CJ50自升式鉆井平臺火氣探測系統(tǒng)設(shè)計

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

1 系統(tǒng)概述

海上石油鉆井平臺含有大量高壓系統(tǒng)，系統(tǒng)的工作介質(zhì)是高溫、高壓、易燃、易爆的氣體或液體，一旦發(fā)生事故，海上逃生和救援的難度均比陸地大很多。火氣探測系統(tǒng)是通過檢測、分析平臺環(huán)境中發(fā)生火災(zāi)或可燃氣體泄漏情況，通過一系列動作等手段來預防及控制事故，消除潛在隱患?；馂?zāi)&氣體探測系統(tǒng)對潛在火災(zāi)或氣體事故點提供一個可靠的前期探測預警。一旦在平臺上檢測到火災(zāi)、可燃氣或有毒氣體泄漏，系統(tǒng)中執(zhí)行“表決確認邏輯”，進而激活相應(yīng)消防設(shè)備，發(fā)出報警。與此同時，確認火災(zāi)&氣體報警信號會發(fā)送到ESD系統(tǒng)，根據(jù)預設(shè)邏輯執(zhí)行風、油等設(shè)備切斷動作。

2 系統(tǒng)設(shè)計的準則

2.1 設(shè)計規(guī)范及標準

CJ50自升式鉆井平臺是本公司建造的全新產(chǎn)品，由荷蘭GustoMSC公司提供基本設(shè)計，詳細設(shè)計由設(shè)計所和Maric聯(lián)合承擔，船長、型寬都接近100 m，最大作業(yè)水深超過120 m，船員數(shù)量在150人，滿足UK-HSE、挪威北海要求，入ABS級。CJ50自升式鉆井平臺具有具備三重化、冗錯功能、系統(tǒng)集成化、設(shè)備自診斷以及更好的可用性和經(jīng)濟性等特點，同時滿足SIL2的所有要求。根據(jù)對項目規(guī)格書進行梳理，CJ50項目中火氣探測系統(tǒng)涉及法規(guī)、標準如下。

1)ABS美國船級社鋼制船規(guī)范。

2)ABS MODU CODE美國船級社海上移動平臺入級與建造規(guī)范。

3)CCS中國船級社鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范。

4)CCS MODU CODE 中國船級社海上移動平臺入級與建造規(guī)范。

5)SOLAS海上生命安全公約。

6)國際海事組織(IMO)標準、公約。

7)國際電工組織IEC6108, IEC61511，IEC61892等

8)UK-HSE。

除了滿足上述法規(guī)外，還應(yīng)考慮不同的掛旗國、工作水域的要求以及其他約定。

2.2 設(shè)計技術(shù)要求及配置原則

2.2.1 系統(tǒng)技術(shù)要求

1)系統(tǒng)應(yīng)該具備獨立性，安全性。

2)應(yīng)選用UPS電源。

3)具備自診斷功能。操作界面上可全面、準確地反映系統(tǒng)信息。

4)根據(jù)平臺房間的位置，通風系統(tǒng)的獨立性，設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系，將平臺劃分為若干火區(qū)。

5)將煙、溫探頭和報警按鈕根據(jù)所屬火區(qū)分為若干回路，分別連接在火災(zāi)報警板上。

2.2.2 系統(tǒng)的配置原則

1)應(yīng)具有冗余性或滿足可靠性驗證，并獨立于其他系統(tǒng)。

2)電源應(yīng)滿足規(guī)格書、規(guī)范的要求，至少兩路供電電路。主應(yīng)急電源應(yīng)分別從主配電板和應(yīng)急配電板供電，不經(jīng)過二次配電系統(tǒng)。如應(yīng)急電源為蓄電池，則應(yīng)在圖紙中標識。

3)可尋址型探測器回路的設(shè)計應(yīng)具有回路監(jiān)測功能(如接地故障檢測，短路檢測和斷路檢測等)，并保證回路中任一單點故障不會造成整個回路失效。

4)選用防火電纜。

3 系統(tǒng)詳細設(shè)計

3.1 典型結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前在CJ50自升式平臺上火氣系統(tǒng)采用的是由控制板、回路驅(qū)動器、火氣探頭以及中控系統(tǒng)和操作站組成的結(jié)構(gòu)形式，見圖1。

圖1 典型火氣探測結(jié)構(gòu)形式

3.2 選型與布置

3.2.1 感煙探頭

在CJ50項目中，在船員起居處所、走廊、控制室，機艙、貨艙及其他類似場所都應(yīng)布置感煙探頭，而在整個鉆井平臺上感煙探頭的使用比例高達80%。根據(jù)船級社規(guī)范要求，其布置應(yīng)滿足最大覆蓋區(qū)域不超過74 m2,兩探測器中心距離應(yīng)不超過11 m，距艙壁不超過5.5 m的要求，以控制室為例，設(shè)計方案見圖2，艙室的長度、寬度分別為：7.5 m和7.0 m,計算后認為，此控制室只需要布置一個感煙探頭。同時需注意的是機艙或者房間內(nèi)的感煙探頭的布置位置應(yīng)距離風管的風口至少1 m遠，對于層高高于12 m的處所，不推薦使用感煙探頭，而對于危險區(qū)域要使用本安型感煙探頭[1]。

圖2 感煙探頭布置示意

3.2.2 感溫探頭

感溫探頭在布置時應(yīng)考慮其安裝間距與探頭安裝高度之間的相互影響，見表1。

在CJ50項目中，在廚房、洗衣間(帶烘干功能)、娛樂室(可吸煙)、茶水間(可吸煙)、吸煙室、焊接間及其他類似場所都應(yīng)布置感溫探頭。例如在生活區(qū)的廚房間，平時內(nèi)部產(chǎn)生大量的油煙等氣體，如果使用感煙探頭，會造成誤報警，因而選擇單獨配備感溫探頭。此外根據(jù)規(guī)范要求對于重要處所如機艙等機械處所，不允許單獨配備溫度探頭，以應(yīng)急發(fā)電機間為例，其設(shè)計方案見圖3。作為鉆井平臺的核心艙室之一，采用了以感煙探頭為主，感溫式探頭為輔的組合設(shè)計，從而達到更安全有效的火災(zāi)檢測，確保鉆井平臺在應(yīng)急狀態(tài)下的運行及人員安全。

表1 安裝高度與間距 mm

圖3 感溫探頭布置示意

3.2.3 火焰探頭

火焰探頭主要用于檢測油類儲存、高燃火風險的設(shè)備及一些露天處所[2]。探頭的有效覆蓋范圍是一個圓錐體，水平方向100°，垂直方向75°。需要注意的是在布置火焰探頭時在其視野范圍內(nèi)不能有遮擋物。在CJ50項目中，以應(yīng)急發(fā)電機間為例，除了上述中采用感煙、感溫探頭組合設(shè)計外，由于發(fā)電機在工作時需要大量的燃油和滑油，一旦發(fā)生火災(zāi)時，會造成整個平臺處于幾乎癱瘓狀態(tài)，因此在發(fā)電機柴油機側(cè)上方布置1個火焰探頭。

3.2.4 手動就地火災(zāi)報警按鈕

手動就地火災(zāi)報警按鈕應(yīng)遍及起居場所、服務(wù)處所和控制站以及每個房間的進、出口或走道上，其位置應(yīng)便于操作。甲板走廊內(nèi)任何相鄰兩個按鈕之間的距離不大于20 m。在CJ50項目中，以應(yīng)急發(fā)電機間為例，在應(yīng)急發(fā)電機間的逃口處放置了手動報警按鈕，一旦發(fā)生失火，現(xiàn)場工作人員可以在逃生時第一時間觸發(fā)按鈕報警。

3.2.5 可燃氣、硫化氫探頭

在CJ50項目中，可燃氣探頭設(shè)定的測量范圍0～100%，LEL：20%為低報，40%為高報。硫化氫探頭設(shè)定的測量范圍0～100%，LEL：5%為低報，10%為高報。以廚房餐廳為例，設(shè)計方案見圖4。由于廚房對外的新風口是輸入新鮮空氣的主要來源，因此，在在新風口附近分別布置了可燃氣、硫化氫探頭，配合組合使用?？紤]到可燃氣及硫化氫比空氣輕，可燃氣及硫化氫探頭應(yīng)安裝在低位處，同時為減少探頭內(nèi)部氣室積水對探頭的影響，可燃氣、硫化氫探頭應(yīng)水平安裝。

圖4 廚房新風口可燃氣、硫化氫探頭布置示意

3.3 回路設(shè)計要點

1)覆蓋起居處所、服務(wù)處所和控制站探測器分區(qū)回路不應(yīng)包括A 類機械處所探測器的分區(qū)。

2)回路不應(yīng)兩次通過同一處所，當有特殊情況無法避免時(例如：一些較大的公共處所)，則第兩次需要通過該處所回路部分應(yīng)盡量遠離回路的另一部分。

3)若探火系統(tǒng)是非可尋址型時，一般不允許一個分區(qū)在起居處所、服務(wù)處所和控制站內(nèi)超過一層甲板，但包含圍閉梯道的分區(qū)除外。在任何情況下，不允許一個分區(qū)內(nèi)多于50 個圍閉處所。若探火系統(tǒng)配備帶有遠距離及逐一識別能力的探測器(可尋址型)，則分區(qū)可覆蓋多層甲板，且所服務(wù)的圍閉處所數(shù)目不受限制[3]。

在CJ50項目中，火氣系統(tǒng)根據(jù)火區(qū)布置一共分為五個回路，分別是生活區(qū)左右區(qū)域各一個回路，機艙左右區(qū)域各一個回路，及逃生通道一個回路，全部接入火災(zāi)控制板，典型回路見圖5。

回路中的感煙探頭屬于可尋址型，覆蓋C、B層的甲板區(qū)域，感煙探頭、就地報警按鈕一一相連，形成C形回路，其優(yōu)點是當其中一個探頭故障時，通過環(huán)形回路使其他探頭不受影響，同時輸出端的感煙探頭(電纜編號為811BS-A21)與輸入端的感煙探頭(電纜編號為811BS-A45)屬于不同甲板的兩個不同處所，避免了同一回路兩次通過同一處所，提高了系統(tǒng)安全性。

而可燃氣、硫化氫探頭屬于非可尋址型，采用的是單一連接方式，全部接入安全系統(tǒng)控制站，典型回路圖見圖6。在鉆井工況時往往會發(fā)生可燃氣、硫化氫泄漏情況，這時只要單一可燃氣、硫化氫探頭檢測后發(fā)出報警，就可實施后續(xù)分級切斷動作，它具有一定的實效性。回路中的可燃氣體、硫化氫探頭分別布置在生活區(qū)主進出風口、廚房新風口以及機艙入口處等。一旦檢測出有可燃氣、硫化氫氣體，迅速報警并切斷相應(yīng)風閘，阻止可燃氣、硫化氫體進入人員密集區(qū)域，實現(xiàn)對人員的安全保護。

圖5 感煙、感溫探頭典型回路

圖6 可燃氣、硫化氫探頭典型回路

3.4 火區(qū)劃分

根據(jù)功能和平臺設(shè)施的布置，通常應(yīng)把平臺分為若干火區(qū)，每一火區(qū)都有適當?shù)脑O(shè)施和防火隔堵以限制火災(zāi)的蔓延。劃分火區(qū)時應(yīng)綜合考慮平臺各處所的功能、內(nèi)部的機電裝置以及通風系統(tǒng)等多方面的因素，通過合理劃分以最大限度地保持平臺的安全和作業(yè)能力，避免火氣關(guān)斷范圍被擴大。

整個CJ50項目劃分為24個火區(qū)。每個火區(qū)不超過一層甲板及一個主豎區(qū)，對于A類機械處所與控制站，服務(wù)處所和起居處所設(shè)在不同的火區(qū)中，同時廚房也設(shè)為一個獨立的火區(qū)。

3.5 分級切斷設(shè)計

對于感煙、感溫等探頭，為避免在火區(qū)內(nèi)頻繁報警和非正常切斷，表決系統(tǒng)(邏輯處理器)在輸入端采用2ooN表決結(jié)構(gòu)。對于可燃氣等探頭，考慮平臺爆炸氣體的危險性[4-5]，表決系統(tǒng)(邏輯處理器)在輸入端采用了2oo3表決結(jié)構(gòu)，兩者輸出端統(tǒng)一采用了1oo1表決結(jié)構(gòu)，執(zhí)行風、油切斷動作及報警。通過1oo1、2ooN及2oo3等表決結(jié)構(gòu)來增加系統(tǒng)的可靠性，所構(gòu)成的典型詳細流程見圖7。手動切斷流程主要通過就地切斷按鈕以及中控系統(tǒng)的控制面板上進行手動操作來完成。

圖7 分級切斷觸發(fā)流程