程偉+孫豐雷

摘 要：闡述了 “瑪麗卡”號FPSO的危險區(qū)域電氣設(shè)備選型和布置原則，同時，在此基礎(chǔ)上對FPSO上危險區(qū)域的電氣設(shè)備和探測設(shè)備的布置進行分析，并進一步對危險區(qū)域內(nèi)電氣施工工藝進行總結(jié)，將對海工項目危險區(qū)域電氣設(shè)計提供一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：危險區(qū)域；防爆設(shè)備；選型及布置

中圖分類號：661.4 文獻標識碼：A

Abstract： Based on the experience in the construction of FPSO “MARICA”， this paper expounds the principle for selection and arrangement of electrical equipment in hazard area of FPSO， the layout of the electrical equipment and detection equipment and the electrical equipment installation procedures.

Key Words： Hazard Area； Explosion-proof Equipments； Type selection and arrangement

1 引言

“瑪麗卡”號FPSO是由中船澄西船舶（廣州）有限公司承接的大型VLCC改裝FPSO項目，其詳細設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計改裝部分由我院負責，目前本項目已順利交船。本著吸收先進海工設(shè)計經(jīng)驗，優(yōu)化相關(guān)技術(shù)的原則，國家發(fā)改委立項以VLCC改裝為FPSO實船改造為目標，掌握改造可行性論證及總體設(shè)計技術(shù)和建造技術(shù)，并在深入研究和優(yōu)化的基礎(chǔ)上創(chuàng)新完成一型擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的VLCC改造為FPSO設(shè)計及建造技術(shù)方案。

浮式生產(chǎn)儲油船（FPSO）是近海石油和氣體行業(yè)最重要的發(fā)展概念之一，它們的使用為在大陸架和深海地區(qū)的儲存提供了經(jīng)濟的解決方法。因此，吸收國外先進設(shè)計和管理技術(shù)，嚴格合理的選擇和布置危險區(qū)域內(nèi)的設(shè)備，對海洋工程的發(fā)展具有很大意義。

2 危險區(qū)域的劃分

根據(jù)ABS MODU 2006 PART 4 Chapter 3 Section 6（Hazardous Areas）中對危險區(qū)域的相關(guān)描述，將危險區(qū)域定義為：易燃易爆的蒸汽、油氣、塵?；虮ㄎ锿ǔ＜鄣膮^(qū)域為危險區(qū)域。并將危險區(qū)域劃分為三類：

ZONE 0——爆炸性混合物（油氣、蒸汽或霧）連續(xù)出現(xiàn)的區(qū)域；

ZONE 1——正常工作是容易產(chǎn)生爆炸性混合物（油氣、蒸汽或霧）的區(qū)域；

ZONE 2——在正常工作時不容易產(chǎn)生爆炸性混合物（油氣、蒸汽或霧），即使產(chǎn)生也只存在一小段時間的區(qū)域。

根據(jù)FPSO特性及使用特點，危險區(qū)域主要為：

（1）0類危險區(qū)

原油艙及直接與之相連通的管路的內(nèi)部空間；原油處理系統(tǒng)、天然氣輸送系統(tǒng)、天然氣燃料系統(tǒng)中的管路、泵、壓縮機、容器等的內(nèi)部空間。

（2）1類危險區(qū)

原油泵艙；與原油艙相鄰接的空艙以及壓載水艙；在原油艙上方并與之相鄰的圍蔽及半圍蔽處所；原油泵艙、原油艙、原油處理系統(tǒng)、油氣水處理系統(tǒng)、原油及天然氣管路系統(tǒng)等的通風口、透氣口周圍以 3 m為半徑的球體空間；油漆間；轉(zhuǎn)塔式的系泊裝置艙；蓄電池間等處。

（3）2類危險區(qū)

原油艙整個區(qū)域向前、后各延伸 3 m的甲板上向上延伸 2.4 m的區(qū)域；原油處理系統(tǒng)所在的整個模塊上的區(qū)域；原油處理模塊、原油及天然氣管路上的任何法蘭、閥件及軟管接頭處周圍以 3 m為半徑的區(qū)域。

除此之外，根據(jù)ABS規(guī)范的相關(guān)要求，安裝有應急切斷后還需工作的防爆設(shè)備所處的露天區(qū)域應被視為2類危險區(qū)域，如安裝有火警探頭、應急照明燈等設(shè)備的露天區(qū)域。

3 防爆電氣設(shè)備分級

為保證FPSO生產(chǎn)安全，危險區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備選型時，需嚴格按照危險區(qū)域等級和爆炸氣體特性選取相應的防爆電氣設(shè)備進行安裝布置，危險特性分級如下：

（1）防爆電氣溫度組別分類

T1——450 ℃；T2——300 ℃；T3——200 ℃；

T4——135 ℃；T5——100 ℃；T6——85 ℃；

（2）防爆電氣設(shè)備級別分類

ⅡA——石油氣、氨氣；ⅡB——甲醛、乙烯；ⅡC——乙炔氣、氫氣；

（3）防爆設(shè)備根據(jù)其所處危險區(qū)域的等級不同，采用不同的保護型式，見表1。

4 危險區(qū)域電氣設(shè)備要求

4.1 危險區(qū)域電氣設(shè)備的選型和布置

為了保證FPSO在整個運行期間的安全，應盡量減少危險區(qū)域內(nèi)的危險源，必須在危險區(qū)域安裝的電氣設(shè)備需選用相應的防爆等級，其選型和布置大致應滿足：

（1）危險區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備應減少到最低限度?？梢圆辉谖ｋU區(qū)內(nèi)安裝的電氣設(shè)備，應盡量移至安全區(qū)內(nèi)安裝，一方面可以減少危險源，另一方面可以節(jié)省建造成本；

（2）危險區(qū)域內(nèi)的照明開關(guān)，電動機的起動器和分配電箱等易產(chǎn)生電弧和電火花的設(shè)備應盡量移至安全區(qū)安裝；

（3）危險區(qū)內(nèi)所有的設(shè)施及管路都應采用導電連接和接地以避免靜電火花；

（4）根據(jù)不同危險區(qū)域等級選擇合適的設(shè)備防爆型式；

（5）由于一般會有便攜式照明設(shè)備，故選用的燈具應滿足：

帶有獨立蓄電池的本質(zhì)安全型、隔爆型燈具，或具有正壓外殼的空氣驅(qū)動型空氣驅(qū)動型燈具；

（6）由于FPSO主甲板工藝區(qū)域附近一般配有作業(yè)吊機，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，貨油艙上方高出2.4 m以內(nèi)的露天甲板區(qū)域也屬于危險區(qū)域，故根據(jù)吊機型式的不同也應注意相應的防爆措施。如吊機電機布置在安全區(qū)，則吊機電氣設(shè)備可不考慮防爆；如吊機電機布置在底部危險區(qū)域內(nèi)，則必須選用防爆電動機以滿足使用環(huán)境要求，但其控制箱應安裝在安全區(qū)內(nèi)；endprint

（7）危險區(qū)域內(nèi)的內(nèi)通、無線電、導航設(shè)備也應選擇對應的防爆類型，主要為生產(chǎn)工藝區(qū)域的廣播、電話和手提電話等現(xiàn)場設(shè)備；中頻、高頻的發(fā)信天線必須安裝在安全區(qū)；

（8） FPSO上有直升機平臺，為滿足直升機運行需要，配置有航空燃油儲罐和加油設(shè)施，因此，直升機燃油儲罐附近和加油口附近屬于危險區(qū)域，其附近的設(shè)備也要選用防爆型，并在儲罐和加油口附近設(shè)置可燃氣體探測器進行監(jiān)測，設(shè)置消防滅火設(shè)備保證運行安全，同時可設(shè)置直升機甲板視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于直升機起降和消防滅火的監(jiān)控。

4.2 危險區(qū)域的探測報警

危險區(qū)域的防爆除選用相應的防爆電氣設(shè)備外，還配有相應的火警探測報警設(shè)備以預防和避免風險。探測系統(tǒng)能對危險區(qū)域內(nèi)的危險氣體進行連續(xù)監(jiān)測并將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋給控制中心進行監(jiān)督。為保證準確、可靠地探測危險區(qū)域的可燃氣體泄漏，每個可能存在危險源的處所均需設(shè)置至少2個對應的可燃氣體探測器。危險區(qū)域內(nèi)的探測器根據(jù)可能產(chǎn)生的危險氣體類型選擇合適的探測器和安裝位置：對蓄電池間等可能由蓄電池溢出氫氣的場所，選用氫氣類探頭，一般安裝在房間頂部；工藝處理模塊等可能產(chǎn)生硫化氣體的場所，由于可燃氣體一般積聚在底部，故選擇硫化類探頭，安裝在相對較低處；1 類、2 類危險區(qū)的圍蔽處所及其排風口處、與危險區(qū)相鄰的圍蔽的非危險處所的出入口及通風進口處應安裝有相應的可燃氣體探頭。

為及時處理危險，避免災害的發(fā)生，可燃氣體的探測還設(shè)置相應的報警閥值，達到爆炸下限的20%時發(fā)出預報警；達到爆炸下限的50%時發(fā)出聲光報警。同時探測系統(tǒng)與應急切斷系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，在報警的同時可根據(jù)設(shè)定的邏輯控制程序?qū)ξｋU區(qū)域的設(shè)備進行關(guān)斷，保證船舶自身的安全。

5 危險區(qū)域電氣工藝

危險區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備在安全運行時，不僅在選型上要滿足其使用環(huán)境的要求，其安裝和布置工藝上也要滿足一定的要求。

FPSO上電氣危險區(qū)域內(nèi)設(shè)備的施工工藝一般應滿足：

（1）在危險區(qū)域內(nèi)使用的電纜（除照明電纜外）應敷設(shè)在接頭為氣密的厚壁鋼管內(nèi)。照明電纜可不穿管，但必須帶聚氯乙烯（PVC）外護套，并通過氣密的填料函進防爆燈；

（2）電力單芯電纜一端接地，如果電纜全部在安全區(qū)域在供電端接地。如果有一段在危險區(qū)域則在危險區(qū)域接地。如果中間在危險區(qū)域兩端均為安全區(qū)域，原則上需要在中間危險區(qū)域位置設(shè)置接地點；

（3）儀表電纜接地外護套需要PE接地并且兩端接地，內(nèi)護套一端接地。并且需要保持整根電纜內(nèi)屏蔽層的電氣連續(xù)性；

（4）安裝在危險區(qū)域的設(shè)備須為防爆型設(shè)備 （帶EEx 標記或帶多種防爆標記相結(jié)合的防爆設(shè)備）且有認可證書，同時具有安裝環(huán)境所需的防護形式。設(shè)備應具有清晰的銘牌，顯示：廠商、型號、防爆形式、設(shè)備等級、測試機構(gòu)的名稱和證書號等；

（5）浮式裝置應設(shè)置有與穿梭油輪跨接的防靜電接地裝置，用 35 mm?多股銅芯電纜進行兩處相連，以保證輸油狀態(tài)下的等電位連接；

（6）電纜進入危險區(qū)應安裝防爆填料函，填料函應保證在危險區(qū)和安全區(qū)之間氣密。填料應是不燃或滯燃型的；

（7）危險區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備連同其基座應牢靠固定，相應的電纜托架及支架也要牢靠地固定，防止松動滑移；

（8）危險區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備外殼應可靠接地，其接地線規(guī)格選擇應符合規(guī)范要求；

（9）應按規(guī)范、標準的要求對浮式裝置需要避雷的設(shè)施和處所采取有效的避雷措施。

根據(jù)本船的結(jié)構(gòu)與設(shè)備布置，考慮保護范圍覆蓋，除部分模塊化設(shè)備自帶的防雷設(shè)施外，在火炬塔、雷達桅、透氣桅上設(shè)有避雷裝置，用以保護全船設(shè)備安全。

6 結(jié)語

隨著陸上資源的日益減少，海洋資源的探測與開發(fā)逐漸成為國內(nèi)外焦點，隨之配套的海工裝備的發(fā)展和制造已經(jīng)成為各大船舶制造企業(yè)的重要組成部分。由于海上環(huán)境復雜多變，油氣采集和儲運裝備上存在較多危險源，保證海上安全是海工裝備發(fā)展的重中之重。因此，我們在海工設(shè)計中應嚴格遵循相關(guān)規(guī)范對危險區(qū)域的劃分，根據(jù)區(qū)域內(nèi)的危險源性質(zhì)對危險區(qū)域定級，必須布置在危險區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備需選擇符合要求的危險防護等級，同時在施工過程中應保證防爆電氣設(shè)備可靠合理的安裝，并對危險區(qū)域進行嚴密監(jiān)控。通過對“瑪麗卡”的分析整理，我們可以吸取國外在FPSO危險區(qū)域劃分控制和安裝布置方面的相關(guān)經(jīng)驗，了解FPSO危險區(qū)域控制中的相關(guān)做法，為后續(xù)的海工項目提供借鑒和參考。

參考文獻

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