单点液压系统的串油设计与实践

单点液压系统的串油设计与实践

边平元

天津开发区海宁船舶工程技术有限公司天津300457

摘要：液压系统对介质洁净度的要求非常高，而管路的串油设计与介质洁净度密切相关。本文详细介绍了FPSO单点液压系统的串油设计，分析了影响串油效果的因素，通过量化的计算方法和实际操作检验，证明了通过串油回路的合理规划及设计能够提升液压系统介质洁净度的结论。

关键词：单点（STP）；串油（FLUSHING）；清洁度

引言

近二十年来，中国的海洋石油事业取得了空前的发展，从渤海湾到东海、到南海每年都投产很多采油平台，伴随着海上油田的开发，FPSO装置由于集生产处理、储存外输、生活、动力供应于一体，得到了广泛的应用。单点为FPSO单点系泊系统的简称，是FPSO装置安全运行的核心系统。本文以番禺FPSO（海洋石油111）为例，介绍单点液压系统的串油设计与实际操作。

单点及液压系统简介

该单点系统位于FPSO的艏部，由APL公司设计，为内转塔式单点系泊系统。该系统的核心部分主要集中在单点舱内。主要由STP浮筒、锁紧装置、转塔基座、油滑环、电滑环、公用滑环、通讯滑环、主绞车以及舱底泵、液压泵站、工艺管线、通风、消防等辅助设备及系统组成。涉及到液压操控的设备包括锁紧装置、回转头、舱底泵、绞车及控制台、注入阀、关断阀和圆舱盖。

串油设备的设计及选用

串油设备的设计及选用与影响设备串油效果的因素密切相关。一般在管路清洗时，只有当冲洗流体处于紊流状态时，冲洗才能达到最佳的效果，而判别紊流状态的依据就是流体的雷诺数。雷诺数的计算公式是Re=kQ/νd，式中

Re：雷诺数，根据流体力学理论，当Re>2320时，即可判定为紊流状态

K：常数

Q：管道流体流量

ν：流体粘度

d：管道内径

从上面公式可以看出，要想获得更高的雷诺数，有两个方法：

降低流体粘度。液压流体常温下粘度比较高，因此该单点的串油设备中配置了加热器，通过提高温度来降低流体粘度，一般情况下，需将流体加热到55℃以上，才能获得较低的粘度。

提高流体流量。这里要注意流体流量的提高要控制在一定范围内。因为根据管道流体理论，管道阻力和介质流量的平方成正比，因此一味地增加流体流量，会导致管道阻力增加，不利于投油机组的选型。该单点液压系统最终选用的是一款三泵联合的投油设备，该设备由1个油箱、2组电加热器、3台高压油泵，1台吸入滤器，再加2级回油滤器组成。3台高压油泵排量各不相同，投油时可单独使用，又可以任意并联使用，根据不同的串油回路，串油流量可以获得7种不同工况，在实践中也取得了非常好的效果。

串油回路的设计

该单点液压系统的串油回路设计满足如下条件：

1.串油回路尽可能利用已有的液压管线，减少临时跨接管线。如果液压管路的直径比较小，按照就近的原则，尽可能一次串油并联多路管线，并入的每一路管线长度尽可能接近。

2.回路规划完成后，必须进行管道阻力的平衡估算。流量的分配必须基于每个并入回路的压降损失一致。

3.最终压降损失的计算值如果小于高压油泵的设计出口压力，则视为回路设计可靠。

示例：注入阀液压系统、圆舱盖液压系统及舱底泵泄放管路同时串油的回路设计

图中并联了两个完整的回路，1个是注入阀回路（x7-a4-b4-x8），回路长度70米；1个是圆舱盖回路（x5-a3-b3-x6），回路长度为49米。

舱底泵液压系统包括三路管线，分别为供油管线（11/2”）、回油管线（11/2”）和泄放管线（1/2”），由于泄放管线管径与前者差别较大，在设计串油回路时，仅考虑了供油和回油管路，为了缩短串油时间，因此将泄放管路调整到当前的回路中，借助注入阀的一条管线，形成回路x7-a4-c5-x11。请注意在回路设计中，注入阀和舱底泵的回路分别加装了截止阀，目的是串油时，两个回路并非同时进行，而是交替切换进行的。

设计工况是：串油机组选用两台高压油泵同时工作，输出排量为87+27=114L/min。实际的流量分配是：圆舱盖33+注入阀（或舱底泵）27+节流阀54=114.设计串油温度为70℃。

回路设计中，为什么在串油机组的进出口加装了一个节流阀呢？原因在于仅凭机组自带的3台高压油泵经过测算，不能匹配出一个合适的排量，排量太小，出现不了紊流工况，冲洗效果不理想；如果排量太大，管路的压降损失太高，高压泵满足不了要求。目的就是通过调整节流阀，使串油回路获得一个合适的流量，既能达到冲洗效果，压降又不至于太高。

计算过程参见下表

串油的实际操作

由于大部分液压系统都使用TUBE管线，采用卡套连接，本身管线的清洁度比较高，颗粒物多为施工过程中进入的灰尘，因此为提高串油效率，在串油前使用高压氮气进行了吹扫，这些管线的串油基本在24~36小时内完成并达标，洁净度最高达到了CLASS1。

对于少数焊接的液压系统，管线的洁净度相对较低，颗粒物除灰尘外，还包括焊渣等大颗粒物，通过采用脉冲流、反向冲洗等辅助措施，最终的洁净度也达到了CLASS5。

结论

实践证明，采用回路压降的计算方法得到的设计值，和实际情况的吻合度非常高，串油前将液压油加热到预设温度，启动高压油泵，油泵出口的压力表指示和计算值的误差全部在10%以内。

在回路计算事例中，回路中我们并没有加装流量计，启动前保持节流阀全开，启动后，逐渐关小节流阀，直到泵出口压力达到设计值，这组回路最终的洁净度化验结果为CLASS2，这也间接证明了方案设计是合理的，压降计算是可信的，回路的冲洗是彻底的，冲洗时介质的雷诺数达到了设计要求。

单点液压系统的洁净度等级要求至少达到NAS1638class6，根据以上串油回路设计的单点液压系统的投油实际操作共计进行了7组，洁净度全部达标，证明了串油回路的合理规划及设计加上实践中有效的辅助手段能够提升液压系统介质的洁净度。

参考文献：

[1]FlushingProcedureforBarrierOilTubingbyFRAMOENGINEERINGAS

[2]单点液压系统清洗工艺规程，上海外高桥造船有限公司船研所编制