基于火氣探測報(bào)警系統(tǒng)的海上平臺(tái)火災(zāi)防控管理探析

王智曉

(中國石化勝利油田分公司安全環(huán)保處，山東東營 257000)

海上平臺(tái)是海上生產(chǎn)主要的原油和天然氣的處理及外輸設(shè)施，這些設(shè)施通過管線和管件進(jìn)行連接，形成一整套相互關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，但在系統(tǒng)中潛在著可燃?xì)怏w泄漏的可能性。此外，海上平臺(tái)空間、面積有限，設(shè)備的布置較密，存在有封閉和通風(fēng)不良的處所，造成泄漏可燃?xì)怏w的聚集，潛在了引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)，做好火災(zāi)防控管理對(duì)海上平臺(tái)安全至關(guān)重要。

火氣探測報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)和可燃?xì)怏w探測報(bào)警系統(tǒng)兩部分組成[1]，是平臺(tái)安全設(shè)施中的一個(gè)重要組成部分，火氣探測報(bào)警系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)可能存在的火災(zāi)、可燃?xì)怏w泄漏進(jìn)行自動(dòng)探測，并在探測到后進(jìn)行報(bào)警，火災(zāi)情況下啟動(dòng)平臺(tái)的消防滅火系統(tǒng)，為平臺(tái)操作人員和生產(chǎn)設(shè)施提供安全保障。

1 火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)上可能發(fā)生的火災(zāi)進(jìn)行探測，當(dāng)探測到火災(zāi)發(fā)生時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并啟動(dòng)平臺(tái)消防滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由現(xiàn)場探測元件、現(xiàn)場手動(dòng)操作單元、控制單元和聲光報(bào)警單元組成。

1.1 火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)組成

1.1.1現(xiàn)場探測元件

a)煙霧探測器。可以在火災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間對(duì)燃燒產(chǎn)生的可見的煙霧或不可見的燃燒生成物產(chǎn)生反應(yīng)，由2個(gè)自補(bǔ)償電離室和1個(gè)高度穩(wěn)定的固態(tài)放大開關(guān)電路組成。其中一個(gè)電離室用于探測現(xiàn)場是否存在燃燒生成物，另一電離室則作為參考，以保證探測器在不同的環(huán)境條件下保持可靠的靈敏度。使用時(shí)，煙霧探測器接入兩線回路中，當(dāng)燃燒生成物進(jìn)入取樣室，取樣室電流降低，并引起電壓的變化，當(dāng)電壓變化超出預(yù)設(shè)的范圍時(shí)，就發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號(hào)到系統(tǒng)控制單元，同時(shí)探測器上的紅色顯示燈亮，在現(xiàn)場指示探測器已動(dòng)作。探測器一經(jīng)動(dòng)作，便鎖定報(bào)警，必須從控制單元面板上進(jìn)行復(fù)位。

b)溫度探測器。由一個(gè)鋁制管狀殼組成，在殼內(nèi)部有兩個(gè)可彎曲的膨脹元件，形成一對(duì)與外殼絕緣的正對(duì)的常開觸點(diǎn)。鋁制管狀外殼與內(nèi)部膨脹元件的膨脹系數(shù)不同。使用時(shí)，溫度探測器也接入兩線回路里，當(dāng)探測器急劇受熱時(shí)，管狀外殼發(fā)生微弱的膨脹和伸長，同時(shí)內(nèi)部元件以較慢的速度伸長，由于外殼的迅速伸長使內(nèi)部元件彎曲，從而使常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)出警報(bào)；當(dāng)探測器較慢受熱時(shí)，外殼和內(nèi)部元件幾乎以同樣的速度伸長，但當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定溫度時(shí)，內(nèi)部元件就會(huì)停止伸長，而外殼繼續(xù)伸長，導(dǎo)致觸點(diǎn)閉合，發(fā)出信號(hào)。探測器上顯示燈亮，現(xiàn)場指示探測器已動(dòng)作。探測器一經(jīng)動(dòng)作，便鎖定報(bào)警，必須從控制面板上進(jìn)行復(fù)位。

c)紅外線探測器和紫外線探測器。紅外線探測器和紫外線探測器主要安裝在一些比較重要的地方，如發(fā)電機(jī)房。紅外線探測器探測火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的熱量，而紫外線探測器則探測火焰。其輸出信號(hào)為4～20 mA的電流信號(hào)，將其連接到相應(yīng)的報(bào)警控制模塊上，當(dāng)其探測到火災(zāi)，發(fā)出報(bào)警。

d)易熔塞回路。易熔塞回路也是現(xiàn)場對(duì)火災(zāi)探測的一種方式,對(duì)火災(zāi)產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)。易熔塞回路由充氣閥、氣控制閥、單向閥、阻尼閥、壓力開關(guān)和若干易熔塞組成(如圖1)。回路中壓力開關(guān)常閉觸點(diǎn)接入火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)信號(hào)輸入回路中。正常情況下，打開充氣閥，氣體由氣源經(jīng)充氣閥和單向閥給回路充氣，回路壓力升到一定值后氣控制閥打開，當(dāng)壓力開關(guān)常閉觸點(diǎn)斷開后回路充氣結(jié)束，關(guān)閉充氣閥，回路將由氣源打開的氣控制閥、阻尼閥繼續(xù)給回路供氣，回路保持一定的壓力，以保保證壓力開關(guān)常閉觸點(diǎn)在分開位置。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，易熔塞在火災(zāi)產(chǎn)生熱量的作用下熔化，回路內(nèi)的氣體開始泄放，由于阻尼閥的作用，經(jīng)由氣控制閥充氣的速度比泄放的速度慢，回路中的氣壓逐漸降低，當(dāng)降低到一定壓力時(shí)氣控制閥關(guān)閉，切斷氣源，當(dāng)回路中的氣體繼續(xù)泄放，到壓力開關(guān)的設(shè)定值后，壓力開關(guān)常閉觸點(diǎn)閉合，向系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。該回路利用阻尼閥的工作特性，既保證正常情況下回路中保持一定的壓力，又保證在探測到火災(zāi)時(shí)，回路中的壓力能夠泄掉，使壓力開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)。

圖1 易熔塞回路

1.1.2現(xiàn)場手動(dòng)操作單元

現(xiàn)場手動(dòng)操作單元,即手動(dòng)報(bào)警器，固定安裝在設(shè)備房、生活樓或控制室等的入口處墻壁上，依靠手動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，內(nèi)含有常開觸點(diǎn)。當(dāng)手動(dòng)拉下時(shí)，觸點(diǎn)閉合，發(fā)出報(bào)警信號(hào)到系統(tǒng)，并鎖定，需用鑰匙手動(dòng)復(fù)位。

1.1.3控制單元

火災(zāi)控制單元安裝在控制室內(nèi)的火氣探測報(bào)警控制盤內(nèi)，是火災(zāi)探測系統(tǒng)的控制中心，由輸入模塊、輸出模塊、控制模塊和釋放裝置模塊組成。

a)控制模塊?？刂颇K是系統(tǒng)基本的控制單元。接到輸入模塊通過數(shù)據(jù)總線傳來的報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行處理后，控制模塊就會(huì)激發(fā)控制柜面板上的聲光報(bào)警器，并根據(jù)報(bào)警的情況向輸出模塊發(fā)出指令。

b)輸入模塊：現(xiàn)場探測器以并聯(lián)的方式接入輸入模塊啟動(dòng)回路，各現(xiàn)場探測器和現(xiàn)場手動(dòng)操作單元在正常情況下其觸點(diǎn)均為開路，當(dāng)任一探測器動(dòng)作，其觸點(diǎn)閉合，就會(huì)向輸入模塊發(fā)出一個(gè)信號(hào)，輸入模塊收到接入的探測器傳來的報(bào)警信號(hào)后，其面板上的紅色指示燈亮，同時(shí)通過數(shù)據(jù)總線將報(bào)警信號(hào)傳到控制模塊。

c)輸出模塊。該模塊接到控制模塊發(fā)出的指令后，產(chǎn)生輸出，輸出信號(hào)到接入其回路的安裝在平臺(tái)上的聲光報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)出聲光報(bào)警，并輸出信號(hào)到釋放裝置模塊。

d)釋放裝置模塊。該模塊接到系統(tǒng)輸出模塊傳來的報(bào)警信號(hào)后發(fā)出動(dòng)作，作用于消防系統(tǒng)的電磁閥和風(fēng)機(jī)、門的開關(guān)用電磁繼電器，啟動(dòng)平臺(tái)消防系統(tǒng)。釋放裝置模塊有兩個(gè)輸入端口，只有當(dāng)兩個(gè)端口都有信號(hào)輸入時(shí)，模塊才會(huì)被激發(fā)，輸出到接入的電磁閥或電磁繼電器上。

1.1.4聲光報(bào)警單元

由揚(yáng)聲器和報(bào)警燈組成，以聲、光的形式警示火災(zāi)的發(fā)生。

1.2 火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)工作程序

各模塊通過系統(tǒng)總線有效地連接在一起就組成了平臺(tái)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。其工作程序如下：

a)平臺(tái)某處發(fā)生火災(zāi)，現(xiàn)場探測器在第一時(shí)間探測到火災(zāi)的發(fā)生，并發(fā)出信號(hào)到系統(tǒng)控制柜內(nèi)的系統(tǒng)輸入模塊，或值班人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，通過手動(dòng)報(bào)警單元發(fā)出信號(hào)到系統(tǒng)輸入模塊。

b)輸入模塊在接到報(bào)警信號(hào)后，通過數(shù)據(jù)總線將該信號(hào)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制模塊。

c)控制模塊接到報(bào)警信號(hào)后，發(fā)出指令激發(fā)控制柜面板上的聲光報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)消防水泵，并通過數(shù)據(jù)總線向輸出模塊發(fā)出指令。

d)輸出模塊接到指令后，激發(fā)平臺(tái)上的聲光報(bào)警設(shè)備，并將指令傳給釋放裝置模塊。

e)釋放裝置模塊接到指令后，輸出信號(hào)到連接的電磁閥或電磁繼電器，開啟消防管路上的閥門，啟動(dòng)消防系統(tǒng)。另外，釋放裝置模塊必須兩個(gè)輸入端口均接收到報(bào)警信號(hào)才動(dòng)作，且其兩輸入端口接到的兩報(bào)警信號(hào)應(yīng)來自同一區(qū)域的兩個(gè)獨(dú)立的報(bào)警探測回路，這樣可以避免系統(tǒng)誤報(bào)警引起的消防系統(tǒng)動(dòng)作帶來的不必要損失。

通過系統(tǒng)各部分的協(xié)作，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生火災(zāi)時(shí)就能及時(shí)地探測到，發(fā)出警報(bào)，并自動(dòng)啟動(dòng)平臺(tái)消防系統(tǒng)，迅速地控制住火勢，再將其撲滅。

2 可燃?xì)怏w探測報(bào)警系統(tǒng)

可燃?xì)怏w探測報(bào)警系統(tǒng)用于探測海上平臺(tái)生產(chǎn)過程中設(shè)備和管線可能存在的可燃?xì)怏w泄漏，發(fā)出聲光報(bào)警并采取相應(yīng)的動(dòng)作。由控制單元、現(xiàn)場探測元件和聲光報(bào)警單元組成?？刂茊卧ň瘓?bào)放大、控制模塊和管理模塊。

2.1 可燃?xì)怏w探測報(bào)警系統(tǒng)組成

2.1.1可燃?xì)怏w控制單元

可燃?xì)怏w控制單元由警報(bào)放大、控制模塊和管理模塊組成，安裝在火氣探測報(bào)警系統(tǒng)控制盤柜內(nèi)一個(gè)專用的底盤內(nèi)，在底盤的后面是匯線排，將各模塊連在一起。

a)警報(bào)放大、控制模塊：根據(jù)現(xiàn)場傳回的信號(hào)，警報(bào)放大模塊可產(chǎn)生高、低兩種報(bào)警。當(dāng)產(chǎn)生低報(bào)警時(shí)，輸出信號(hào)到信號(hào)器，激發(fā)系統(tǒng)面板上的揚(yáng)聲器，并輸出信號(hào)到平臺(tái)控制系統(tǒng)，激發(fā)平臺(tái)上的各揚(yáng)聲器，從而發(fā)出警報(bào)；當(dāng)產(chǎn)生高報(bào)警時(shí)，輸出信號(hào)到信號(hào)器和平臺(tái)控制系統(tǒng)，使控制面板和平臺(tái)上的揚(yáng)聲器拉響，發(fā)出警報(bào)，并發(fā)出信號(hào)到發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，緊急關(guān)停發(fā)電機(jī)。可燃?xì)怏w探測器和警報(bào)放大、控制模塊間的接線圖。

b)管理模塊：管理模塊安裝在底盤的專用插槽內(nèi)，具有報(bào)警顯示、系統(tǒng)故障顯示、報(bào)警復(fù)位和報(bào)警應(yīng)答功能。

2.1.2現(xiàn)場探測器

現(xiàn)場可燃?xì)怏w探測器一般采用半導(dǎo)體式，由探頭和微處理器兩部分組成。依據(jù)現(xiàn)場可燃?xì)怏w的濃度，探頭傳送一個(gè)信號(hào)到微處理器，經(jīng)過微處理器處理后，輸出一個(gè)4～20 mA的信號(hào)。

2.1.3聲光報(bào)警單元

由揚(yáng)聲器和報(bào)警燈組成，以聲、光的形式警示某個(gè)區(qū)域可燃?xì)怏w泄漏的發(fā)生。

2.2 可燃?xì)怏w探測報(bào)警系統(tǒng)工作原理

可燃?xì)怏w都有一個(gè)爆炸范圍，爆炸范圍的最小值被稱為該氣體的最小爆炸極限，用LEL來表示。各種可燃?xì)怏w的爆炸范圍是不同的，故其最小爆炸極限也不同，對(duì)于采油平臺(tái)上的可燃?xì)怏w，其主要成分為甲烷，其最小爆炸極限為5%。

當(dāng)探測器探測區(qū)域的可燃?xì)怏w濃度達(dá)到20%LEL時(shí)，探測器產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，并傳送到放大、控制模塊，引起系統(tǒng)低報(bào)警，觸發(fā)控制面板及平臺(tái)上的揚(yáng)聲器，發(fā)出聲音報(bào)警。當(dāng)探測器探測區(qū)域的可燃?xì)怏w濃度達(dá)到60%LEL時(shí)，探測器產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，并傳送到放大、控制模塊，引起系統(tǒng)高報(bào)警，高報(bào)警除引起聲音報(bào)警外，還將有其他動(dòng)作發(fā)生，如引起發(fā)電機(jī)關(guān)停，從而導(dǎo)致平臺(tái)的整個(gè)關(guān)停，以確保海上生產(chǎn)人員及生產(chǎn)設(shè)施的安全。

3 平臺(tái)火災(zāi)防控管理

a)本質(zhì)安全化管理，對(duì)海上平臺(tái)火災(zāi)進(jìn)行防控，要從設(shè)計(jì)、建造階段就開展管理，要從根源上保證平臺(tái)，做到火災(zāi)防控管理本質(zhì)安全化。

b)日常管理，對(duì)海上平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)、火氣探測報(bào)警系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施加強(qiáng)維護(hù)、保養(yǎng)、維修，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，使各系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施時(shí)刻處于正常工作狀態(tài)。

c)變更管理，當(dāng)海上平臺(tái)火氣探測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)故障、無法及時(shí)修復(fù)時(shí)，應(yīng)對(duì)火災(zāi)防控工作實(shí)施變更管理[2]，采取變更生產(chǎn)工藝、停運(yùn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)重大的設(shè)備設(shè)施、對(duì)存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施或場所加強(qiáng)巡檢和要求現(xiàn)場巡檢人員必須佩帶便攜式可燃?xì)怏w報(bào)警儀等措施，防止火災(zāi)事故的發(fā)生，同時(shí)盡快聯(lián)系維保人員到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行修復(fù)。

4 結(jié)語

鑒于海上平臺(tái)環(huán)境的特殊性，必須做好火災(zāi)防控管理，維護(hù)好火氣探測報(bào)警系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在系統(tǒng)安裝、使用和維護(hù)過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

a)各種現(xiàn)場探測器應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范進(jìn)行安裝。

b)系統(tǒng)采用直流電源，應(yīng)由單獨(dú)的供電模塊和蓄電池組供電，以保證系統(tǒng)供電的可靠性。

c)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定由專業(yè)人員每3個(gè)月對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行一次檢驗(yàn)。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 中國船級(jí)社.淺海固定平臺(tái)建造與檢驗(yàn)規(guī)范[M].北京：國家交通出版社,2004.

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