FPSO固定式消防系統(tǒng)的電氣控制流程

丁 海

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

FPSO是一種復(fù)雜的船型，由于需要在主甲板以上安裝大量的生產(chǎn)處理模塊進(jìn)行原油的處理及輸送，整個(gè)船舶的工況十分復(fù)雜。船舶消防系統(tǒng)是為了提高船舶安全、預(yù)防船舶上可控的局部火災(zāi)蔓延而設(shè)計(jì)安裝的保護(hù)設(shè)施，是船舶的重要組成部分。根據(jù)相關(guān)規(guī)范[1-3]要求，F(xiàn)PSO各區(qū)域的不同要求，結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)，對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)失火區(qū)域，采用選用不同介質(zhì)、集中與分布相結(jié)合的固定式消防系統(tǒng)，對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)失火區(qū)域，采用消防龍頭，便攜式滅火器等相結(jié)合的消防方式。

一般來(lái)說(shuō)，由于FPSO的上部模塊和主船體選擇不同的建造集成廠家，集成控制系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立完整的系統(tǒng)構(gòu)成，即：主船體集成控制系統(tǒng)（HULL control-safety system，HULL CSS）和上部處理模塊集成控制系統(tǒng)（TOPSIDE control-safety system，TOPSIDE CSS），給全船性系統(tǒng)控制帶來(lái)一些不確定因素。如何通過(guò)這兩個(gè)控制系統(tǒng)的控制、監(jiān)控、報(bào)警，使全船消防系統(tǒng)能夠快速、安全、有效發(fā)揮其效用，是本文論述的重點(diǎn)。

本文通過(guò)上海船務(wù)承接設(shè)計(jì)建造的巴西石油的FPSO，探討固定式消防系統(tǒng)控制系統(tǒng)電氣控制流程，以供后續(xù)類似項(xiàng)目參考。

1 FPSO全船消防系統(tǒng)的配置

消防水作為船舶上最常用的消防介質(zhì)，在FPSO中也被廣泛使用，主要用于露天區(qū)域及部分生產(chǎn)處理模塊的水噴淋；全船各區(qū)域的低風(fēng)險(xiǎn)失火區(qū)域，包含居住區(qū)域（過(guò)道，健身房等）使用的消防龍頭；泡沫消防系統(tǒng)的水基溶劑。

泡沫滅火系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，針對(duì)大面積液體火災(zāi)最有效的滅火系統(tǒng)。在FPSO上用于：直升機(jī)甲板；艏部和艉部的卸油區(qū)域；全船貨油艙。

由于直升機(jī)甲板距離泡沫滅火系統(tǒng)環(huán)管距離較遠(yuǎn)，在垂直方向的距離也較大，將泡沫液環(huán)管引入到直升機(jī)甲板，保持環(huán)管壓力的代價(jià)較大。故該項(xiàng)目中，在直升機(jī)甲板使用了一套獨(dú)立的泡沫消防系統(tǒng)。

CO2滅火系統(tǒng)根據(jù)其不損壞設(shè)備，滅火能力強(qiáng)的特點(diǎn)，較為廣泛地應(yīng)用到含有電氣設(shè)備的區(qū)域，在FPSO項(xiàng)目中，應(yīng)用于：廚房；機(jī)艙區(qū)域；散布于主船體及上部模塊的配電板間、電氣設(shè)備間。

由于全船配電板間和電氣設(shè)備間分布較為分散，故FPSO的CO2滅火系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域分布，分別在廚房、機(jī)艙、主船體艏部、上部模塊的通用模塊和電氣模塊中，使用5套獨(dú)立的CO2滅火系統(tǒng)。每套系統(tǒng)根據(jù)所保護(hù)的區(qū)域，進(jìn)行單區(qū)域和多區(qū)域的消防保護(hù)。

2 消防系統(tǒng)電氣控制流程

2.1 消防水系統(tǒng)

消防水噴淋系統(tǒng)的控制流程如圖1所示。

圖1 消防水噴淋系統(tǒng)控制流程

該系統(tǒng)的消防保壓泵、消防泵單元（包含附屬的提升泵、增壓泵）均為雙套100%冗余配置，當(dāng)任意一組有故障時(shí)，可以自動(dòng)切換至另外一組。為了簡(jiǎn)化控制流程的描述，在圖1中以一套顯示。

消防水系統(tǒng)一直處于熱備狀態(tài)，隨時(shí)能夠投入使用，HULL CSS持續(xù)檢測(cè)消防水柜的液位和壓力，根據(jù)表 1的邏輯關(guān)系起停消防保壓泵并遙控開閉消防水柜上面的空氣進(jìn)口閥。

表1 起停消防保壓泵并遙控空氣進(jìn)口閥的邏輯關(guān)系

當(dāng)上述壓力信號(hào)或液位信號(hào)傳輸發(fā)生故障時(shí)，HULL CSS系統(tǒng)經(jīng)判斷并及時(shí)在HULL CSS中激活報(bào)警系統(tǒng)，提示需要通過(guò)人工干預(yù)進(jìn)行相關(guān)儀表或設(shè)備的檢修和維護(hù)，此時(shí)，消防保壓泵及消防水柜上相關(guān)閥門的相關(guān)操作即轉(zhuǎn)為人工操作。

該系統(tǒng)在熱備狀態(tài)下，由消防保壓泵往消防水管內(nèi)注入海水，并在水柜中通過(guò)注入一定量的空氣對(duì)水施予壓力，以便使消防水柜對(duì)消防水總管維持一定的持續(xù)的壓力。

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，該項(xiàng)目消防泵單元要求能夠連續(xù)維持18 h工作，由獨(dú)立的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，故消防泵能夠運(yùn)行的前提條件是柴油機(jī)滿足其運(yùn)行條件（如油、氣的供給，相關(guān)區(qū)域的通風(fēng)要求等等），且消防泵單元處于安全運(yùn)行的環(huán)境條件下。

消防泵可以選擇遙控及就地模式起動(dòng)，當(dāng)HULL CSS發(fā)出起動(dòng)信號(hào)時(shí)，起動(dòng)模式處于“遙控”時(shí)才可以接受此遙控起動(dòng)命令信號(hào)。

消防泵排出口安裝有壓力傳感器，用于進(jìn)行壓力檢測(cè)，目的是保證消防水能夠到達(dá)在最遠(yuǎn)端的用戶。

開啟全船水噴淋控制閥有如下幾種方式：

1）當(dāng)某區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，水噴淋控制閥頭上的熔斷絲受環(huán)境溫度影響，經(jīng)高溫后熔斷，噴頭自動(dòng)開始噴水；

2）當(dāng)TOPSIDE CSS檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)自動(dòng)激活相應(yīng)區(qū)域的水噴淋控制閥。

3）由TOPSIDE CSS操作人員發(fā)現(xiàn)某個(gè)區(qū)域有不明顯火災(zāi)或是有火災(zāi)危險(xiǎn)時(shí)，通過(guò)TOPSIDE CSS的人機(jī)界面，遙控開啟水噴淋控制閥。

4）由現(xiàn)場(chǎng)人員在水噴淋控制閥處手動(dòng)開啟。

水噴淋系統(tǒng)控制流程如下：當(dāng)水噴淋系統(tǒng)被激活（水噴淋閥門打開噴水，消防龍頭打開，泡沫消防系統(tǒng)連接的消防水閥門打開）后，在初始階段，消防泵并未起動(dòng)，由消防水柜為消防水總管供水，當(dāng)水柜內(nèi)液位低于設(shè)定值時(shí)，由HULL CSS檢測(cè)壓力信號(hào)，經(jīng)邏輯判斷，發(fā)出起動(dòng)消防保壓泵的指令，消防保壓泵起動(dòng)，將海水打入消防水柜，持續(xù)為消防水總管供水；當(dāng)消防水用戶用水量持續(xù)增大，消防水柜內(nèi)的水無(wú)法及時(shí)滿足用戶需求，消防水總管的壓力持續(xù)降低至設(shè)定值時(shí)，HULL CSS即向消防泵發(fā)出起動(dòng)命令，在檢測(cè)消防泵起動(dòng)條件后，消防泵及其附屬設(shè)備（消防提升泵，增壓泵等）起動(dòng)并開始工作，持續(xù)為消防水總管供水，以保證系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。消防泵運(yùn)行停止命令，需要在本地就行操作。

2.2 泡沫滅火系統(tǒng)

泡沫滅火系統(tǒng)電氣控制流程圖如圖2所示。

本文著重描述由集成控制系統(tǒng)監(jiān)控的滅火系統(tǒng)的運(yùn)行流程，獨(dú)立的泡沫消防系統(tǒng)（如直升機(jī)甲板泡沫滅火系統(tǒng)）不在此文中描述。

圖2 泡沫消防系統(tǒng)控制流程

為了保證消防系統(tǒng)滅火效用，泡沫消防泵為雙臺(tái)100%冗余配置，當(dāng)任意一臺(tái)故障時(shí)可以自動(dòng)切換至另外一臺(tái)。為了簡(jiǎn)化描述，圖2中表示1臺(tái)。

起動(dòng)泡沫消防系統(tǒng)有如下幾種方式：

1）當(dāng)HULL CSS檢測(cè)到艏部和艉部卸油區(qū)域的火警信號(hào)時(shí)，由中控室人員通過(guò)HULL CSS人機(jī)界面發(fā)出泡沫消防泵起動(dòng)指令。

2）當(dāng)TOPSIDE CSS檢測(cè)到主甲板區(qū)域的火警信號(hào)時(shí)，通過(guò)中控室內(nèi)安裝的TOPSIDE火警復(fù)示板，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由中控室的操作人員確認(rèn)火警，并通過(guò)HULL CSS人機(jī)界面發(fā)出泡沫消防泵起動(dòng)指令。

3）當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)不明顯火災(zāi)或是有火災(zāi)危險(xiǎn)時(shí)，在艏部和艉部卸油區(qū)域及主甲板就近位置按下泡沫消防泵起動(dòng)按鈕，該按鈕起動(dòng)信號(hào)通過(guò) HULL CSS發(fā)出泡沫消防泵起動(dòng)指令。

4）泡沫消防泵就地起動(dòng)。

泡沫消防泵一旦起動(dòng)，相關(guān)的運(yùn)行監(jiān)控信號(hào)即傳輸?shù)紿ULL CSS和TOPSIDE CSS中，通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)將“泡沫滅火系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行”的信號(hào)傳輸?shù)街鞔w和上部模塊的火氣系統(tǒng)及相關(guān)信息記錄系統(tǒng)。

泡沫消防泵可通過(guò)HULL CSS 發(fā)出運(yùn)行停止信號(hào)，或在就地停止。

泡沫消防泵將泡沫柜中的泡沫液打入到泡沫消防總管內(nèi)。泡沫柜的液位和壓力信號(hào)傳輸?shù)?HULL CSS系統(tǒng)中，當(dāng)信號(hào)異常，提醒操作人員及時(shí)補(bǔ)充泡沫液，檢修設(shè)備。

一旦泡沫消防泵起動(dòng)，即可通過(guò)HULL CSS及TOPSIDE CSS開啟相應(yīng)區(qū)域消防水管路和消防泡沫液管路上的閥門，這兩個(gè)閥門也可手動(dòng)開啟。消防水與泡沫液在消防炮內(nèi)按照97%和3%的比例混合生成所需的泡沫向外噴射。

消防炮通過(guò)手動(dòng)開啟，所以消防炮應(yīng)安裝在接近保護(hù)區(qū)域且人員易于到達(dá)的位置。

泡沫消防系統(tǒng)的控制流程如下：通過(guò)手動(dòng)或HULL CSS遙控起動(dòng)泡沫消防泵，泡沫消防泵將泡沫液打入到消防泡沫液總管，同時(shí)將泡沫泵起動(dòng)的信號(hào)傳輸?shù)紿ULL CSS和TOPSIDE CSS系統(tǒng)，由相應(yīng)的CSS系統(tǒng)遙控或操作人員手動(dòng)開啟相應(yīng)系統(tǒng)的消防水和泡沫液的閥門，由操作人員手動(dòng)開啟消防炮進(jìn)行滅火。

2.3 CO2滅火系統(tǒng)

CO2滅火系統(tǒng)因其釋放氣體時(shí)會(huì)造成人員的窒息，所以不允許在中控人為對(duì)其進(jìn)行遙控起動(dòng)操作，中控系統(tǒng)必須在接到現(xiàn)場(chǎng)的起動(dòng)命令后，才能發(fā)出命令信號(hào)，激活系統(tǒng)，中控系統(tǒng)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并及時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，提示人員不要進(jìn)入這些區(qū)域。

由于全船按照區(qū)域分布使用五套獨(dú)立的 CO2滅火系統(tǒng)，在此以機(jī)艙的CO2滅火系統(tǒng)為例，機(jī)艙CO2滅火系統(tǒng)共保護(hù)5個(gè)區(qū)域，故CO2氣瓶（其實(shí)存放的液態(tài)CO2）分為5組，分別針對(duì)每個(gè)保護(hù)區(qū)域。圖3以一個(gè)保護(hù)區(qū)為例。描述整個(gè)系統(tǒng)的分布及運(yùn)行流程。

CO2滅火控制系統(tǒng)的設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)分布在 3個(gè)區(qū)域：

1）CO2氣瓶存儲(chǔ)區(qū)域安裝的設(shè)備包括，CO2氣瓶組（包含每個(gè)氣瓶上的控制閥，定向閥及壓力傳感器等），CO2釋放及復(fù)位操作板（包含控制閥操作手柄，定向閥操作手柄及復(fù)位按鈕）。

2）CO2保護(hù)區(qū)域的每一個(gè)門口，安裝有保護(hù)區(qū)域的控制面板（包含控制閥操作手柄、定向閥操作手柄）、報(bào)警燈，在保護(hù)區(qū)域內(nèi)部安裝有聲、光報(bào)警。

3）CO2滅火系統(tǒng)的相關(guān)信號(hào)傳輸?shù)紿ULL CSS系統(tǒng)，HULL CSS進(jìn)行邏輯判斷并激活報(bào)警。

CO2滅火系統(tǒng)的釋放流程如下：

由 CO2氣瓶存儲(chǔ)區(qū)域的操作板上的控制閥操作手柄或在保護(hù)區(qū)域外的控制閥操作手柄或氣瓶上的控制閥操作手柄，就地開啟控制閥，并將控制閥開啟的信號(hào)反饋給HULL CSS。

由 CO2氣瓶存儲(chǔ)區(qū)域的操作板上的定向閥操作手柄或在保護(hù)區(qū)域外的定向閥操作手柄，將定向閥起動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)紿ULL CSS，由HULL CSS確認(rèn)控制閥已經(jīng)開啟，發(fā)出定向閥開啟命令，定向閥開啟后，反饋信號(hào)給HULL CSS。

控制閥與定向閥開啟后，HULL CSS即起動(dòng)“CO2滅火系統(tǒng)已經(jīng)被激活”的報(bào)警信號(hào)，并激活保護(hù)區(qū)域內(nèi)外的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將系統(tǒng)運(yùn)行信號(hào)發(fā)送給火氣系統(tǒng)。

在定向閥開啟后，通過(guò)就地機(jī)械連鎖，在系統(tǒng)激活后30 s后，向特定區(qū)域釋放CO2。

圖3 CO2滅火系統(tǒng)控制流程

當(dāng) CO2系統(tǒng)一旦開始釋放氣瓶里的氣體，則必須等該氣瓶里氣體全部釋放完全后才能關(guān)閉系統(tǒng)，在釋放期間無(wú)法停止。

系統(tǒng)復(fù)位需要在氣瓶存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)的CO2釋放及復(fù)位操作板上的復(fù)位按鈕來(lái)完成。

HULL CSS相關(guān)的報(bào)警如下：

控制閥由現(xiàn)場(chǎng)位置手動(dòng)開啟，發(fā)的位置信號(hào)傳輸?shù)紿ULL CSS，當(dāng)HULL CSS收到控制閥打開的反饋信號(hào)后5 s，若定向閥還沒有打開，此刻HULL CSS將發(fā)出“定向閥打開故障”的報(bào)警。

當(dāng)控制閥與定向閥均已打開，HULL CSS即會(huì)發(fā)出“CO2滅火系統(tǒng)工作”的報(bào)警。

當(dāng)HULL CSS在CO2滅火系統(tǒng)起動(dòng)7 s后仍然沒有收到壓力傳感器傳出的壓力信號(hào)，即會(huì)發(fā)出“氣瓶無(wú)壓力”的報(bào)警。

在HULL CSS確認(rèn)CO2滅火系統(tǒng)已經(jīng)被激活，HULL CSS即會(huì)檢測(cè)相關(guān)區(qū)域內(nèi)部的非重要電氣負(fù)載是否已經(jīng)切斷，風(fēng)閘是否關(guān)閉，門是否閉合。

若CO2滅火系統(tǒng)啟動(dòng)20 s后，保護(hù)區(qū)域的門還未關(guān)閉，HULL CSS將會(huì)發(fā)出“門未關(guān)閉”的報(bào)警。

若是在CO2釋放后10 s后，保護(hù)區(qū)域的門尚未關(guān)閉，則HULL CSS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出“CO2系統(tǒng)啟動(dòng)，門未關(guān)閉”的報(bào)警。

若是在CO2釋放后10 s后，保護(hù)區(qū)域的風(fēng)閘尚未關(guān)閉，則HULL CSS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出“CO2系統(tǒng)啟動(dòng)，風(fēng)閘未關(guān)閉”的報(bào)警。

3 結(jié)論

本文通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例，論述了在FPSO上，如何結(jié)合主船體集成控制系統(tǒng)（HULL CSS）和上部處理模塊集成控制系統(tǒng)（TOPSIDE CSS），達(dá)到快速、安全、有效使用固定滅火系統(tǒng)，最大限度保證整個(gè)FPSO的安全性，給類似項(xiàng)目的實(shí)施提供參考及借鑒。