通常, 中小型自升式钻井平台发电机冷却采用风冷, 空调等其他辅助设备用海水直接冷却, 部分空调系统

采用空冷方式, 而大型平台也有采用水冷的情况, 即海水直接冷。[1]Workhouse型自升式钻井平台最初是

基于发电机风冷的设计, 在合同设计阶段, 由于平台工作水域更改为中东地区, 环境温度较高, 业主担心

风冷效果不好造成发电机组故障, 因此要求改变设计方案, 将发电机风冷改成水冷, 重新设计冷却水系统

。

1 基于35℃海水温度的冷却水系统方案可行性分析
对于无限航区的船舶, 冷却水系统设计通常基于海水最高温度32℃;对于长时间在热带工作的平台, 有时

要求按照最高海水温度35℃设计。[2]一般情况下, 完全采用中央冷却淡水系统设计方案需要考虑的设计

和工作条件有: (1) 海水直接冷却即海水泵直接将海水输送到冷却用户, 没有温度控制。 (2) 直接冷却

情况下, 冷却水用户的冷却器材质需要按照海水设计, 对腐蚀性要求高。 (3) 海水温度受到季节和工作

水域的变化有很大的差异, 例如在0～32℃之间。

中央冷却淡水系统在常规船舶和海洋工程项目中应用非常普遍, 其中淡水侧为相对闭式循环, 并配置温度

控制阀以确保稳定的冷却水温度;海水侧为开式循环, 海水泵直接从海底门吸取海水, 经冷却器后排出舷

外, 无须配置温度控制阀。如果采用中央冷却系统, 冷却用户不直接接触海水可以降低设备对材质的要求

, 冷却水温度相对稳定, 因而冷却用户的设计和工作条件也相对稳定。

由于平台原始设计的理念是风冷柴油发电机组和空调机组, 没有配置独立的中央淡水冷却系统, 海水冷却

系统容量也很小。若按照新要求将柴油发电机组和空调改成水冷形式, 采用中央冷却水方案需要额外的空

间安装中央淡水泵和冷却器, 原平台的结构和舱室功能划分根本没有考虑这些辅助设备的布置, 其他机械

处所空间紧凑, 无法布置体积较大的冷却水泵和冷却器;若将右侧储物间改造成机械舱室安装冷却系统设

备和附件, 则原有的储物功能无法满足平台工作和日常维护的需要。另外, 因中央冷却水系统海水侧的需

求, 原海水深潜泵容量需要相应增加。

设计团队注意到改装原先海水冷却水系统的方案较淡水中冷系统的优势在于无须额外的中央冷却水泵和冷

却器, 无须改变舱室功能;面临的最大问题是需要对柴油机冷却系统做变更, 海水深潜泵的容量增加后,

已经到达常规深潜泵的容量极限。同时因系统流量增加带来的管径增加, 给管系布置相应增加了难度。分

析比较后, 设计团队决定采用扩容原海水冷却系统的方案, 即修改发电机的冷却水系统, 其他辅助设备仍

然沿用海水冷却, 同时增加海水深潜泵的数量以满足额外的海水需求。

2 改装海水冷却系统的方案设计
通常, 海水冷却系统的主要构成包括:水源、冷却用户和排海口。深潜泵是整个钻井平台海水系统的供应

源, 其中两台海水泵安装在桩腿上的泵塔上, 可随导轨上下移动以调整潜水泵的潜深;一台潜水泵设计成

软管卷盘形式, 即通过软管卷盘收放潜水泵;深潜泵的出口都连接到海水环管上, 海水冷却系统从海水环

管取水后经增压泵供应给各个用户, 海水经各个冷却用户后, 汇总到排海总管上排入大海, 如图1所示。

发电机高低温冷却水系统采用内外循环的方式, 自带海水冷却器, 即冷却器热侧为高低温淡水, 冷侧为海

水。冷却器集成在发电机公共底座上, 对原有舱室布置没有额外的空间要求。

 图1 海水冷却水系统
图1 海水冷却水系统   下载原图

冷却水系统容量计算需要考虑的两个大用户是五台发电机 (每台约80 m3/h) 和空调机组 (共约280 m3/h)

。冷却水系统流量计算如表1所示。

表1 海水冷却系统流量计算     下载原表

 表1 海水冷却系统流量计算
3 浮态临时冷却系统调试
冷却水系统计算和设计完成并实船安装后, 在调试过程中面临新的挑战: (1) 调试的场地处于长江下游,

靠近入海口处, 江水的泥沙和其他杂质含量较高。 (2) 业主不允许直接用江水调试, 即使允许也需要拆

检所有冷却用户上的冷却器并检修所有的深潜泵。鉴于设备拆检损坏后所需的维修工时费用、进口设备的

备件供货周期等问题, 项目建造小组经讨论后决定采用临时冷却系统。

临时冷却系统需解决的问题: (1) 尽可能利用现有设备且对原有系统改动最小。 (2) 据平台的不同调试

工况计算临时系统容量, 确保新增加设备容量最小。 (3) 平台在浮态时可以用江水, 但平台升高后没有

水源。 (4) 临时冷却系统需解决冷侧和热侧的水源和循环问题, 利用自然条件和设计环境的差异进行系

统设计。

浮态时冷侧使用江水, 经临时潜水泵 (悬挂在平台一侧) 和临时冷却器后排入长江, 所用管路和附件都需

采购;热侧使用原冷却水系统的设备和管路, 连接系统的取水管路和原排海管路由开式循环改成闭式循环

。考虑到原有开式循环系统压力损失问题, 可借用一台水泵做增压泵使用。新增加和改装原有管路都采用

软管和钢管结合的办法提高施工效率。系统流程如图2所示。

 图2 浮态临时冷却系统
图2 浮态临时冷却系统   下载原图

冷却器的热负荷计算兼顾了平台不同季节的不同工况, 例如不同工况下的柴油机运行负荷、夏季和冬季的

空调使用情况、冬季和夏季的江水温差。经平衡冷却系统热负荷后, 冷却水供应受工况和季节影响很大,

若采用单台潜水泵供水, 则造成低负荷状态下的浪费, 且系统没有备份, 一旦水泵有故障, 则整个平台必

须停止调试;若采用常规的一用一备配置, 水泵的配置会更加浪费。通过评估冷却器的热负荷和冷却用户

的流量要求, 发现60%的容量基本满足了常规工况下整个平台的使用要求。因此, 采用2×60%的容量配置

临时冷却水泵。这样既满足使用要求, 又能实现系统的冗余设计, 提高系统的可靠性。同时为了节约成本

, 冷却器只是采用1×100%的容量, 但是为了防止堵塞设计了反冲系统。在系统的实际运行过程中, 没有

安装增压泵, 造成热侧系统压力和流量偏小, 但仍然可以满足使用要求。

4 自升式平台的升桩状态调试
自升式平台的升桩状态包括从插桩到平台离开水面、继续爬升到工作高度甚至桩腿顶部的过程, 在平台离

开水面1 m左右时, 船上开始检查各个系统工作情况, 即将继续爬升的时间节点。此时, 平台已经高于水

面, 准备爬升到桩腿顶部, 临时冷却水泵必须拆除, 无法继续向冷却水系统供水。在无外部水源供应的情

况下, 只能利用压载舱内的存水, 因此存水的数量和使用方法是这个系统设计的关键。一般而言, 存水越

多越好, 但受到升桩系统工作负荷的限制及舱内水的配载会影响单个桩腿的负荷。经严格的升桩过程计算

和安排升起后的调试, 最终确定带1 800 t水升桩, 并配载在6个不同的水舱内, 配载方案如表2所示。[3]

确定配载方案的前提是必须保证每个桩腿负荷控制在允许范围内, 且确保三个桩腿的负荷尽可能均衡。

表2 升桩过程配载和桩腿负荷计算     下载原表

 表2 升桩过程配载和桩腿负荷计算
同时水在单个压载舱内循环使用, 当水温超过32℃时再切换到其他舱室。水循环包括外循环和内循环两个

部分。外循环是用舱底水泵从相应舱室取水排到缓冲水仓;内循环是冷水水泵从缓冲舱取水, 经冷却用户

后再回到相应的压载舱。系统流程如图3所示。在系统实际运行过程中, 升降桩速度略高于设计速度, 使

系统总工作时间减少, 冷却水系统循环良好, 温升在计算范围内, 冷却用户没有发生过温度报警, 所带存

水剩余未循环水量可满足设计时考虑的应急预案。

 图3 升桩状态系统
图3 升桩状态系统   下载原图

5 结束语
本项目的冷却水系统改变了Workhouse型自升式钻井平台的原始系统设计, 在调试过程中有效解决了超常

规的要求。通过有效解决实际工作中的问题, 项目组积累了设计和改装类似项目冷却系统的经验, 能够在

未来的项目设计初期即考虑临时冷却系统的设计, 在系统设计、设备选型中预留相应的接口。同时, 该项

目也为项目组承接其他类似的海洋工程积累了经验, 为客户化定制系统提供了理论支持和实践经验。