汪 達(dá)，張 威，范 劍

（1.上海振華重工集團(tuán)有限公司，上海 200123；2.康士伯控制系統(tǒng)上海有限公司，上海 201206）

淺析DP3鉆井船通風(fēng)控制

汪 達(dá)1，張 威1，范 劍2

（1.上海振華重工集團(tuán)有限公司，上海 200123；2.康士伯控制系統(tǒng)上海有限公司，上海 201206）

通風(fēng)專業(yè)在海工項(xiàng)目中顯得尤為重要，不僅取決于各個(gè)海工項(xiàng)目的復(fù)雜程度，更是因?yàn)樗苯雨P(guān)系到安全，因此通風(fēng)成為一個(gè)獨(dú)立的專業(yè)也就不足為奇了。對于一個(gè)完整的防火劃分的區(qū)域，它的通風(fēng)系統(tǒng)是獨(dú)立的[1]，所以在火區(qū)劃分復(fù)雜的DP3鉆井船上，通風(fēng)子系統(tǒng)就非常多，對于整個(gè)系統(tǒng)的控制更是重中之重，不僅與中央控制系統(tǒng)有關(guān)，更與安全系統(tǒng)息息相關(guān)。文章主要闡述了鉆井船的通風(fēng)系統(tǒng)具體是如何控制的。

通風(fēng)；控制；鉆井船

0 引言

隨著海洋工程的發(fā)展，越來越多的高性能、高科技的機(jī)械設(shè)備被工程船舶所應(yīng)用，這樣對于通風(fēng)專業(yè)的研究與發(fā)展提出了更高的要求。在工程船舶作業(yè)過程中，產(chǎn)生的有毒有害、可燃?xì)怏w、粉塵等都將對作業(yè)人員造成危害，進(jìn)而研究如何更有效地控制和調(diào)節(jié)室內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)，保證機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以及人員的健康和安全意義重大。緊湊型DP3鉆井船（見圖1）設(shè)計(jì)技術(shù)要求較高，在國內(nèi)發(fā)展有限。因其空間分割的要求，通風(fēng)子系統(tǒng)根據(jù)火區(qū)劃分變得多而復(fù)雜[1]。

圖1 鉆井船模型

1 風(fēng)機(jī)控制

風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)器在馬達(dá)控制中心里，風(fēng)機(jī)可以在

就地以及遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止。正常情況下，風(fēng)機(jī)室設(shè)置在遙控模式并由中央控制系統(tǒng)控制。中央控制系統(tǒng)發(fā)送啟動(dòng)、停止命令給馬達(dá)控制中心。中央控制系統(tǒng)從馬達(dá)控制中心那里接收每一個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行、故障、遙控允許等信號(hào)?？刂七壿嬕姳?。

表1 風(fēng)機(jī)控制邏輯

需要維持正壓的處所同時(shí)又有機(jī)械進(jìn)出風(fēng)機(jī)的，進(jìn)風(fēng)機(jī)先啟動(dòng)而后再啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)；需要維持負(fù)壓的處所同時(shí)又有機(jī)械進(jìn)出風(fēng)機(jī)的，排風(fēng)機(jī)先啟動(dòng)而后再啟動(dòng)進(jìn)風(fēng)機(jī)。

2 風(fēng)閘控制

船體所有風(fēng)閘都是氣動(dòng)并且是fail-safe形式的。fail-safe是指在氣源失效的情況下，風(fēng)閘會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。風(fēng)閘也在熔絲保護(hù)的溫度到達(dá)時(shí)自動(dòng)關(guān)斷。中央控制系統(tǒng)接收風(fēng)閘的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)。船員可以通過中央控制系統(tǒng)MIMIC手動(dòng)開關(guān)風(fēng)閘?；饸庀到y(tǒng)通過控制電磁閥實(shí)現(xiàn)風(fēng)閘的關(guān)斷。對于動(dòng)力定位系統(tǒng)相關(guān)的房間，如機(jī)艙、推進(jìn)器間、推進(jìn)器通道?；饸庀到y(tǒng)到電磁閥的控制信號(hào)通常是 NDE (Normally De-energized)[2]形式。NDE形式，通常情況下電磁閥是不帶電的，氣動(dòng)閥打開，讓空氣進(jìn)入風(fēng)閘維持風(fēng)閘開的狀態(tài)。對于非動(dòng)力定位系統(tǒng)相關(guān)的房間，其控制信號(hào)是NE (Normally Energized)[2]形式，如果風(fēng)閘關(guān)閉了并且沒有被火氣系統(tǒng)復(fù)位，船員是無法通過中央控制系統(tǒng)開關(guān)風(fēng)閘的。手動(dòng)閥的作用也是從艙壁的兩邊去關(guān)斷風(fēng)閘，在正常情況下它們應(yīng)該是打開的，如圖2所示。

生活樓的防火風(fēng)閘同樣也是由氣動(dòng)控制器控制。風(fēng)閘通常是分組控制的，每組都是一個(gè)完整的區(qū)域，并且由一個(gè)電磁閥控制?；饸庀到y(tǒng)控制電磁閥的開閉信號(hào)。風(fēng)閘的位置信號(hào)送到中央控制系統(tǒng)，然后由中央控制系統(tǒng)送到火氣系統(tǒng)，在正常情況下，沒有火氣被探測到時(shí)，船員可以通過中央控制系統(tǒng)開關(guān)風(fēng)閘，兩邊的就地控制打到“開”狀態(tài)。電磁閥的控制信號(hào)是有源形式的。在就地包含開關(guān)選擇以及風(fēng)閘開關(guān)指示，如圖3所示。

圖2 風(fēng)閘控制原理圖（機(jī)械區(qū)域）

圖3 風(fēng)閘控制原理圖（生活區(qū)域）

3 風(fēng)機(jī)風(fēng)閘連鎖

風(fēng)機(jī)只能在風(fēng)閘完全打開的情況下啟動(dòng)。風(fēng)機(jī)在相關(guān)風(fēng)閘關(guān)閉的情況下自動(dòng)關(guān)閉。如果是在就地模式中央控制系統(tǒng)不能啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，之前的連鎖也不存在。以上的連鎖只適用于一對一的情況，多對多的情況在下文中詳細(xì)說明。

發(fā)電機(jī)艙室（見表2）是情況比較復(fù)雜的，具體分析如下：

1）工況1：2臺(tái)發(fā)電機(jī)都運(yùn)行；所有的供風(fēng)機(jī)都開，排風(fēng)則是50%機(jī)械通風(fēng)，50%自然通風(fēng)。

2）工況2：1臺(tái)或者沒有發(fā)電機(jī)運(yùn)行；1臺(tái)50%或者是2臺(tái)25%的供風(fēng)機(jī)運(yùn)行，排風(fēng)則是自然通風(fēng)。

中央控制系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)如下：

1）同一房間50%供風(fēng)風(fēng)機(jī)關(guān)了則50%排風(fēng)風(fēng)機(jī)也關(guān)了，適用于1、2、3號(hào)機(jī)艙；

2）同一房間50%排風(fēng)風(fēng)機(jī)關(guān)了則50%供風(fēng)風(fēng)機(jī)也關(guān)了，適用于1、2、3號(hào)機(jī)艙；

3）當(dāng)25%供風(fēng)風(fēng)機(jī)關(guān)，另一臺(tái)25%供風(fēng)風(fēng)機(jī)和50%排風(fēng)風(fēng)機(jī)也關(guān)了；

4）如果50%排風(fēng)風(fēng)機(jī)關(guān)了，則2臺(tái)25%的供風(fēng)風(fēng)機(jī)也關(guān)。

從而保持進(jìn)出風(fēng)量的一致[3]。操作人員則需要統(tǒng)計(jì)每個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，來保證風(fēng)機(jī)更長的使用壽命。

而表3所示的情況則是一個(gè)風(fēng)機(jī)對多個(gè)風(fēng)閘。很顯然，當(dāng)總風(fēng)閘關(guān)了，相對應(yīng)的風(fēng)機(jī)也關(guān)了。

表2 發(fā)電機(jī)艙室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備關(guān)系表

表3 單個(gè)風(fēng)機(jī)對應(yīng)多個(gè)風(fēng)閘的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備關(guān)系表

然而，最終中央控制系統(tǒng)的控制邏輯設(shè)計(jì)是這樣的：2個(gè)風(fēng)機(jī)與8個(gè)風(fēng)閘互相連鎖（DFG-5254048, DFG-5254047、DFG-5254050、DFG-5254046、DFG-5255079、DFG-5255078、DFG-5255050和DFG-5255046），如果有任何一個(gè)風(fēng)閘關(guān)了，那么中央控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉2個(gè)風(fēng)機(jī)并報(bào)警。供風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)必須處于同一狀態(tài)。如果一個(gè)風(fēng)機(jī)關(guān)了，中央控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉另一個(gè)風(fēng)機(jī)并報(bào)警。這是因?yàn)槠溆嗟膸讉€(gè)風(fēng)閘的通風(fēng)量也非常大。

這種情況同時(shí)也得考慮水密風(fēng)閘。水密風(fēng)閘是用在水淹、破艙情況下用于隔斷通風(fēng)風(fēng)管的。中央控制系統(tǒng)可以控制水密風(fēng)閘的開閉。在正常情況下

所有的水密風(fēng)閘都是開著的。當(dāng)發(fā)生進(jìn)水情況時(shí)，中央控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉相對應(yīng)的水密風(fēng)閘并發(fā)出報(bào)警。中央控制系統(tǒng)通過檢測水密風(fēng)閘外面艙室的進(jìn)水報(bào)警，通常是通過探測FLOODING的液位傳感器，同時(shí)滿足條件艙室中有污水井液位傳感器也報(bào)警，以免發(fā)生誤報(bào)警的情況。

危險(xiǎn)區(qū)域一般是設(shè)計(jì)為負(fù)壓，當(dāng)排風(fēng)風(fēng)閘關(guān)閉了，排風(fēng)的風(fēng)機(jī)也自動(dòng)關(guān)閉。這時(shí)，考慮到蓄電池氫氣的濃度不斷上升，可以設(shè)計(jì)不關(guān)閉進(jìn)風(fēng)風(fēng)閘，這樣氫氣的濃度就降低了（見表4）。為了維持這個(gè)負(fù)壓，用一個(gè)壓差傳感器去監(jiān)測，一旦平衡打破就通過中央控制系統(tǒng)報(bào)警。

表4 2號(hào)蓄電池間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備關(guān)系表

那么當(dāng)什么情況下防火風(fēng)閘會(huì)關(guān)閉呢？正常情況下防火風(fēng)閘是打開狀態(tài)的，只有當(dāng)確認(rèn)著火狀態(tài)的情況下，風(fēng)閘會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，這個(gè)動(dòng)作是通過火氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)應(yīng)急切斷系統(tǒng)要隔離一個(gè)區(qū)域，它會(huì)給火氣系統(tǒng)一個(gè)信號(hào)通過火氣系統(tǒng)關(guān)閉風(fēng)閘。同時(shí)，應(yīng)急切斷系統(tǒng)自動(dòng)切斷供排風(fēng)機(jī)。

以下幾種表決邏輯是通過火氣系統(tǒng)來判斷一個(gè)火區(qū)內(nèi)是否著火：

1）觸動(dòng)任何1個(gè)手報(bào)按鈕（重要的處所如機(jī)艙沒有切斷動(dòng)作，保持通風(fēng)系統(tǒng)）；

2）觸動(dòng)任何2個(gè)感煙、火焰、感溫探頭；

3）釋放任何1個(gè)就地滅火系統(tǒng)；

4）觸動(dòng)1個(gè)防火探頭，前提是在一個(gè)火區(qū)內(nèi)只有1個(gè)；

5）觸動(dòng)1個(gè)防火探頭，前提是在一個(gè)火區(qū)內(nèi)只有2個(gè)，并且另一個(gè)故障了；

6）觸動(dòng)任何1個(gè)感煙、火焰、感溫探頭，在火區(qū)內(nèi)有大于2個(gè)探頭，只報(bào)警不會(huì)有關(guān)閉的連鎖動(dòng)作。

同樣，確定一個(gè)火區(qū)氣體濃度的邏輯也是復(fù)雜多樣的，當(dāng)火區(qū)或者通風(fēng)口有多個(gè)氣體探頭時(shí)：

1）大于等于2個(gè)HC探頭大于20%LEL（Lower Explosive Limit）；

2）2個(gè)HC探頭中一個(gè)故障了，另一個(gè)HC探頭大于20%LEL（Lower Explosive Limit）；

3）大于等于2個(gè)H2S探頭大于11.151 mg/m3；

4）2個(gè)H2S探頭中一個(gè)故障了，另一個(gè)H2S探頭大于11.151 mg/m3。

當(dāng)火區(qū)或者通風(fēng)口只有1個(gè)氣體探頭時(shí)：

1）1個(gè)HC探頭達(dá)到60%LEL（Lower Explosive Limit）；

2）1個(gè)H2S探頭達(dá)到69.693 mg/m3；

3）1個(gè)H2探頭達(dá)到15%LEL（Lower Explosive Limit）。

當(dāng)上述任何一種情況被確認(rèn)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)斷風(fēng)機(jī)和風(fēng)閘，但是不包括與動(dòng)力定位系統(tǒng)相關(guān)或者與鉆井系統(tǒng)相關(guān)的處所。

4 結(jié)論

通風(fēng)的控制設(shè)計(jì)與安全專業(yè)緊密結(jié)合，直接影響到人命安全以及設(shè)備的正常運(yùn)行維護(hù)，它的重要性已經(jīng)被越來越多的人認(rèn)知。通過對風(fēng)閘控制的分析，為相關(guān)人員提供參考。

[1]黃建章.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊 電氣分冊 第 3版[M].北京: 國防工業(yè)出版社, 2013.

[2]何琪.船舶電氣控制及自動(dòng)化[M].哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2014.

[3]JI Levenhagen, DH Spethmann.HVAC Controls and Systems[M].New York: McGraw-Hill, 1993.

Brief Analysis of HVAC Control for DP3 Drilling Ship

Wang Da1, Zhang Wei1, Fan Jian2

(1.Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co., Ltd., Shanghai 200125, China; 2.Konsberg Maritime China (Shanghai) Ltd., Shanghai 201206, China)

The HVAC department is very important not only because of the complexity of every ocean project, but also of its direct relation to safety.It is no wonder that the HVAC becomes an independent department.Since the HVAC system of any complete fire division zone is independent, there are many sub-systems of HVAC on drilling ships with complicated fire zone divisions.Therefore, its control over the whole system is the key factor related to both VMS system and safety system.The paper mainly elaborates that how the HVAC system on drilling ships works.

HVAC; control; drilling ship

U662.2

A

10.14141/j.31-1981.2016.06.007

汪達(dá)（1986—），男，本科，研究方向：船舶與海洋工程電氣自動(dòng)化。