半潛式鉆井平臺(tái)應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)的激活邏輯探討

李晗　蔡阿新　蘇俊強(qiáng)　翟洪平　葛永強(qiáng)

摘 要：海洋油氣的勘探作業(yè)逐年有序增加和深入探索海洋未知領(lǐng)域，但是在鉆探過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生易燃易爆氣體，為預(yù)防出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故，則需要在前期進(jìn)行布置氣體和火災(zāi)探測(cè)，并進(jìn)行相關(guān)邏輯關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)與應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)進(jìn)行配合操作，來(lái)保護(hù)平臺(tái)安全。因此本文在汲取多個(gè)平臺(tái)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，著重依火災(zāi)或氣體探測(cè)報(bào)警的程度進(jìn)行劃分，并綜合考慮設(shè)備的分組控制，結(jié)合到對(duì)應(yīng)的應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)的層級(jí)，以期為鉆井平臺(tái)鉆井作業(yè)安全運(yùn)行和人身安全提供一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：鉆井平臺(tái);火災(zāi);氣體探測(cè);應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)

導(dǎo)言：由于平臺(tái)鉆探區(qū)域及相連接區(qū)域、和配套設(shè)備間區(qū)域存在易燃易爆性氣體，如果易燃易爆氣體的濃度在某一區(qū)域達(dá)到爆炸條件，就會(huì)爆炸并引起火災(zāi)，將嚴(yán)重危害到鉆探作業(yè)及平臺(tái)人員的人身安全。因此，火災(zāi)與氣體探測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)F&GS）的預(yù)防監(jiān)控和報(bào)警后的安全操作至關(guān)重要，而應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)ESD）是鉆井平臺(tái)的重要安全控制部分，將F&GS整合到ESD層級(jí)關(guān)斷邏輯的設(shè)計(jì)直接影響整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)行及工作人員的安全。

1 ESD系統(tǒng)的等級(jí)和層級(jí)分組

本文探討是基于ESD系統(tǒng)等級(jí)分三級(jí)，依次由高到低為APS->ESD2->ESD1[1].應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)的層級(jí)分組是指在ESD系統(tǒng)每個(gè)等級(jí)里面都可能有不同的分組控制，便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和節(jié)省成本。

ESD等級(jí)分組構(gòu)成

APS機(jī)艙關(guān)斷按鈕，延時(shí)關(guān)斷（火氣系統(tǒng)，廣播系統(tǒng)，ESD系統(tǒng)，無(wú)線(xiàn)電/外部通訊系統(tǒng)，UPS系統(tǒng)等）

ESD2鉆井BOP控制系統(tǒng)關(guān)斷

ESD1自然通風(fēng)區(qū)域安裝的非防爆設(shè)備和氣體探頭保護(hù)區(qū)域的單獨(dú)隔離關(guān)斷

2 ESD系統(tǒng)的激活

F&GS系統(tǒng)和ESD系統(tǒng)是鉆井平臺(tái)中重要的安全系統(tǒng)，其中ESD系統(tǒng)的激活有兩種方式：第一種方式是通過(guò)從火災(zāi)和氣體探測(cè)系統(tǒng)中得到確認(rèn)報(bào)警后，激活ESD系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)層級(jí);第二種方式是由平臺(tái)具有職權(quán)的工作人員，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡查或平臺(tái)整體險(xiǎn)情判斷，通過(guò)手動(dòng)操作ESD按鈕，激活ESD系統(tǒng)。在實(shí)際平臺(tái)應(yīng)用中，ESD系統(tǒng)的所有激活將設(shè)計(jì)在因果圖表（英文Cause and Effect）里面，然后由ESD系統(tǒng)服務(wù)商工程師根據(jù)設(shè)計(jì)的因果圖表，做到ESD軟件中。本文主要是探討ESD系統(tǒng)在平臺(tái)的實(shí)際工況中與其他系統(tǒng)的接口，并綜合設(shè)計(jì)激活的邏輯策略。

2.1? 由FGS報(bào)警來(lái)激活ESD系統(tǒng)

由于平臺(tái)在海上工作的特殊性導(dǎo)致不易于實(shí)施海上救援，因此需要嚴(yán)密進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)控制，防止火災(zāi)險(xiǎn)情、易燃易爆氣泄露導(dǎo)致的嚴(yán)重事故，要將險(xiǎn)情在初級(jí)階段得到有效控制。F&GS的報(bào)警主要是用來(lái)監(jiān)控整座平臺(tái)的火災(zāi)險(xiǎn)情和易燃易爆氣體-如：HC（碳化氫混合物氣體的簡(jiǎn)寫(xiě)）、H2S（硫化氫混合物氣體的簡(jiǎn)寫(xiě)）的泄露與擴(kuò)散。

當(dāng)鉆井平臺(tái)定義的氣體危險(xiǎn)處所安裝的火災(zāi)探頭探測(cè)動(dòng)作預(yù)報(bào)警后，平臺(tái)值班工作人員要在兩分鐘內(nèi)進(jìn)行確認(rèn)預(yù)報(bào)警處所的火災(zāi)真實(shí)性，如果發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)警是誤報(bào)警，可以進(jìn)行人工解除邏輯指令;但如果平臺(tái)工作人員未在兩分鐘內(nèi)進(jìn)行操作，那么預(yù)報(bào)警將轉(zhuǎn)為報(bào)警，將立刻觸發(fā)整個(gè)平臺(tái)的報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警廣播，由F&GS發(fā)出信號(hào)指令到ESD系統(tǒng)控制中心，將自動(dòng)激活ESD1級(jí)，同時(shí)啟動(dòng)消防泵[2]。

根據(jù)氣體探頭安裝的位置與不同氣體爆炸限值制定不同的應(yīng)對(duì)措施，（注：根據(jù)不同環(huán)境位置布置不同種類(lèi)的探頭，本文不做深入討論。）以下是火災(zāi)報(bào)警和氣體探測(cè)報(bào)警的不同情形激活對(duì)應(yīng)的ESD組定義：

1）在以下情形，氣體探頭探測(cè)到易燃易爆氣體，將發(fā)出氣體泄露預(yù)報(bào)警，將延時(shí)兩分鐘后觸發(fā)整個(gè)平臺(tái)的報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警廣播，同時(shí)F&GS發(fā)出信號(hào)指令到ESD系統(tǒng)控制中心，將首先關(guān)斷露天非防爆型設(shè)備或可能發(fā)生點(diǎn)燃危險(xiǎn)氣體爆炸的相關(guān)設(shè)備電源，作為一個(gè)安全隔離：

a）當(dāng)危險(xiǎn)區(qū)域安裝的氣體探頭或?yàn)槠浞?wù)的通風(fēng)排氣口安裝的氣體探頭探測(cè)到氣體濃度在低報(bào)警位（HC 30% LEL[1]或H2S 10% PPM[1] ）并動(dòng)作;

b）當(dāng)露天的非危險(xiǎn)區(qū)域安裝的氣體探頭探測(cè)到氣體濃度在低報(bào)警位（HC 10% LEL[1]或H2S 10% PPM[1] ）并動(dòng)作;

c）當(dāng)非危險(xiǎn)區(qū)域艙室的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)氣口安裝的氣體探頭探測(cè)到氣體濃度在低限值并動(dòng)作。

2）在以下情形，將發(fā)出氣體泄露確認(rèn)報(bào)警，立刻觸發(fā)整個(gè)平臺(tái)的報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警廣播由F&GS發(fā)出信號(hào)指令到ESD系統(tǒng)控制中心，將自動(dòng)激活ESD 1級(jí)，同時(shí)啟動(dòng)消防泵：

a）當(dāng)危險(xiǎn)區(qū)域安裝的氣體探頭或?yàn)槠浞?wù)的通風(fēng)排氣口安裝的氣體探頭探測(cè)到氣體濃度在高報(bào)警位（HC 60% LEL[1]或H2S 20% PPM[1]）并動(dòng)作;

b）當(dāng)露天的非危險(xiǎn)區(qū)域安裝的氣體探頭探測(cè)到氣體濃度在高報(bào)警位（HC 30% LEL[1]或H2S 20% PPM[1]）并動(dòng)作;

c）當(dāng)非危險(xiǎn)區(qū)域艙室的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)氣口安裝的氣體探頭探測(cè)到氣體濃度在高報(bào)警位（30% LEL[2] 或H2S 20%PPM[1]）并動(dòng)作;

d）當(dāng)火災(zāi)氣體探測(cè)C&E采用了表決邏輯設(shè)計(jì)，兩個(gè)氣體探頭的探測(cè)值在低報(bào)警位并動(dòng)作。

2.2由平臺(tái)上的工作人員手動(dòng)操作ESD按鈕來(lái)激活ESD系統(tǒng)

平臺(tái)上的工作人員要定期進(jìn)行巡查平臺(tái)上的機(jī)器工作處所或現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在巡查過(guò)程中人員會(huì)配備合適的防爆氣體探測(cè)儀器，用于監(jiān)測(cè)氣體泄露，尤其是出入危險(xiǎn)處所的工作人員。以下是工作人員或具有操作權(quán)限的工作人員在不同情形需要進(jìn)行激活ESD不同等級(jí)的按鈕：

1）當(dāng)工作人員在露天區(qū)域或配備有ESD系統(tǒng)按鈕的區(qū)域發(fā)現(xiàn)有險(xiǎn)情，可通過(guò)插鑰匙激活單個(gè)ESD 1按鈕（注：ESD 1按鈕是最低級(jí)，工作人員都可操作）;

2）ESD 2級(jí)按鈕需具有操作權(quán)限的人員才可以進(jìn)行操作激活。其中ESD 2按鈕是安裝在重要位置，是采用同時(shí)插鑰匙-操作雙按鈕進(jìn)行激活。

3）APS級(jí)按鈕棄平臺(tái)按鈕，安裝在重要位置，需具有操作權(quán)限的人員在綜合判斷平臺(tái)的險(xiǎn)情之后，采用同時(shí)插鑰匙-操作雙按鈕進(jìn)行激活，整個(gè)平臺(tái)響起棄平臺(tái)警報(bào)，此時(shí)全體人員都必須迅速撤離平臺(tái)。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，半潛式鉆井平臺(tái)因其的特殊性和工作環(huán)境，所涉及的系統(tǒng)非常繁雜，也牽涉大量的電儀設(shè)備，在考慮ESD系統(tǒng)的激活邏輯，需要對(duì)整個(gè)平臺(tái)的危險(xiǎn)區(qū)域布置、電氣設(shè)備布置，火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)布置，逃生設(shè)施和詳細(xì)規(guī)范要求等進(jìn)行全面了解，并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目規(guī)格書(shū)要求對(duì)其系統(tǒng)的前端進(jìn)行詳細(xì)剖面分析，制定切實(shí)可行的邏輯策略，并貫徹到ESD系統(tǒng)的因果圖表和軟件程序中，從而為鉆井平臺(tái)正常作業(yè)保駕護(hù)航和持久運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李晗，葛永強(qiáng)，蔡阿新. 半潛式鉆井平臺(tái)應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)的分級(jí)設(shè)計(jì)與關(guān)斷邏輯探討[J]，今日電氣，2019-5.

[2] 挪威船級(jí)社規(guī)范DNV-OS-D301 Fire protection， 2014-07

[3] 挪威石油工業(yè)技術(shù)法規(guī)，NORSOK S-001 Technical Safety （edit 4， Feb. 2008）

作者簡(jiǎn)介：

李晗，身份證號(hào)碼211403198412298411。