導(dǎo)語：油氣平臺自動氣象觀測業(yè)務(wù)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：對開展油氣平臺自動氣象觀測業(yè)務(wù)面臨的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行分析，論述油氣平臺自動氣象站的特殊性能指標(biāo)和功能需求，提出解決辦法；剖析油氣平臺的物理結(jié)構(gòu)、作業(yè)特征、管理制度對開展自動氣象觀測業(yè)務(wù)的影響，參考《地面氣象觀測規(guī)范》，給出油氣平臺自動氣象站站址優(yōu)選方法和建議安裝位置；論述了開展該項(xiàng)觀測業(yè)務(wù)的頂層設(shè)計(jì)和建設(shè)協(xié)調(diào)機(jī)制，給出一線維保任務(wù)指導(dǎo)方案。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用氣象；氣象觀測業(yè)務(wù)；自動氣象站；油氣平臺；北斗通信

廣東省是我國臺風(fēng)災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)，僅2017年顯著影響廣東的臺風(fēng)就多達(dá)7個(gè)，給人民生活和社會生產(chǎn)造成了極大的影響和財(cái)產(chǎn)損失［1－2］。臺風(fēng)的大尺度觀測預(yù)警主要依賴氣象衛(wèi)星云圖反演［3－4］，接近陸地后則通過天氣雷達(dá)進(jìn)行觀測和定位［5－6］，為補(bǔ)充近海低層觀測密度，延伸對臺風(fēng)的精細(xì)觀測范圍，氣象部門在近海油氣平臺建設(shè)了一些自動氣象站，這些站點(diǎn)提供了途經(jīng)臺風(fēng)的直接觀測資料，對臺風(fēng)路徑和強(qiáng)度的驗(yàn)證具有重要意義。油氣平臺屬氣象條件極度惡劣的高危險(xiǎn)性特種作業(yè)環(huán)境，油氣平臺自動氣象站的技術(shù)體制、選址安裝、維保機(jī)制都和地面自動氣象站有非常大的差異，且目前尚無規(guī)范指導(dǎo)。本研究基于業(yè)務(wù)實(shí)踐，對油氣平臺自動氣象觀測的關(guān)鍵問題進(jìn)行探討，逐一論述解決方案，所得成果已在廣東省氣象部門指導(dǎo)油氣平臺自動氣象觀測業(yè)務(wù)工作中應(yīng)用。

1自動氣象站技術(shù)體制

1．1性能特點(diǎn)。油氣平臺自動氣象站一般對溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、雨量等6個(gè)要素進(jìn)行觀測，傳感器選用穩(wěn)定性和可靠性強(qiáng)的產(chǎn)品。例如，超聲風(fēng)傳感器利用超聲波與風(fēng)矢量疊加原理實(shí)現(xiàn)對風(fēng)向、風(fēng)速的測量，無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，耐腐蝕性強(qiáng)，非常適合在海洋環(huán)境使用。平臺在避險(xiǎn)撤離時(shí)會切斷供電，為保證持續(xù)觀測，自動氣象站配備自持力不低于1周的不間斷電源（uninterruptiblepowersupply，UPS）。油氣平臺易燃易爆?；范?，對電氣設(shè)備有防火和防爆等級要求，自動氣象站的數(shù)據(jù)采集器和供電設(shè)備置于認(rèn)證合格的防爆機(jī)箱內(nèi)，供電和信號電纜采用低煙無鹵電纜。由于海上具有高溫、高鹽、高濕、強(qiáng)日照、大風(fēng)的環(huán)境特點(diǎn)，油氣平臺自動氣象站機(jī)械結(jié)構(gòu)采用不低于＃316的不銹鋼材質(zhì)，表層電鍍?nèi)榘咨冷P漆。1．2通信傳輸。油氣平臺無移動通信覆蓋，采用海底電纜與陸地通信，但跨部門網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，且避險(xiǎn)期間網(wǎng)絡(luò)中斷，不適合自動氣象站使用。我國自主研制的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有短信息功能，提供了一種低功耗、低成本的報(bào)文傳輸途徑。如圖1所示，北斗用戶機(jī)獲取自動氣象站報(bào)文后，對報(bào)文打包增加北斗通信協(xié)議頭尾，經(jīng)北斗衛(wèi)星無線傳輸至北斗指揮機(jī)，指揮機(jī)解包去掉北斗通信協(xié)議頭尾，提取出自動氣象站報(bào)文，完成氣象觀測數(shù)據(jù)的傳輸［7－8］。因維護(hù)不便，油氣平臺自動氣象站具備遠(yuǎn)程控制能力，在通信接口設(shè)計(jì)指令集，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、站號設(shè)置、時(shí)間設(shè)置、觀測要素設(shè)置、調(diào)取報(bào)文等功能。表1為DZZ12型平臺自動氣象站北斗通信接口部分指令，“參數(shù)”缺省時(shí)返回當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)。1．3數(shù)據(jù)共享。油氣平臺作業(yè)對海上大風(fēng)極為敏感，其管理者對氣象觀測數(shù)據(jù)有很大需求。DZZ12型平臺自動氣象站擁有兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出接口，支持同時(shí)向北斗用戶機(jī)和平臺發(fā)送報(bào)文。平臺中央控制室是其中樞部門，值班員時(shí)刻監(jiān)控整個(gè)平臺的運(yùn)行和安全情況，在中央控制室配置一臺計(jì)算機(jī)連接自動氣象站，運(yùn)行上位軟件顯示氣象觀測數(shù)據(jù)。上位軟件將報(bào)文數(shù)據(jù)解析后展示在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)急顯示界面，同時(shí)生成氣象標(biāo)準(zhǔn)Z文件保存在本地硬盤，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

2選址安裝

2．1觀測環(huán)境分析。油氣平臺按功能分為井口平臺和中心平臺，考慮觀測需求，中心平臺具有較大優(yōu)勢：①管理級別高，安全性高；②無開采作業(yè)，空間較為充裕，可供選擇的安裝位置更多；③工種齊全，方便對自動氣象站安裝維護(hù)提供技術(shù)支持；④生活承載能力強(qiáng)，維保人員登平臺更方便，縮短自動氣象站故障修復(fù)時(shí)間。平臺設(shè)置相對分開的生活區(qū)和作業(yè)區(qū)。生活區(qū)頂部一般為直升機(jī)甲板，部分生活區(qū)附近還建有架設(shè)各種通信天線的小平臺。作業(yè)區(qū)設(shè)置了中央控制室、吊車、火炬臂、油氣開采煉化等設(shè)備，井口平臺作業(yè)區(qū)中央為鉆井架。氣象觀測點(diǎn)要求能夠較好地反映本地一定范圍的氣象要素特點(diǎn)［9］，頂層甲板空間開闊，氣流暢通，是最理想的氣象觀測點(diǎn)，但有部分限制：①直升機(jī)甲板附近限制高度；②吊車作業(yè)范圍內(nèi)超高物有碰撞損壞危險(xiǎn)；③鉆井架頂部為平臺制高點(diǎn)，測風(fēng)條件良好，但攀登要求高處作業(yè)操作證，作業(yè)危險(xiǎn)；④油氣煉化設(shè)備、火炬臂、空調(diào)壓縮機(jī)產(chǎn)生廢熱，影響附近溫度、濕度。2．2安裝位置優(yōu)選。受客觀條件限制，油氣平臺自動氣象站無法完全按照《地面氣象觀測規(guī)范》選址建設(shè)。在不影響平臺作業(yè)的前提下，綜合考慮安全、供電、信號傳輸、觀測需求，盡量保證氣象觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性。直升機(jī)甲板一般設(shè)置兩架舷梯，舷梯中段的候機(jī)處面積較大，可在盛行風(fēng)上風(fēng)向的候機(jī)處靠近甲板邊緣安裝自動氣象站。雨量傳感器安裝在主機(jī)箱附近，盡量錯(cuò)開欄桿，避免其對傳感器承雨口的側(cè)向遮擋；溫度、濕度傳感器置于防輻射罩中，注意規(guī)避熱源，盡量固定在主機(jī)箱附近；北斗用戶機(jī)要求上方及南向無遮擋，可安裝在主機(jī)箱上方或固定在甲板圍欄上［10－11］。風(fēng)傳感器應(yīng)當(dāng)在最多風(fēng)向的上風(fēng)向?qū)ふ野惭b位置，保證對盛行風(fēng)觀測不受影響，安裝位置推薦：①首選盛行風(fēng)上風(fēng)向的候機(jī)處，高度不能超出直升機(jī)甲板限制；②生活區(qū)旁如有通信小平臺，可作為第1候選址，如盛行風(fēng)上風(fēng)向被遮擋則不適合；③若有停止使用的火炬臂，可作為第2候選址，安裝在略高于平臺主體建筑的位置；④第3候選址為作業(yè)區(qū)頂層甲板的盛行風(fēng)上風(fēng)向角落，若為危險(xiǎn)區(qū)或吊裝區(qū)則不適合。

3維保機(jī)制

自動氣象站發(fā)生故障后，經(jīng)氣象部門提出維護(hù)申請，海油公司即根據(jù)平臺業(yè)務(wù)情況盡快安排維保人員登平臺維修。3．1人員資質(zhì)。根據(jù)《海洋石油安全管理細(xì)則》要求，維保人員必須持有“海上石油作業(yè)安全救生”和“防硫化氫技術(shù)”培訓(xùn)合格證書［12］?！昂Ｉ鲜妥鳂I(yè)安全救生”培訓(xùn)內(nèi)容包括海上求生、急救、消防、艇筏操縱、直升機(jī)水下逃生，合格證有效期5年；“硫化氫防護(hù)”合格證有效期4年。維保人員亦須參加“海上作業(yè)人員健康體檢”，體檢合格頒發(fā)“海上健康證”，有效期1年。憑前述3個(gè)證件辦理“人員跟蹤卡”，出海時(shí)隨身攜帶。以廣東為例，維保人員應(yīng)前往中海石油南海西部安全技術(shù)培訓(xùn)中心參加培訓(xùn)，在南海西部醫(yī)院參加體檢。3．2規(guī)范作業(yè)。平臺作業(yè)實(shí)行許可證制度，新作業(yè)必須按要求填寫許可證，經(jīng)監(jiān)督、總監(jiān)審批后交中央控制室備案，方可動工。如需現(xiàn)場焊接，需填寫熱工許可證，并在現(xiàn)場配備可燃?xì)怏w監(jiān)測儀、滅火器和觀火人員。需現(xiàn)場拍照的，應(yīng)當(dāng)申請防爆相機(jī)，不得使用手機(jī)拍照。在高空作業(yè)時(shí)，必須佩戴雙尾繩安全帶，尾繩固定在牢固的平臺結(jié)構(gòu)上。作業(yè)完畢后履行許可證結(jié)束手續(xù)，當(dāng)日未完成的作業(yè)應(yīng)辦理暫停手續(xù)，第2日辦理許可證繼續(xù)手續(xù)后方可繼續(xù)作業(yè)。進(jìn)入作業(yè)區(qū)須佩戴勞保用品，包括勞保服、安全帽、防刺穿勞保鞋、手套、護(hù)目鏡、防噪聲耳塞等。

4業(yè)務(wù)應(yīng)用

近年來廣東省已建設(shè)油氣平臺自動氣象站近10臺，在多次臺風(fēng)過程中測得寶貴數(shù)據(jù)。1719號臺風(fēng)“杜蘇芮”穿越我國南海期間，建設(shè)在某油氣平臺上的自動氣象站于2017年9月15日02：00（北京時(shí)，下同）距離臺風(fēng)中心最近約27km［13］，錄得2min風(fēng)速204m／s、氣壓9634hPa，并于02：15錄得該過程中的最低氣壓9599hPa，02：25錄得該過程中的最大風(fēng)速38m／s，與中央氣象臺的該時(shí)段中心氣壓965hPa、最大風(fēng)速38m／s基本吻合。本研究對油氣平臺自動氣象站的特殊技術(shù)體制、安裝選址規(guī)則和維保機(jī)制等關(guān)鍵問題展開了深入的研究，為油氣平臺自動氣象觀測業(yè)務(wù)的開展提供了技術(shù)指引。相較其他海洋氣象觀測方式，利用油氣平臺開展自動氣象觀測經(jīng)濟(jì)成本更低、建設(shè)維護(hù)難度更低，適合長期實(shí)施。隨著“一帶一路”建設(shè)的推進(jìn)，我國正逐步加強(qiáng)海洋氣象觀測能力，油氣平臺自動氣象觀測業(yè)務(wù)的角色將愈加重要。

作者:王明輝 陳冰懷 譚晗凌 單位:廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心