蔡連博,張偉娜,黃 波,董明遠,蔣志鵬
(海洋石油工程股份有限公司,天津 300459)
隨著國內(nèi)在海洋石油工程領(lǐng)域技術(shù)水平的提高以及走向國際化步伐的加快,對于國際標準規(guī)范的掌握和應(yīng)用能力有了更高的要求。其中殼牌石油公司(SHELL)的DEP標準是國際海洋石油工程領(lǐng)域的重要標準,尤其在占據(jù)石油和天然氣儲量巨大占比的中東地區(qū)廣泛應(yīng)用,中東海洋石油平臺多采用殼牌石油公司(SHELL)的DEP標準進行設(shè)計[1]。全面系統(tǒng)地掌握該標準是開拓海外市場的重要前提,其中導(dǎo)助航系統(tǒng)的技術(shù)要求和特點與國內(nèi)慣用的海洋石油平臺設(shè)計方案差異尤為明顯。
本文系統(tǒng)地介紹了DEP標準對于導(dǎo)助航系統(tǒng)的設(shè)計要求,并以國內(nèi)首次采用DEP標準進行設(shè)計的某中東海上無人天然氣平臺項目為實例,闡述該系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn),為后續(xù)以SHELL DEP標準為基礎(chǔ)的導(dǎo)助航系統(tǒng)設(shè)計提供借鑒。
海洋石油平臺的導(dǎo)助航系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成:①航海導(dǎo)助航系統(tǒng),主要包括霧笛、主副航海標識燈、輔助航海標識燈、雷達信標;②直升機燈光導(dǎo)助航系統(tǒng),主要包括平臺狀態(tài)燈、障礙燈、直升機甲板邊界燈、泛光燈、圓形標識燈、H形標識燈以及風(fēng)袋燈等;③電源和導(dǎo)助航控制系統(tǒng),主要包括充電機、電池組以及導(dǎo)助航集中控制盤[2]。本文將系統(tǒng)地闡述3部分系統(tǒng)的DEP標準技術(shù)要求,并結(jié)合某中東海上無人天然氣平臺項目介紹該系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)。
航海導(dǎo)助航系統(tǒng)由視覺導(dǎo)助航設(shè)備和聽覺導(dǎo)助航設(shè)備兩部分構(gòu)成,為在平臺附近航行的船舶、移動平臺等提供聲光警示信號。
根據(jù)《海上固定平臺安全規(guī)則》對航海標識燈的要求,助航標識燈的結(jié)構(gòu)和安裝位置應(yīng)保證從任何方向駛近平臺的船舶至少能看見一盞燈。國內(nèi)平臺的設(shè)計通常依此設(shè)置4~5盞航海標識燈,布置于平臺四角及棧橋中央,標識平臺的外形輪廓[3]。
而SHELL DEP標準對航海標識燈做了更為細致的功能劃分和更高的可靠性要求。視覺導(dǎo)助航設(shè)備包括:主航海標識燈、副航海標識燈和輔助航海標識燈。主、副航海標識燈的結(jié)構(gòu)和安裝位置應(yīng)保證從任何方向駛近平臺的船舶至少能看見一盞燈,燈的數(shù)量取決于平臺的形狀和尺寸,燈的顏色應(yīng)為白色。主燈與副燈應(yīng)位于同一位置,可安裝在一個燈體結(jié)構(gòu)內(nèi),當(dāng)主燈失效時,副燈應(yīng)能自動點亮繼續(xù)工作。輔助航海標識燈用于標示出主、副航海標識燈沒有標記的平臺結(jié)構(gòu)末端,與主、副航海標識燈共同指示平臺結(jié)構(gòu)的外輪廓,燈的顏色應(yīng)為紅色。各航海標識燈均受控于導(dǎo)助航控制盤。
圖2 邊界燈和狀態(tài)燈布置圖Fig.2 Layout of boundary lights and status lights
背景項目平臺外輪廓為長方形,在平臺東北角和西南角分別設(shè)置兩盞主、副航海標識燈,主燈與副燈垂直羅列布置于同一燈體結(jié)構(gòu)。平臺東南角和西北角分別設(shè)置輔助航海標識燈,如圖1所示。
圖1 視覺導(dǎo)助航設(shè)備布置圖Fig.1 Layout of visual navigation aids
聽覺導(dǎo)助航設(shè)備包括主霧笛和副霧笛。主霧笛與副霧笛應(yīng)位于同一位置,可安裝在同一個結(jié)構(gòu)內(nèi)。霧笛音響節(jié)奏應(yīng)為莫爾斯信號“U”(· · ―),最大周期為30s。主燈聽程為任何方向2n mile,并在能見度不足2n mile時啟用。副霧笛聽程為0.5n mile,并在主霧笛失效時自動啟用。背景項目平臺主、副霧笛采用一體式結(jié)構(gòu),布置于平臺底甲板南側(cè)。主、副霧笛的電源來自導(dǎo)航控制盤,并受控于導(dǎo)航控制盤。平臺配置霧探傳感器,將信號傳輸至導(dǎo)航控制盤,實現(xiàn)對霧笛的自動控制。
直升機甲板燈光導(dǎo)助航系統(tǒng)主要由直升機甲板邊界燈、平臺狀態(tài)燈、著陸標識燈、風(fēng)袋燈和航空障礙燈組成,為直升機夜間的抵近航行和起降操作提供燈光輔助信號。
直升機甲板邊界燈安裝于直升機甲板邊緣,用于顯示直升機甲板外沿輪廓。燈與燈之間距離不超過3m,每盞燈的高度不超過250mm,燈光顏色應(yīng)為綠色。
圖3 泛光燈布置圖Fig.3 Layout of floodlights
直升機甲板狀態(tài)燈用于指示直升機甲板狀態(tài),當(dāng)發(fā)生對直升機或其駕乘人員安全威脅時發(fā)出紅色告警燈光信號。直升機甲板狀態(tài)燈系統(tǒng)應(yīng)配備至少2盞狀態(tài)燈,其布置應(yīng)保證至少一盞能夠被抵近的直升機駕駛員從任何方位角度所看到。狀態(tài)燈的高度不應(yīng)高于甲板表面250mm。
狀態(tài)燈的告警燈光信號可手動或自動控制。導(dǎo)助航控制盤接收來自平臺火氣系統(tǒng)的信號,當(dāng)平臺發(fā)生可燃氣體及H2S氣體報警時,自動向?qū)е较到y(tǒng)發(fā)送信號,觸發(fā)狀態(tài)燈的閃爍,告知直升機駕駛員“不可著陸”或“離開著陸區(qū)”。
為了輔助直升機完成最后靠近、懸停和著陸的視覺任務(wù),直升機甲板須提供足夠的視覺引導(dǎo),國內(nèi)通常通過泛光燈實現(xiàn)這種視覺引導(dǎo)。然而,這類系統(tǒng)會在直升機靠近過程中降低直升機甲板邊界燈的醒目性,并在懸停和著陸過程中造成眩光和飛行員夜視喪失等不利影響。此外,泛光照明系統(tǒng)通常無法為著陸區(qū)中心提供足夠的照明,將導(dǎo)致所謂的“黑洞錯覺”。
SHELL DEP標準采用圓形和H形著陸點標識燈,用于夜間對直升機降落區(qū)域內(nèi)著陸點的標識,為飛行員指引著陸位置。它包括帶有燈光的圓圈和直升機場標識“H”標記。這類系統(tǒng)可為飛行員在靠近前提供有效的視覺提示,且避免了泛光燈系統(tǒng)中如眩光、中心照度不足等缺點。
平臺應(yīng)在最高點設(shè)置全方向低光強紅色定光障礙燈,以避免障礙物對直升機飛行安全構(gòu)成威脅。障礙燈的光強應(yīng)滿足在0°~15°角內(nèi)至少為50cd,在5°~8°角內(nèi)至少為200cd。在其它高于直升機甲板15m的結(jié)構(gòu)或設(shè)備上也應(yīng)設(shè)置障礙燈,光強不低于10cd。
圖4 圓形和H形著陸點標識燈布置圖Fig.4 Layout of circular and H-shaped landing point marking lights
平臺應(yīng)設(shè)置風(fēng)袋燈,用于指示風(fēng)向,光源應(yīng)為白色且內(nèi)置于風(fēng)袋,而不應(yīng)使用外部泛光燈照射的形式。
系統(tǒng)電源由整流單元、直流母線、逆變單元和電池組構(gòu)成不間斷電源系統(tǒng)(UPS),所有的燈光和聲響信號裝置由導(dǎo)助航集中控制盤直接供電。逆變單元、電流監(jiān)測裝置、航海導(dǎo)助航系統(tǒng)編碼器、絕緣監(jiān)測裝置、通訊裝置等,均安裝于導(dǎo)助航集中控制盤內(nèi)。
圖6 直升機甲板燈光系統(tǒng)控制原理圖Fig.6 Control principle diagram of the helideck lighting system
主航海標識燈光由平臺交流系統(tǒng)經(jīng)導(dǎo)助航集中控制盤控制器供電,無需電池組提供后備電源。副航海標識燈、輔助航海標識燈和主副霧笛由系統(tǒng)UPS供電,在失去主電源后,電池組提供自持時間為96h的后備電源。逆變單元和“U”碼編碼器均采用主備冗余設(shè)計。系統(tǒng)配備電流監(jiān)測裝置,對主副航海標識燈和主霧笛的運行狀態(tài)進行監(jiān)測,并實現(xiàn)主副航海標識燈和主副霧笛的自動切換。背景項目中共設(shè)置6個控制器,實現(xiàn)航海標識燈的冗余供電和“U”碼控制,如圖5所示。其中,控制器k100為兩盞主航海標識燈提供經(jīng)編碼控制通斷的交流電源。控制器k70、k80/85和k90/95均集成逆變單元和編碼器,分別為副航海標識燈、輔助航海標識燈、主副霧笛提供經(jīng)編碼控制通斷的UPS電源。平臺設(shè)置光探頭和霧探頭,以實現(xiàn)航海標識燈和霧笛的自動啟??刂?。
圖5 航海導(dǎo)助航系統(tǒng)控制原理圖Fig.5 Control principle diagram of navigation aid system
直升機甲板燈光導(dǎo)助航系統(tǒng)的甲板邊界燈、狀態(tài)燈、著陸標識燈和風(fēng)袋燈、航空障礙燈均需由系統(tǒng)直流供電,背景項目平臺為無人平臺,在失去主電源后,電池組將提供自持時間為24h的后備電源。各甲板燈回路均由電流監(jiān)測裝置進行狀態(tài)監(jiān)測,在出現(xiàn)故障時能夠及時被探測并發(fā)出報警。甲板燈可通過平臺DCS系統(tǒng)進行手動遠程啟用,狀態(tài)燈可由平臺火氣系統(tǒng)自動觸發(fā)告警。
海洋石油平臺導(dǎo)助航系統(tǒng)是保證平臺安全、直升機航行和起降安全,及周邊船舶和移動裝置安全的重要系統(tǒng)。SHELL DEP標準對導(dǎo)助航系統(tǒng)提出了較高的安全性和可靠性要求,是海洋工程項目的重要參考規(guī)范。本文以某中東項目為實例,系統(tǒng)介紹了導(dǎo)助航系統(tǒng)的技術(shù)要求和設(shè)計實現(xiàn),為基于SHELL DEP標準的導(dǎo)助航系統(tǒng)設(shè)計提供借鑒。