杜 剛

(海洋石油工程股份有限公司)

FPSO火氣探測器選型和表決邏輯分析①

杜 剛

(海洋石油工程股份有限公司)

結(jié)合FPSO典型區(qū)域的特點、火氣探測器的原理和火災(zāi)特征，歸納總結(jié)了FPSO不同區(qū)域火氣探測器的選型方案和表決邏輯。對可燃氣探測器的多種表決邏輯方案進行對比分析，選擇出一種較好的表決邏輯方案，有效提高了可燃氣探測器的覆蓋率和火氣探測的準確性，減少誤報警的發(fā)生次數(shù)。

火氣探測器 FPSO 火災(zāi)分類 選型 表決

FPSO(Floating Production Storage and Offloading)統(tǒng)稱為浮式生產(chǎn)儲卸油裝置，一般在國內(nèi)簡稱為浮式生產(chǎn)儲油船。FPSO集生產(chǎn)、儲油、卸油為一體的優(yōu)勢，已成為快速、經(jīng)濟、有效地開發(fā)海上油田不可替代的裝置。由于FPSO是油氣處理裝置，在生產(chǎn)過程中涉及大量的原油輸入和輸出，并伴生大量的碳氫氣體[1]，一旦發(fā)生安全事故，后果將不堪設(shè)想，因此FPSO需要火氣探測系統(tǒng)進行監(jiān)視。火氣探測器的選型和表決邏輯是火氣探測系統(tǒng)的兩個重要組成部分，對保障FPSO的人員安全和最大限度地減少事故所引起的經(jīng)濟損失，起到?jīng)Q定性作用。筆者以火災(zāi)和可燃氣探測器選型、表決邏輯分析為主要研究內(nèi)容，提出FPSO火氣探測選型方案優(yōu)化的表決邏輯，以更好地保障火氣系統(tǒng)的可靠性和安全性。

1 FPSO區(qū)域劃分

FPSO分為上部模塊區(qū)域、生活樓區(qū)域和船體區(qū)域[2]。

上部模塊區(qū)域包括房間區(qū)(開關(guān)間、發(fā)電機間、儀器間、實驗室及工作間等)、生產(chǎn)區(qū)(油氣處理區(qū)域)和公用區(qū)(儀表氣、氮氣等公用設(shè)施區(qū)域)。

生活樓區(qū)域包括電池間、通信設(shè)備間、報房、UPS間、中控室、I/O柜間、洗衣間、休息室、更衣間、餐廳、娛樂室、辦公室、電纜井及梯道等。

船體區(qū)域包括開關(guān)間、應(yīng)急開關(guān)間、變壓器間、空調(diào)機間、壓縮機室、液壓單元間、液壓泵間、機械處所、柴油消防泵間、火災(zāi)控制室、系泊設(shè)備間、機艙分油機室、艏部艙室、貨油泵液壓間、工作間、儲藏間、油漆間、辦公室、活動室、梯道及電纜井等。

2 火氣探測器類型

常用的火焰探測器有點紅外火焰探測器(單頻紅外、三頻紅外、多頻紅外)、紫外火焰探測器、紫外/紅外火焰探測器。

常用的煙探測器主要有光電式煙探測器、離子式煙探測器和早期煙探測器。

常用的熱探測器有定溫式熱探測器、溫升速率式熱探測器、定溫式和溫升速率式進行組合的熱探測器。

易熔塞一般布置在設(shè)備周圍，可以與消防管線聯(lián)動，直接觸發(fā)消防動作。易熔塞由一種低熔點的合金組成，當(dāng)它暴露在熱源中被加熱時，將在預(yù)定的溫度下迅速熔化，以使觸點動作。

常用的可燃氣探測器有電化學(xué)式可燃氣探測器、半導(dǎo)體式可燃氣探測器、紅外式可燃氣探測器(點紅外式和開路式)。

3 火氣探測器選型設(shè)計

火氣探測器的選型設(shè)計是火氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一個重要組成部分，在不同處所選擇最合適的探測器進行火氣探測，能夠在最短時間內(nèi)探測到火災(zāi)或可燃氣泄漏等危險，并及時向生產(chǎn)操作人員報警。另外，F(xiàn)PSO火氣探測器的選型設(shè)計需本著上部模塊與船體、生活樓火氣系統(tǒng)一體化設(shè)計的理念，上部模塊與船體的火氣探測報警設(shè)備及其附件應(yīng)盡量選用標準系列化產(chǎn)品和型號，以減少火氣探測報警設(shè)備的品種和備品備件[3]。

3.1 火災(zāi)類型

根據(jù)歐盟《火災(zāi)探測和火災(zāi)報警標準》(UNI/EN54/9)，火災(zāi)類型及其特點見表1。

表1 火災(zāi)類型及其特點

3.2 火災(zāi)探測器選型

目前，常用的火災(zāi)探測器主要有三頻紅外火焰探測器、光電式煙探測器、組合式熱探測器、定溫式熱探測器(廚房使用)及易熔塞等。根據(jù)火災(zāi)的不同類型，結(jié)合FPSO區(qū)域劃分和項目應(yīng)用經(jīng)驗，火災(zāi)探測器選型見表2。

表2 FPSO火災(zāi)探測器選型

通過對火災(zāi)特征和FPSO房間特點的分析，對于火災(zāi)探測器的選型，筆者建議如下：

a. FPSO油氣處理區(qū)域主要是烴類火災(zāi)，燃燒快且熱量高，建議火焰探測器和易熔塞組合使用，以降低火氣系統(tǒng)的成本；

b. FPSO主機間、柴油消防泵間、應(yīng)急機間及分油機間等房間火災(zāi)分為兩類，一類是低熱量、大量煙霧的TF3火災(zāi)，另一類是燃燒快、高熱量的烷烴火災(zāi)，建議火焰探測器和煙探測器組合使用，提高火災(zāi)探測覆蓋率；

c. 其他電氣房間，如開關(guān)間、應(yīng)急開關(guān)間、變壓器間、空調(diào)機間及壓縮機間等火災(zāi)類型為低熱高煙的電氣火災(zāi)，建議選用煙探測器，對于重要的電氣房間可以選用早期煙探測器，提高火災(zāi)探測靈敏度；

d. 油漆間火災(zāi)主要為烷烴類火災(zāi)，燃燒快且高熱，建議火焰探測器和熱探測器組合使用；

e. 控制室由于存放資料較多，火災(zāi)類型有可能為低熱、大量煙霧的TF3型，也可能是高熱、大量煙霧的TF4型，建議煙探測器和熱探測器組合使用。

3.3 可燃氣探測器選型

FPSO為浮式生產(chǎn)儲油船，集生產(chǎn)、儲油、卸油為一體，區(qū)域狹小，工藝生產(chǎn)設(shè)備眾多，可燃氣探測器的選型和布置需要考慮多方面的因素(可燃氣體泄漏特點、設(shè)備的尺寸、風(fēng)向、風(fēng)速、可燃氣探測器的類型及表決等)：

a. 參照工藝組分表確定可燃氣體的組分和類型，確定與空氣的比重關(guān)系，并明確是否含有硫化氫等有毒氣體；

b. 參照危險區(qū)劃分圖確定海洋平臺易發(fā)生可燃氣體擴散的危險區(qū)域；

c. 參照工藝PID圖紙確定危險區(qū)內(nèi)不同設(shè)備是否存在潛在的可燃氣體泄漏源；

d. 參照泄漏源的參數(shù)，選擇不同類型可燃氣體探測器組合使用；

e. 探測器數(shù)量應(yīng)覆蓋所有潛在危險源的設(shè)備、管線、閥門及法蘭等[4]。

FPSO常用的可燃氣探測器類型主要為點紅外探測器、開路式紅外探測器、硫化氫探測器和氫氣探測器。結(jié)合FPSO典型設(shè)備特點和常規(guī)項目經(jīng)驗，可燃氣探測器選型見表3。

表3 FPSO可燃氣探測器選型

筆者建議在油氣處理區(qū)域，開路式可燃氣探測器和點紅外可燃氣探測器組合使用，可以有效提高可燃氣探測覆蓋率，減少點紅外探測器的布置數(shù)量，降低項目成本。

4 表決邏輯分析

FPSO集生活樓、上部模塊和船體于一身，房間和工藝生產(chǎn)設(shè)備眾多，火氣探測系統(tǒng)的可靠性對于人員、設(shè)備的安全至關(guān)重要。為了提高火氣系統(tǒng)的可靠性，減少火氣系統(tǒng)的誤報警頻率，一般火氣探測器采用表決機制(易熔塞除外)：

a. 單個煙探測器觸發(fā)中控報警，單個熱探測器觸發(fā)中控報警，煙熱探測器2ooN組合表決。

b. 單個火焰探測器觸發(fā)中控報警，2ooN表決后確認火災(zāi)。

c. 氫氣探測器報警級別分為10%和20%爆炸下限濃度，單個氫氣探測器10%和20%爆炸下限濃度只觸發(fā)中控報警，氫氣探測器20%報警，2ooN表決后，確認氫氣泄漏。

d. 硫化氫探測器報警級別分為0.01‰、0.02‰、0.05‰，單個硫化氫探測器0.01‰、0.02‰、0.05‰，只觸發(fā)中控報警；硫化氫探測器0.05‰，2ooN表決后，確認硫化氫泄漏。

目前常規(guī)項目中，可燃氣探測器報警濃度級別分為20%和50%爆炸下限濃度，可燃氣探測采用50%表決，確認可燃氣體泄漏，筆者對可燃氣探測器各種不同表決方案進行對比分析。

通常由于探測器位置不合理、沒有足夠的探測點或環(huán)境條件惡劣，會導(dǎo)致即使FGS安全功能完全符合要求，風(fēng)險減輕效果也會顯著降低?？扇細馓綔y器探測效果等級如圖1所示。

筆者選擇FPSO上部模塊典型設(shè)備——油氣水三相分離器對可燃氣探測器不同表決邏輯進行了分析對比。設(shè)定分離器區(qū)域總面積為224m2(14m×16m)，假定探測器數(shù)量不變(4個)，探測器間距為6m，可燃氣探測器3種表決機制(50%與50%、50%與20%、20%與20%)的探測效果如圖2所示。

圖1 可燃氣探測器探測效果等級

圖2 3種表決機制的探測效果等級

對比可燃氣探測器3種表決機制的探測效果，見表4。

表4 可燃氣探測器的探測效果

從表4中可以看出：可燃氣探測器20%與20%表決機制比50%與50%表決機制控制動作區(qū)域面積提高了接近5倍；50%與20%表決機制比50%與50%表決機制控制動作區(qū)域面積提高了4.5倍；50%與50% 表決機制控制動作覆蓋范圍有限。

根據(jù)項目成本和火氣系統(tǒng)可靠性的考慮，筆者建議FPSO可燃氣探測器表決機制選用50%與20%表決方案，該方案可在不縮小探測器覆蓋范圍的情況下，節(jié)省探測器的布置數(shù)量，降低項目成本。

5 結(jié)束語

筆者概括了FPSO的典型區(qū)域，并結(jié)合火災(zāi)類型和特征，編制FPSO火災(zāi)探測器選型推薦表。根據(jù)FPSO不同區(qū)域的特點，編制了FPSO可燃氣和有毒氣體探測器選型推薦表。闡述了不同類型火氣探測器的表決邏輯，并結(jié)合可燃氣探測效果分析，提出了可燃氣探測詳細設(shè)計方案，并對比分析可燃氣探測器不同表決邏輯的探測效果，選擇了最優(yōu)的表決方案，以提高火氣系統(tǒng)的探測效果和可靠性。

[1] 黃菲菲.浮式生產(chǎn)儲油船(FPSO)火災(zāi)和可燃氣體探測系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化改進[J].船舶,2005，(4)：30～35.

[2] 尚勝美,王海清,劉俊芳.FPSO火災(zāi)氣體探測器的優(yōu)化布置研究[J].石油與天然氣化工，2012，42(3)：311～315.

[3] 何驍勇，洪毅，徐正海，等.海上浮式生產(chǎn)儲油裝置儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].化工自動化及儀表,2016，43 (2)：140～143.

[4] GB 500493-2009，石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

AnalysisofFire&GasDetectorSelectionandVotingLogicsforFPSO

DU Gang

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.)

Through having characteristics of FPSO’s(floating production storage and offloading) typical region, the fire & gas detector’s working principle and fire’s feature considered, both selection scheme of fire & gas detector and voting logic for different zones in FPSO were summarized; through comparatively analyzing various voting logics of combustible gas detectors, an optimized voting logic was introduced to improve detector’s coverage rate and the accuracy in reducing false alarms.

fire & gas detector, FPSO, fire classification, selection, voting

杜剛(1983-)，工程師，從事海洋工程儀表和控制系統(tǒng)的設(shè)計工作，dugang@mail.cooec.com.cn。

TH71

B

1000-3932(2017)06-0545-05

2017-02-27，

2017-04-07)