FPSO“伊利亞貝拉”電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

張　華

（廣船國(guó)際技術(shù)中心）

FPSO“伊利亞貝拉”電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

張華

（廣船國(guó)際技術(shù)中心）

簡(jiǎn)介了FPSO“伊利亞貝拉”電氣各系統(tǒng)的特殊性，主要特點(diǎn)為高壓分配電，設(shè)備及生產(chǎn)模塊的集成控制監(jiān)測(cè)，較復(fù)雜的應(yīng)急切斷系統(tǒng)等。

FPSO ICSS ESD

0　前言

我公司承接的FPSO“伊利亞貝拉”入級(jí)ABS，船東為SBM,主要用戶為巴西石油公司。FPSO采用多點(diǎn)系泊固定在特定的海域，非自航。FPSO作為一個(gè)海上原油的初步提煉工廠所需的電力負(fù)荷大，同時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)爆炸性氣體，且在FPSO上生活和工作的人員也比較多。由于這些特性，F(xiàn)PSO的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將具有特殊性。

1　電力系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

1.1電源

主電源由4臺(tái)34MW，電壓為11kV的燃?xì)鉁u輪高壓發(fā)電機(jī)組成，作為全船的主要電源。在正常情況下全船的所有負(fù)載都是通過(guò)4臺(tái)11kV發(fā)電機(jī)及相關(guān)的變壓器提供電源，在主發(fā)電機(jī)失電或生產(chǎn)模塊停產(chǎn)的情況下，考慮到機(jī)艙及生活區(qū)與生活、消防、安全相關(guān)的部分負(fù)載還需要電源，增加兩臺(tái)1200kW，450V的低壓發(fā)電機(jī)作為輔助電源提供給這部分設(shè)備供電，以便提高這部分設(shè)備供電的安全性。

應(yīng)急電源由1臺(tái)1800kW，450V的應(yīng)急發(fā)電機(jī)供給船上的應(yīng)急負(fù)載及甲板面的應(yīng)急消防泵。

由于FPSO為非自航式海上煉油工廠，需通過(guò)海底管線直接連接至鉆井口。關(guān)于電源方面，根據(jù)ABS FOI（海上裝置的安裝要求）相關(guān)規(guī)范的要求：FPSO上出現(xiàn)故障或出現(xiàn)漏油在切斷應(yīng)急發(fā)電機(jī)的情況下，仍然要有備用電源能給應(yīng)急狀態(tài)下需要使用的設(shè)備（例如，自動(dòng)電話，廣播&警鈴，逃生用的應(yīng)急照明燈具）提供至少30分鐘的供電時(shí)間[2]。因此本船額外配置了兩組UPS電源，UPS電源由兩組230V，容量為200kVA作為全船的臨時(shí)電源。

1.2電壓等級(jí)及電制

主甲板面生產(chǎn)模塊的主要設(shè)備功率很大（最大功率為15152kW，最小功率為460 kW），如果采用常規(guī)的低壓供電給這些設(shè)備，電流會(huì)相當(dāng)大，電纜的用量會(huì)相當(dāng)大，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮采用11kV的電壓等級(jí)，其他輔助設(shè)備、機(jī)艙和上建的負(fù)載由于一般功率都不大，采用450V/230V的電壓等級(jí)。另外，由于這個(gè)項(xiàng)目主要用戶是巴西石油公司，從安全的角度及巴西相關(guān)規(guī)范的角度考慮，生活區(qū)的正常負(fù)載要求采用400V/230V3相4線制(3P+N)的電制[1]，其他區(qū)域的設(shè)備采用常規(guī)的3相3線制。

關(guān)于電力系統(tǒng)部分框圖見(jiàn)圖1。

2　ICSS（集成控制和安全系統(tǒng)）技術(shù)特點(diǎn)

由于FPSO上有油、氣、水的處理設(shè)施，這些處理設(shè)施需要有相應(yīng)的監(jiān)控裝置。如果不將這些監(jiān)測(cè)裝置采用集成控制的方式,對(duì)各個(gè)生產(chǎn)模塊需要單獨(dú)的監(jiān)控裝置，這樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)FPSO上需要很多專(zhuān)業(yè)的人員來(lái)監(jiān)控各個(gè)生產(chǎn)裝置，對(duì)FPSO的運(yùn)營(yíng)和管理及人員的安全性帶來(lái)很多不便，同時(shí)也不經(jīng)濟(jì)。FPSO上所有設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)采用集成雙套冗余網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，所有的控制站采用人機(jī)界面的形式，這樣就大大節(jié)省了專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)裝置監(jiān)控人員。

圖1　電力系統(tǒng)部分框圖

ICSS所控制的系統(tǒng)包括：火災(zāi)和可燃性氣體探測(cè)系統(tǒng)，生產(chǎn)模塊控制系統(tǒng)，生產(chǎn)模塊安全系統(tǒng)，高集成壓力保護(hù)系統(tǒng)，液位遙測(cè)，流量監(jiān)測(cè)，貨油系統(tǒng)和機(jī)艙區(qū)域設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)。具體的框圖見(jiàn)圖2。

圖2　ICSS系統(tǒng)框圖

3　內(nèi)部通訊系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

3.1自動(dòng)電話系統(tǒng)

由于本船為非自航性海工產(chǎn)品，根據(jù)ABS FOI(海上裝置的安裝要求)內(nèi)部通訊方式可僅設(shè)自動(dòng)電話不需考慮設(shè)置聲力電話，因此，本船內(nèi)部通訊僅設(shè)置自動(dòng)電話。這樣自動(dòng)電話就作為這個(gè)項(xiàng)目的主要內(nèi)部通訊方式，根據(jù)ABS FOI的要求，由于在主要設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備切斷后,自動(dòng)電話作為FPSO上的主要通訊方式還需要繼續(xù)給相關(guān)的人員提供通訊，所有機(jī)艙、室外及生活區(qū)中在通風(fēng)設(shè)備切斷后，可能會(huì)有危險(xiǎn)氣體進(jìn)入的區(qū)域需采用防爆的電話，防爆等級(jí)需滿足ZONE2的防爆等級(jí)要求[2]。

3.2廣播及通用報(bào)警系統(tǒng)

廣播作為與安全相關(guān)的裝置其冗余度要求相對(duì)較高。本項(xiàng)目廣播及通用報(bào)警系統(tǒng)采用雙系統(tǒng)的冗余方式，即由A路和B路廣播組成，在噪音比較大的地方采用A路和B路閃光燈作為補(bǔ)充，主控制單元由兩個(gè)A路和B路控制單元分別控制相關(guān)的A路和B路廣播及閃光燈，A路和B路控制單元分別安裝在不同的控制箱內(nèi)且布置在不同的區(qū)域，最大程度地提高了此系統(tǒng)的可靠性。另外，根據(jù)ABS FOI的要求，同樣也需要在機(jī)艙、室外及生活區(qū)中在通風(fēng)設(shè)備切斷后，可能會(huì)有危險(xiǎn)氣體進(jìn)入的區(qū)域采用防爆類(lèi)型的廣播，防爆等級(jí)需滿足ZONE2的防爆等級(jí)要求[2]。廣播及通用報(bào)警框圖見(jiàn)圖3。

圖3　廣播及通用報(bào)警的框圖

FPSO對(duì)于安全方面的要求比較高，自動(dòng)電話、廣播及通用報(bào)警的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選型上與其它船舶產(chǎn)品有比較大的差異，其它內(nèi)部通訊系統(tǒng)及火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)與常規(guī)船類(lèi)似。

4　可燃?xì)怏w探測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

FPSO作為油氣處理裝置，會(huì)存在可燃性氣體，為了防止在ESD（應(yīng)急切斷系統(tǒng)）切斷相關(guān)的風(fēng)機(jī)后導(dǎo)致可燃?xì)怏w泄漏至安全區(qū)域，需配置可燃?xì)怏w探測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)。布置的位置也需要根據(jù)這一特性來(lái)布置，本船可燃?xì)怏w探頭的具體布置位置如下：危險(xiǎn)區(qū)域ZONE1和ZONE2區(qū)；危險(xiǎn)區(qū)域的通風(fēng)出口，油漆間除外；貨油泵艙及其進(jìn)氣口；HVAC（加熱，通風(fēng)和空調(diào)裝置）進(jìn)氣口；機(jī)艙進(jìn)氣口；廚房進(jìn)氣口；泡沫泵間進(jìn)氣口；消防泵間進(jìn)氣口；應(yīng)急發(fā)電機(jī)室進(jìn)氣口；蓄電池間排氣口；助燃空氣進(jìn)口；空壓機(jī)進(jìn)氣口；高壓變壓器間；渦輪增壓器及冷卻空氣進(jìn)氣口。

5　ESD系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

FPSO作為處理原油的海上裝置，為了防止非正常操作導(dǎo)致重大的危險(xiǎn)事件或危險(xiǎn)事件蔓延，需設(shè)置相對(duì)復(fù)雜的ESD系統(tǒng)。ESD分四個(gè)部分的應(yīng)急切斷,即PSD切斷生產(chǎn)模塊處理裝置、海底管線接口及卸油裝置, ESD2切斷風(fēng)機(jī)和油泵，ESD1切斷主發(fā)電機(jī)及所有非防爆設(shè)備(其中包括無(wú)線電設(shè)備的天線和傳感器等)，APS切斷應(yīng)急發(fā)電機(jī)。本船應(yīng)急切斷的邏輯及框圖見(jiàn)圖4。

圖4　ESD系統(tǒng)應(yīng)急切斷框圖

ESD切斷按鈕應(yīng)布置在出現(xiàn)危險(xiǎn)的情況下容易到達(dá)的位置，本船ESD切斷按鈕的布置位置為：中央控制室（ESD1/ESD2/PSD）;集控室和A甲板的左右舷出口（ESD2）；直升機(jī)甲板左右入口（APS/ESD1/ESD2）; A甲板左右集合區(qū)/救生艇登乘站（APS/ESD1/ESD2）;上部模塊區(qū)域各個(gè)生產(chǎn)模塊的出入口及上部模塊區(qū)域進(jìn)入生活區(qū)的入口（PSD）。

6　特殊設(shè)備的防爆要求[2]

由于FPSO的特殊性，危險(xiǎn)氣體可能會(huì)擴(kuò)散至相關(guān)規(guī)范規(guī)定的危險(xiǎn)區(qū)域以外的區(qū)域，在APS切斷后（即應(yīng)急發(fā)電機(jī)切斷后）仍然有部分設(shè)備能保持正常操作以供人員安全逃生用。在危險(xiǎn)氣體可能會(huì)擴(kuò)散的這些區(qū)域以下設(shè)備要求為防爆設(shè)備，防爆等級(jí)需適應(yīng)危險(xiǎn)區(qū)域ZONE2的要求。

在FPSO上可燃?xì)怏w探測(cè)器探測(cè)到有易燃?xì)怏w的情況下，所有逃生用的應(yīng)急燈；總用報(bào)警鈴；廣播；自動(dòng)電話；火災(zāi)和氣體。

無(wú)線電通訊設(shè)備，由于目前生產(chǎn)廠家一般無(wú)法提供防爆的無(wú)線電天線設(shè)施，可采用應(yīng)急切斷系統(tǒng)切斷無(wú)線電的使用，防止由于無(wú)線電天線的電磁輻射引起的可燃?xì)怏w的爆炸。

在ESD切斷后，所有安裝在室外仍需要操作的設(shè)備，防爆等級(jí)至少需適應(yīng)危險(xiǎn)區(qū)域ZONE2的要求。

7　導(dǎo)航及無(wú)線電系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

FPSO為非自航性海工產(chǎn)品，航行設(shè)備的配置相對(duì)比較簡(jiǎn)單。配置一臺(tái)X波段雷達(dá)，一個(gè)電羅經(jīng)，一套自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及滿足避碰規(guī)則中與其特性相關(guān)的避碰要求的航行燈和信號(hào)燈，不需配置測(cè)深儀與計(jì)程儀等與航行相關(guān)的導(dǎo)航設(shè)備。

無(wú)線電系統(tǒng)的配置除了滿足常規(guī)的A1，A2，A3海域中SOLAS中要求的配置要求外，還多配置了一套滿足A1，A2，A3海域的無(wú)線電設(shè)備作為應(yīng)急使用，并另外提供衛(wèi)星通訊及超高頻電話給FPSO上船員操作與維修船上的設(shè)備。由于本船設(shè)有直升機(jī)甲板，配置了航空用甚高頻電話及歸航信標(biāo)輔助直升機(jī)導(dǎo)航。

8　照明系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)[3]

照明系統(tǒng)相對(duì)于普通船舶也有其特殊的要求。FPSO生活區(qū)可容納140人，工作和生活的人員相對(duì)普通船舶較多且居住時(shí)間長(zhǎng)，為了提高人員的居住舒適度，照度需滿足ABS HAB(海上裝置船員舒適度的要求)。應(yīng)急照明部分相對(duì)于普通船舶需增設(shè)臨時(shí)應(yīng)急照明及與安全相關(guān)的應(yīng)急逃生指示燈。

9　FPSO上獨(dú)特的系統(tǒng)

9.1氣象系統(tǒng)

為了協(xié)助直升機(jī)的飛行，F(xiàn)PSO上配置了一套氣象站系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動(dòng)完成天氣狀況的測(cè)量，此套系統(tǒng)滿足聯(lián)邦航空局/世界氣象組織的相關(guān)規(guī)則的要求。

此系統(tǒng)包括空氣溫度/濕度傳感器、空氣壓力傳感器、風(fēng)速和風(fēng)向傳感器、直升機(jī)運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、云高測(cè)量系統(tǒng)、能見(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)、海水波高和流向測(cè)量系統(tǒng)、遙控顯示器等。此系統(tǒng)安裝在室外的傳感器的防爆等級(jí)需滿足ZONE2的要求。氣象系統(tǒng)的框圖見(jiàn)圖5。

9.2與穿梭油輪卸載監(jiān)控系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要用于監(jiān)控FPSO與穿梭油輪之間的輸油情況，以防止出現(xiàn)泄漏油的情況。通常FPSO與穿梭油輪之間的卸油是通過(guò)纜繩和輸油軟管來(lái)物理連接，在此過(guò)程中需要保證輸油軟管始終處于松弛的狀態(tài)，這樣就要求配備相關(guān)的監(jiān)控及通訊系統(tǒng)，用于監(jiān)控兩者之間的連接狀況及保持兩者之間的通訊。此系統(tǒng)由FPSO及穿梭油輪上兩部分設(shè)備組成，主要包括超高頻無(wú)線電，監(jiān)控設(shè)備和可編程處理器等。系統(tǒng)的框圖見(jiàn)圖6。

圖5　氣象系統(tǒng)框圖

圖6　卸載監(jiān)控系統(tǒng)框圖

10　結(jié)束語(yǔ)

本文是以我司完工的“伊利亞貝拉”號(hào)為載體對(duì)FPSO電氣系統(tǒng)與常規(guī)船相比的一些特殊點(diǎn)進(jìn)行總體描述，所介紹的系統(tǒng)符合常規(guī)FPSO的設(shè)計(jì)特性，可為后續(xù)類(lèi)似的海工產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)提供參考。

[1]NR-10brazilian rule REGULATORY NORM NO.10 . SAFETY IN ELECTRICAL INSTALLATIONS AND SERVICES;

[2]ABS facilities on offshore installations

[3]ABS guide for crew habitability on offshore installations

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.01.003

張華（1981--），女，工程師，船舶電氣設(shè)計(jì)。

（2014-8-18）