平台像一个个巨人一样，站立在海天之间。海洋油气开发的总产量所占的比例也越来越大，陆地油气的总产量所占比例自然就越来越小。在世界已发现的可采油气中，海洋油气占 40%左右。由于技术等条件限制，深海油气的开发程度还是非常低的,因此开发海洋油气拥有的潜力非常之大。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。19
9、56 年出现了钻井船,5 年之后，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。目前海洋平台可以分为钻井驳船、钻井船、内陆驳、自升式钻井平台、平台钻机、半潜式钻井平台、座底式平台和钻井模块这 8 种。据一家美国权威公司统计，全球陆地钻井平台从 1982 年达到 6150 台的高峰开始到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，大约有90%。 而同一时期，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重要地位。随着海洋平台作业水深能力的进步，深水的
10、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 年以后深水定义增加到 319 米，而现在国际上认为水深超过 1350 米才算深海。目前，全世界共有约 143 家公司从事海上钻井，其中钻井承包商约有 90 家，其他为综合性石油公司。钻承包商中拥有超过 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；另外还有一些综合性公司以及巴西、印度、俄罗斯等国家石油公司也有一定数量的海洋钻井平台。目前，我国只有中海油田服务股份有限公司家参与国际钻井平台市场竞争，但仍以浅海钻井平台为主，虽然已开始加强深海钻井平台开发建造，但我国海洋钻井平台的发展
11、已落后于美国、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，大部分依靠外国设计技术。开展上述相关方面的研究工作，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事业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程装备的设计建造。海洋平台在使
12、用当中，压缩空气系统是平台的重要动力气源，可为柴油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，所以其设计在海洋平台各个轮机系统中占有主要地位，本文也是为此而展开。本科毕业论文 正文5第 2 章压缩空气系统介绍本科毕业论文 正文62.1 压缩空气的概念在动力装置中，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、易于贮存和输送快捷、不会起火等优点，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，实现柴油机的起动、换向、控制与操纵。用压缩空气发动主、副机可以获得大的起动扭矩，具有很大的动力。(2)向气动自动化设备和系统提供压缩空气
13、;(3)向海水、淡水压力柜提供压缩空气，以维持一定的工作压力条件;(4) 吹通二氧化碳集合总管;(5)为汽笛、雾笛等设备提供吹鸣动力;(6)为桩靴排水提供动力;(7)为中控室吹气测深气源装置、井口远程控制装置提供动力;(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）吹灰空气瓶（11）试油工艺系统用气接口；（12）燃油速闭控制箱。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以一定数量和质量的压缩空气。根据各种设备所需的压力，所提供的压缩空气也不相同。2.2 压缩空气系统的组成压缩空气系统主要由微热再生干燥器、缓冲
14、气瓶以及配套设施，主机起动用空气瓶，吹灰用空气瓶组成，安放在空压机舱。压缩空气起动是利用压缩空气推动活塞运动而产生动力进行起动，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 2.94MPa。除开主、辅柴油机的起动，还有其他设备需用压缩空气。这些压缩空气基本从起动空气瓶引出，经减压阀减压后输送至各用气设备。为此，空气瓶也是压缩空气系统的重要一部分，空气瓶的容量除满足柴油机起动外，尚应增加以满足其他设备所需的空气量。而起动空气瓶也称为主空气瓶。起动空气系统主要由空气压缩机、起动空气瓶、阀、管路组成，再配以各种附件。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
15、系。控制空气系统能起到供给各种气动自动仪表和气动控制设备合格气源的作用，该系统是将气动空气系统的空本科毕业论文 正文7气经减压、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。应至少配 3 台空气压缩机。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 起动空气瓶起动空气瓶是平台重要的压力容器，用来储藏及输送压缩空气，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。空气瓶可以分为2 种，为立式和卧式，小容量空气瓶为立式
16、，大容量的为卧式。空气瓶上还应该设有相应的附件，比如隔离阀、泄放阀内残水的设备、安全阀等。根据有关规定，供主机起动的空气瓶应该设有两只以上，它们总容量在不补充压缩空气量的情况下，对可逆转主柴油机能从冷态连续起动不少于 12 次，对不能换向的主柴油机能从冷态连续起动不少于 6 次。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
17、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，不仅仅要求压力稳定、流量充足，还要求工作气体的洁净干燥。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，产生不良的效果。还会影响气动元部件的工作特性，使金属零件的锈蚀，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。(l) 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，便于把压缩空气中的水、油冷凝析出。空气干燥器一般安装在控制空气瓶的出气管上。(2) 油水分离器油水分离器的作
18、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。(3)过滤器本科毕业论文 正文8过滤器用于除去灰尘杂质，达到净化空气的目的。(4)稳压稳压一般是通过空气瓶来控制，从主空气瓶出来的压缩空气经过减压，达到空气所需气压，贮入控制空气瓶内，以保证空气使用时有稳定的压力。2.4 优化压缩空气系统的主要因素压缩空气系统须将 5 个基本因素考虑到设计中，才能使该系统优化。这 5 个因素是压缩空气的需求量，品质，供应，储存，管路系统。作为平台动力系统中的主要设备，拥有良好的这 5 个因素才能让它发挥
19、应有作用。而这 5 个因素必须通过周密的设计来满足，它们必须综合考虑，才能达到最佳的状态。2.4.1 压缩空气的需求量确定压缩空气系统的实际需求量有多少是很重要也是很困难的。因为压缩空气系统的用量经常波动很大，甚至会超过预先估计的平均量。设计一个压缩空气的储存及分配系统就必需知道最多时所需的用气量。测试一个系统所需求的用气量所用的方法最精确的就是用流量计监测空气流量，测试出来。压缩空气主系统的起点一般是流量记安装的最佳位子，当然了其他一些点也能安装流量记，但效果还是主系统的起点较好。通过流量记记录各种数据，比如压缩空气流量以及压缩空气的压力，得出的数据用来绘制流量图，流量的大小就一目了然了。还
20、要提到的两点也是很重要的，泄漏与假需求。它们在整个需求中占了相当的比例。泄漏指的就是压缩空气的泄漏，检查泄漏首先要关闭所有的空压机，接着要在没有气动工具运行的情况下，然后就可以进行测试了，这里有好好几种方法：测试满载运行的和时间、测试储气罐压力下降的时间、测试用气点的泄露。假需求指的是压缩空气系统由于系统压力与用气设备所需要的压力不同造成的。解决这个问题可以通过加装压力调节器来调整。每台气动设备运行时，流量及压力一般都是在额定的条件下，也就是最佳运行状态。这样，就要求一个能提供单一压力的压缩空气系统，平台压缩空气系统的设计与实现确保所有气动设备都能有效工作，整个系统在运行时有要较高压力，然后将
21、压力按设备需要的压缩空气调低。这种系统压力调节方式被多数平台及船舶所采用。2.4.2 压缩空气品质压缩空气不同的应用需要不同的品质。一般平台上的压缩空气系统，为了达到相应品质要求的压缩空气，会选择油水分离器、过滤器等设备对压缩空气进行处理。处理到如何的程度，国际标准 1508573 一 1 对其作了规定。本科毕业论文 正文92.4.3 供应需求空压机是压缩空气系统中重要的一部分，它是压缩空气的提供者。压缩机所产生的压缩空气可以利用储存设备和管路分配来达到需求。所以系统中这 3 点是基础，如果供应、储存及管路这 3 点布置不当，会引发各种问题，比如压力波动过大，设备损伤的较快。2.4.4 压缩空
22、气的储备压缩空气储备也是个关键点，它由系统中所有的容纳设备组成。充分的储备是非常重要的，代表了能量资源能在任何需要的时候可释放和补充。空气瓶通常表示了整个储备量的大小。根据 CCS 有关规定，供主机起动的空气瓶应该设有两只以上，它们总容量在不补充压缩空气量的情况下，对可逆转主柴油机能从冷态连续起动不少于 12 次，对不能换向的主柴油机能从冷态连续起动不少于 6 次。这也就要求要有相应的空气瓶，能在任何时候，任何需求中提供充足的空气储备。2.4.5 管路系统设计管路系统是为压缩空气提供一个输送的通道，并负责连接供应、储备及设备的需求。通常使用管路网络为不同地点供气。还有要提到的一点就是压缩空气在输送时，由于摩擦而导致压缩空气压力下降的问题。在理想情况下，管路中压力降低一般在 0.10.1sbar 之间。减少压力下降的主要方法有：缩短空气传输路径；降低系统内空气流速；去掉不必要的拐角、阀门及其他流量限制；排除泄漏等。管路系统布置的优化是提高整个压缩空气系统的效率的有效方法。第 3 章 自升式钻井平台压缩空气系统资料介绍
