FPSO電氣儀表的設(shè)計策劃

陳應(yīng)戰(zhàn)，譚 瞳

（1.中遠海運重工有限公司，上海200135；2.啟東中遠海運海洋工程有限公司，江蘇南通226200）

0 引言

FPSO，即浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置，是一型被廣泛應(yīng)用于海上油氣田開發(fā)的浮式生產(chǎn)裝置，可以對海上開采的石油進行處理、儲存、外輸，并可以進行動力發(fā)電、供熱以及提供人員居住處所等。FPSO常年工作在某一特定海域，設(shè)備數(shù)量多、系統(tǒng)復(fù)雜且集成難度大，自動化程度高，對電氣儀表（EICT）設(shè)計提出更高要求。針對如何做好電氣儀表設(shè)計工作，本文從基本設(shè)計、詳細設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計3個不同階段分別進行了闡述[1]。

1 前期設(shè)計的規(guī)劃

在項目接單之初，要對FPSO的工作環(huán)境、所采用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行廣泛的研究，建立相關(guān)文件和最新規(guī)范規(guī)則的信息數(shù)據(jù)庫，用于后續(xù)的設(shè)計工作。對電氣儀表設(shè)計來說，配電系統(tǒng)的容量和安全控制系統(tǒng)的架構(gòu)尤為重要。在電力分配時，一定要提前考慮ESD的設(shè)計以及UPS電源的架構(gòu)和分布，從安全儀表控制系統(tǒng)的SIL要求、IO箱的分布和系統(tǒng)的IP 等級、防爆要求、冗余要求以及容錯備份等方面進行分析。針對內(nèi)外通的設(shè)計，一定要把船東規(guī)格書和相關(guān)公司文件研究透，對室外設(shè)備的IP 等級和防爆要求有充足的描述和確認，對一些重要系統(tǒng)容量和設(shè)備數(shù)量要預(yù)估好，如PAGA、CCTV、TELEPHONE、RADAR、GMDSS等系統(tǒng)。根據(jù)天線的接地工藝要求，要確認好防雷設(shè)計和防爆要求，BARRIER填料函的選擇，這些都較大地影響到設(shè)備的價格和采購合同的簽訂[2]。

在做圖紙清單（PPS）的時候，有些基本設(shè)計文件需要船東或者是大包電氣商提供，這些要求一定要在技術(shù)協(xié)議和與船東簽的技術(shù)合同之中得到體現(xiàn)，也就是說工作范圍要分清，不同階段的設(shè)計人力資源策劃也要提前做好。

由于FPSO的設(shè)計有很強的客戶定制化要求，前期規(guī)劃時一定要考慮好，對于外委設(shè)計，一定要把相關(guān)部分的規(guī)格書研究透徹，尤其是與安全控制相關(guān)的一些分析和原理設(shè)計，SYSTEM PHILOSOPHY，比如配電的ELECTRICAL OPERATION PHILOSOPHY ，燈的3D ILLUM ICATION CALCULATION，火氣布置的MAPPING STUDY，SIL/SIF 安全分析，ALARM OBJECTIVE ANALYSIS分析等。明確責(zé)任，未雨綢繆，這將會大幅降低成本；要制作詳細的追蹤文件，基于明確的設(shè)計周期來追蹤上述重要的文件。

電氣儀表（EICT）專業(yè)的圖紙和文件的管理，也是前期規(guī)劃的一個重點，這些文件包括：船東規(guī)格書、規(guī)范規(guī)則、基本設(shè)計文件、供應(yīng)商的文件、相關(guān)專業(yè)的上游圖紙、本專業(yè)圖紙及清單、TQ、PCO、MOM、圖紙會簽單和發(fā)放記錄等等。如果能編制一個詳細的圖紙管理說明書，在管理文檔的過程中不斷地完善將是最佳解決方案。

2 詳細設(shè)計的策劃

FPSO 的基本設(shè)計一般不是船廠的工作范圍，而是由船東提供或者外委設(shè)計。對于船廠設(shè)計部門而言，詳細設(shè)計起到承上啟下與前后銜接的作用，是設(shè)計工作的重點。做好詳細設(shè)計的細化工作，就能夠很好地反映基本設(shè)計的要求，實現(xiàn)基本設(shè)計的功能。詳細設(shè)計也是生產(chǎn)設(shè)計的輸入條件，為生產(chǎn)設(shè)計提供建模圖紙，規(guī)范生產(chǎn)設(shè)計的布置和系統(tǒng)設(shè)置，提高預(yù)舾裝率，讓模塊化出圖和智能制造成為可能。詳細設(shè)計通用流程如圖1[3]。

圖1 詳細設(shè)計通用流程圖

電氣儀表（EICT）專業(yè)的詳細設(shè)計，可以從三個子專業(yè)的策劃入手，分別規(guī)劃，同時考慮其中互為影響的事項，提供一個綜合的解決方案。

配電系統(tǒng)是FPSO設(shè)計的重點之一，所占的成本也是很大的，任何原理上、容量上的錯誤和修改，都會造成巨大的浪費。因此，在負荷的分析和分配時，盡可能做到最優(yōu)，讓電力變壓器、主要饋電開關(guān)的容量較為合理。配電盤的操作安全是FPSO設(shè)計的難點，機械互鎖和電氣互鎖連動設(shè)計通常也是船東和船檢關(guān)注的一個重點。在對一些與安全相關(guān)的負載進行分配時，如消防泵、壓載泵、等重要的消防安全系統(tǒng)，一定要滿足船級社規(guī)范、規(guī)格書以及作業(yè)海域相關(guān)國家的要求。否則，一旦后期調(diào)整，對成本的影響是巨大的。

在考慮了大負載的分配后，同時也要著重考慮HVAC和電伴熱的配電分配方案。根據(jù)FPSO的作業(yè)海域和環(huán)境溫度，總體估算HVAC和電伴熱配電盤柜的容量，同時參考同類型FPSO的解決方案，合理分配低壓電力變壓器的負載，電伴熱系統(tǒng)布置根據(jù)管路布置圖逐個分析計算。

與常規(guī)的海工平臺不同，對FPSO而言，如何分配UPS電源，設(shè)計其容量，是安全上考慮的重點。最初的分配和計算十分重要，架構(gòu)上的設(shè)計一定要考慮好，分散的UPS設(shè)計現(xiàn)已取代集中的供電設(shè)計成為FPSO 和鉆井平臺USP 電源分配新的發(fā)展方向。配電系統(tǒng)是實現(xiàn)ESD和F&G 切斷的一個主要載體，如何合理分配ESD和F&G切斷線圈，讓ESD切斷的操作在邏輯上簡單可靠，是配電設(shè)計需要考慮的問題。

儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計是FPSO設(shè)計的重點和難點。FPSO安全控制系統(tǒng)設(shè)計有別于一般海工平臺中控系統(tǒng)的設(shè)計，講究系統(tǒng)原理的出處和分析計算。儀表控制系統(tǒng)是實際安全管理的重要保障，很多的分析和計算要求由專業(yè)的設(shè)計公司提供。船廠的詳細設(shè)計團隊一定要明確該FPSO需要做哪些重要的分析和計算，以及重要的原理設(shè)計，哪些設(shè)計工作船廠可以自己做，而哪些工作需要外委，要有明確的分工。不能一味地等靠船東，直至收到船東的要求再著手準(zhǔn)備，這樣會大大影響設(shè)計的進程。

IO LIST 的設(shè)計是FPSO儀表系統(tǒng)中的一個重要任務(wù)，必須要由專人專項負責(zé)。如果能夠使用軟件管理輸入和輸出，將大幅減輕勞動強度和一些重復(fù)性工作。IO LIST 模板一定要和船東確認，如何把各設(shè)備包的IO LIST 與船廠的IO LIST 綜合在一起，體現(xiàn)了設(shè)計者的智慧。ESD/PSD，F(xiàn)&G，HVAC等相對獨立系統(tǒng)的IO LIST 可以由負責(zé)該系統(tǒng)的設(shè)繪者整理完成，將大幅減少IO LIST負責(zé)人的工作強度。

對于ESD/PSD、F&G 系統(tǒng)，在設(shè)計之初相應(yīng)的原理設(shè)計就需要得到船東的認可，相應(yīng)的安全設(shè)計的原理性文件也要得到船東和船級社的認可。其系統(tǒng)主要的功能設(shè)計體現(xiàn)在因果圖（CAUSE&EFFECT）上，因果圖的框架和格式要與船東確認好，避免在設(shè)計過程不斷的更改格式。針對ESD/PSD系統(tǒng)的冗余和容錯功能設(shè)計以及故障事故時隔離功能的設(shè)計要認真分析，通常該系統(tǒng)是SIL2的系統(tǒng)，由于某些重要設(shè)備的安全分析原因，還會出現(xiàn)SIL3的設(shè)備。在系統(tǒng)設(shè)計時，ESD/PSD、F&G 系統(tǒng)自身的可靠性是很重要的，也是船東船級社非常關(guān)心的事項，所以在系統(tǒng)的冗余設(shè)備的備份上，一定要與系統(tǒng)的大包供應(yīng)商確認好功能；相關(guān)的PID/DID/DATA SHEET在參數(shù)上的選定和功能確認上，一定要與基本設(shè)計公司澄清好并得到船東、船級社的認可。FPSO重要系統(tǒng)的過程檢測功能驗證，也是ESD/PSD系統(tǒng)設(shè)計的重點。一些重要的邏輯圖和控制原理圖，必須在ESD/PSD系統(tǒng)固化之前得到完善和固化，后期的任何修改，都要下發(fā)正式的通知單。F&G 系統(tǒng)的設(shè)計FPSO對探頭和數(shù)量和位置都有很具體的要求，這樣就需要區(qū)域隔離和設(shè)備切斷的邏輯要十分清晰。

控制儀表管線的設(shè)計（TUBING DESIGN）通常采用專人設(shè)計，由兩位以上工程師承擔(dān)，需要全面地研究PID，DID圖，建立3D 模型，定位出圖。與管系專業(yè)澄清好控制儀表管線設(shè)計的界面要求，要有專門的界面圖紙（HOOKUP DRAW ING）和說明，定貨時要有專業(yè)聯(lián)系單。

振動監(jiān)測也是與FPSO控制相關(guān)的一個重要系統(tǒng)，在主要設(shè)備定貨時，一定要求各設(shè)備商在技術(shù)協(xié)議中明確提供接口圖和相關(guān)的信息，否則后期再提出要求實現(xiàn)起來是十分困難的。

內(nèi)外通系統(tǒng)（Telecom）也是FPSO設(shè)計的難點，主要是因為FPSO外部區(qū)域大都是危險區(qū)。根據(jù)UKHSE 等規(guī)范要求，如果外部設(shè)備在ESD1后仍然運行，就要滿足ZONE1的要求，這對外部設(shè)備選型影響較大。此外，各種天線、通信設(shè)備以及控制臺的合理布置，設(shè)備的冗余和電源的備份都是設(shè)計中需要考慮的問題。

3 生產(chǎn)設(shè)計的策劃

生產(chǎn)設(shè)計開始時，要把人力策劃好，安排3人分解詳細設(shè)計設(shè)備布置，3人分析電纜走向，時間約為一個月。在充分理解系統(tǒng)要求后，再開始模型的設(shè)計。模型設(shè)計時，主干托架先行，重要的電氣房間先行，對全船的布置緊湊區(qū)域和交叉密集區(qū)域進行專門分析。重要的電氣房間和區(qū)域的主干托架至少要有兩路進出的路徑，并盡可能分開，為UPS、中控、火氣和廣播系統(tǒng)留有分開的通路。要對重要設(shè)備的底座進行結(jié)構(gòu)強度分析，結(jié)構(gòu)加強要得到相關(guān)專業(yè)的認可。重要儀表要考慮安裝方向、變形余量以及防振動的要求。

FPSO電氣儀表專業(yè)的設(shè)計策劃主要是針對定制化的海洋工程產(chǎn)品，鑒于各油田狀況和應(yīng)用區(qū)域海況各有不同，工程要素和適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也各有特色。但是，海洋工程的通用性原理是相通的，設(shè)計理論和方法也是可以借鑒的。按照以上分階段策劃的方法，可以使得FPSO電氣儀表設(shè)計更加符合工程進度計劃要求，降低設(shè)計過程中差錯率，減少圖紙延期現(xiàn)象的發(fā)生。

通過以上的分析，我們認為FPSO電氣儀表（EICT）的設(shè)計策劃需要分階段分專業(yè)的組織和規(guī)劃，在具體的設(shè)計過程中要做好反饋和總結(jié)，不斷的糾正和更新具體的設(shè)計任務(wù)，找到最優(yōu)的設(shè)計方案。

4 結(jié)論

本文從配電、儀電、內(nèi)外通3個子專業(yè)入手，針對基本設(shè)計、詳細設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計等不同設(shè)計階段的具體規(guī)范要求和設(shè)計原則，對不同階段、不同設(shè)計時期電儀設(shè)計進行了管理和規(guī)劃。設(shè)計策劃方案可為海洋工程FPSO電氣儀表專業(yè)的設(shè)計提供很好的指導(dǎo)和建議，具有普遍的適用性，理論詳實，專業(yè)性強。