海洋工程危險(xiǎn)區(qū)域空氣隔離間設(shè)計(jì)

楊 典，薛慶偉，陸春霞

（惠生（南通）重工有限公司，江蘇 南通 226009）

0 引 言

空氣隔離間（AIRLOCK）常見于化工項(xiàng)目和海上石油平臺項(xiàng)目中，用于分隔危險(xiǎn)區(qū)域與安全區(qū)域，最大限度地確保人員工作和居住的安全。浮式天然氣液化裝置（Floating Liquid Natural Gas Unit, FLNG）主甲板露天區(qū)域?yàn)橐夯烊粴夤に囂幚硌b置集中安裝區(qū)域，在處理天然氣過程中可能會(huì)產(chǎn)生爆炸性氣體，應(yīng)劃分危險(xiǎn)區(qū)域來進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。危險(xiǎn)區(qū)域劃分是電氣設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)性工作，涉及后續(xù)的防爆設(shè)備選型和保護(hù)裝置設(shè)置等工作。在根據(jù)相關(guān)規(guī)則、規(guī)范劃分好危險(xiǎn)區(qū)域之后，可通過設(shè)置AIRLOCK和一些輔助措施來降低危險(xiǎn)區(qū)域的等級。

1 概 述

本文根據(jù) Caribbean FLNG項(xiàng)目中有關(guān) AIRLOCK設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國際電工委員會(huì)（International Electron Technical Commission, IEC）和《國際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)則》（IGC Code）的要求，對AIRLOCK的應(yīng)用及其內(nèi)部電氣設(shè)備的配置進(jìn)行描述。

IGC Code適用于各種尺度從事散裝運(yùn)輸溫度為37.8℃時(shí)蒸汽壓力超過0.28MPa（絕對壓力）的液化氣體和其他貨物的船舶[1]。

IEC60092-502的第4.1.4節(jié)“氣密界面造成的分隔（Separation by gastight boundaries）”給出了氣密界面分隔的2種情況，即：氣密界面分隔上無通道；氣密界面分隔上有通道[2]。

本文主要描述氣密界面分隔上有通道的情況，氣密界面分隔在FLNG上是指危險(xiǎn)區(qū)域與安全區(qū)域之間有門的一道鋼圍蔽。常見的AIRLOCK僅是標(biāo)準(zhǔn)IEC60092-502中有通道氣密分隔中的一種方式。

1.1 IEC標(biāo)準(zhǔn)中的描述

IEC60092-502的第4.1.5.2節(jié)和第4.1.5.3節(jié)明確給出了AIRLOCK的描述和定義，即AIRLOCK是由危險(xiǎn)區(qū)域的Zone1或Zone2通往某個(gè)封閉空間的通道[2]。

參照IEC60092-502第4.1.5節(jié)的要求，氣密界面分隔及其他輔助措施可將室內(nèi)區(qū)域的危險(xiǎn)等級降一級，是否配置AIRLOCK有以下5種情況[2-3]。

1) 當(dāng)室外為危險(xiǎn)區(qū)域Zone1時(shí)，通過一個(gè)氣密分割并保持室內(nèi)正壓通風(fēng)，可認(rèn)為室內(nèi)區(qū)域?yàn)閆one 2（見圖1）；

2) 當(dāng)室外為危險(xiǎn)區(qū)域Zone2時(shí)，通過一個(gè)氣密分割并保持室內(nèi)正壓通風(fēng)，可認(rèn)為室內(nèi)區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)域（見圖2）；

圖1 室外為Zone1且無AIRLOCK的情況

圖2 室外為Zone2且無AIRLOCK的情況

3) 當(dāng)室外為危險(xiǎn)區(qū)域Zone1時(shí)，在設(shè)置AIRLOCK時(shí)，設(shè)置一個(gè)氣密界面分隔并保持AIRLOCK和室內(nèi)正壓通風(fēng)，可認(rèn)為室內(nèi)區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)域，AIRLOCK為危險(xiǎn)區(qū)域Zone2（見圖3）；

4) 當(dāng)室外為危險(xiǎn)區(qū)域Zone1時(shí)，在設(shè)置AIRLOCK時(shí)，設(shè)置一個(gè)氣密界面分隔并保持AIRLOCK和室內(nèi)機(jī)械通風(fēng)，可認(rèn)為室內(nèi)區(qū)域?yàn)閆one2，AIRLOCK為危險(xiǎn)區(qū)域Zone1（見圖4）；

圖3 室外為Zone1且有正壓AIRLOCK的情況

圖4 室外為Zone1且有AIRLOCK的情況

5) 當(dāng)室外為危險(xiǎn)區(qū)域Zone2時(shí)，在設(shè)置AIRLOCK時(shí)，設(shè)置一個(gè)氣密界面分隔并保持AIRLOCK和室內(nèi)機(jī)械通風(fēng)，可認(rèn)為室內(nèi)區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)域，AIRLOCK危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)閆one 2（見圖5）。

從上述5種情況中可看出，AIRLOCK、正壓通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)是降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)的重要措施。

圖5 室外為Zone2且有AIRLOCK的情況

1.2 IGC Code中的描述

參考IGC Code (2014)的第3.6.1節(jié)“Access between hazardous area on the open weather deck and non-hazardous spaces shall be by means of an airlock”，AIRLOCK是位于危險(xiǎn)區(qū)域（露天）與安全區(qū)域之間的通道[1]。

AIRLOCK是應(yīng)用于危險(xiǎn)區(qū)域與安全區(qū)域之間的通道，從而避免危險(xiǎn)氣體進(jìn)入安全區(qū)域，最大限度地確保人身安全。從IGC Code的定義中可認(rèn)定此處的危險(xiǎn)區(qū)域并不包括Zone0，因?yàn)槁短斓奈ｋU(xiǎn)區(qū)域不可能有Zone0存在。

2 AIRLOCK的配置要求

設(shè)置AIRLOCK和通風(fēng)都是降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)的方法，若AIRLOCK和通風(fēng)均失效，則意味著爆炸風(fēng)險(xiǎn)大大增加，因此對兩者進(jìn)行失效監(jiān)控尤為重要。IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code對兩者的失效監(jiān)控有不同的要求。

1) 當(dāng)危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)閆one1且設(shè)置AIRLOCK時(shí)，IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code的主要要求有所不同，具體見表1。

表1 危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)閆one1且設(shè)置AIRLOCK時(shí)IEC標(biāo)準(zhǔn)與IGC Code對比

2) 當(dāng)危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)閆one 2且設(shè)置AIRLOCK時(shí)，IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code的主要要求有所不同，具體見表2。

表2 危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)閆one2且設(shè)置AIRLOCK時(shí)IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code對比

IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code在防止AIRLOCK正壓失效方面的要求基本上是一致的，如對門的要求及報(bào)警等。IEC標(biāo)準(zhǔn)分別對危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)閆one1和Zone2的情況給出了詳細(xì)的要求，且當(dāng)AIRLOCK正壓失效之后，要求采取恢復(fù)壓力或斷電等措施確保安全；IGC Code對這些要求的描述不夠詳細(xì)。

3 IEC和IGC Code的推薦設(shè)計(jì)

當(dāng)工程項(xiàng)目遇到危險(xiǎn)區(qū)域與安全區(qū)域分隔時(shí)，通過設(shè)置AIRLOCK和一些輔助措施來降低危險(xiǎn)區(qū)域的等級。IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code對AIRLOCK的要求有所不同，應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目需滿足的規(guī)范、法規(guī)的要求進(jìn)行AIRLOCK設(shè)計(jì)。

3.1 IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦設(shè)計(jì)

當(dāng)工程項(xiàng)目僅需滿足IEC的要求[2-3]時(shí)：

1) 一般情況下，室內(nèi)區(qū)域門的開口設(shè)計(jì)在Zone 2區(qū)域，因此可參照圖2或圖5所示的情況設(shè)計(jì)。

2) 大多數(shù)情況下，與危險(xiǎn)區(qū)域相鄰的室內(nèi)區(qū)域面積較大，安裝的電氣設(shè)備數(shù)量較多，保持正壓通風(fēng)有難度，且需滿足配置正壓通風(fēng)時(shí)的要求，若室內(nèi)安裝的電氣設(shè)備為非防爆設(shè)備，則需在正壓失效情況下斷電，或?qū)⑹覂?nèi)電氣設(shè)備改為防爆型設(shè)備。這些要求在室內(nèi)面積大、電氣設(shè)備數(shù)量多的情況下是很難滿足的，因此按照圖2所示的情況設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)；若按圖5所示的情況增加一個(gè)AIRLOCK，可降低室內(nèi)區(qū)域的通風(fēng)要求，室內(nèi)通風(fēng)只需機(jī)械通風(fēng)，室內(nèi)電氣設(shè)備可為非防爆型設(shè)備（無斷電要求），且只需滿足配置機(jī)械通風(fēng)時(shí)的報(bào)警要求，而AIRLOCK面積很小且電氣設(shè)備數(shù)量較少，配置防爆型電氣設(shè)備的要求容易滿足，因此推薦按圖5所示的情況設(shè)計(jì)，具體見圖6。

圖6 IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦設(shè)計(jì)方法Zone2

應(yīng)盡量避免AIRLOCK布置在Zone 1所在區(qū)域，若無法避免，AIRLOCK內(nèi)部電氣設(shè)備配置推薦見圖7。

圖7 IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦設(shè)計(jì)方法Zone1

3.2 IGC Code推薦設(shè)計(jì)

當(dāng)工程項(xiàng)目僅需滿足IGC Code的要求時(shí)，AIRLOCK的內(nèi)部電氣設(shè)備配置推薦[1]見圖8。

圖8 IGC Code推薦設(shè)計(jì)方法

3.3 IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code推薦設(shè)計(jì)

當(dāng)工程項(xiàng)目需同時(shí)滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code的要求時(shí)，由于IEC標(biāo)準(zhǔn)的部分要求更高，建議按第3.1節(jié)的要求來設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)滿足IGC Code對報(bào)警的相關(guān)要求。

惠生（南通）重工有限公司建造的FLNG的技術(shù)規(guī)格書中明確指出要滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code的要求，故應(yīng)根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code的要求進(jìn)行AIRLOCK及其臨近區(qū)域的設(shè)計(jì)。FLNG主甲板大部分區(qū)域?yàn)閆one2，并在Zone2設(shè)置有至下層甲板的梯道。由于下層甲板室內(nèi)的空間面積非常大，且安裝有很多電氣、儀表設(shè)備（如分電箱、控制箱、傳感器等），為降低項(xiàng)目成本，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)和IGC Code的要求，在梯道入口處設(shè)置一個(gè) AIRLOCK，將下層甲板室內(nèi)的空間降低為安全區(qū)域，其通風(fēng)和設(shè)備防爆要求大大降低，設(shè)計(jì)的具體情況如下（部分地方高于標(biāo)準(zhǔn)要求）。

1) AIRLOCK的兩扇門均為自動(dòng)關(guān)閉、氣密、不帶止門器、門間距大于1.5m并小于2.5m，同時(shí)有警告關(guān)閉的銘牌（不得同時(shí)打開兩扇門）。

2) 通風(fēng)的配置：AIRLOCK使用獨(dú)立風(fēng)機(jī)確保正壓，室內(nèi)空間為機(jī)械通風(fēng)。

3) 監(jiān)測和報(bào)警的配置：AIRLOCK和室內(nèi)區(qū)域均安裝壓差傳感器和就地報(bào)警器，并延伸至中控系統(tǒng)報(bào)警；AIRLOCK配置可燃?xì)怏w探頭，并延伸至中控系統(tǒng)報(bào)警；AIRLOCK兩扇門均配置限位開關(guān)，并在AIRLOCK兩側(cè)均安裝報(bào)警器。

4) 設(shè)備防爆等級：AIRLOCK電氣設(shè)備均為滿足Zone2的防爆設(shè)備要求，包括風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)按鈕、燈具、壓差傳感器和報(bào)警器等；室內(nèi)區(qū)域的設(shè)備無防爆要求。

4 結(jié) 語

若海洋工程項(xiàng)目涉及危險(xiǎn)區(qū)域，當(dāng)與危險(xiǎn)區(qū)域相鄰的室內(nèi)區(qū)域面積較大或室內(nèi)區(qū)域的電氣設(shè)備較多時(shí)，可考慮通過設(shè)置AIRLOCK、通風(fēng)等輔助措施來降低室內(nèi)區(qū)域的危險(xiǎn)等級，從而降低項(xiàng)目成本。

關(guān)于AIRLOCK及其鄰近區(qū)域的設(shè)計(jì)，特別是在通風(fēng)、監(jiān)測報(bào)警和設(shè)備防爆等級方面，除了滿足船級社規(guī)范的要求以外，還應(yīng)滿足IEC 60092-502和IGC Code的要求。本文結(jié)合FLNG設(shè)計(jì)建造經(jīng)驗(yàn)，提出AIRLOCK及其鄰近區(qū)域推薦設(shè)計(jì)方法，實(shí)際項(xiàng)目可參考需滿足的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。