杜 剛

(海洋石油工程股份有限公司)

FPSO火氣探測(cè)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(diǎn)、火氣探測(cè)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(cè)器的選型方案和表決邏輯。對(duì)可燃?xì)馓綔y(cè)器的多種表決邏輯方案進(jìn)行對(duì)比分析，選擇出一種較好的表決邏輯方案，有效提高了可燃?xì)馓綔y(cè)器的覆蓋率和火氣探測(cè)的準(zhǔn)確性，減少誤報(bào)警的發(fā)生次數(shù)。

火氣探測(cè)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(chǔ)卸油裝置，一般在國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)稱為浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船。FPSO集生產(chǎn)、儲(chǔ)油、卸油為一體的優(yōu)勢(shì)，已成為快速、經(jīng)濟(jì)、有效地開(kāi)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(guò)程中涉及大量的原油輸入和輸出，并伴生大量的碳?xì)錃怏w[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(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。火氣探測(cè)器的選型和表決邏輯是火氣探測(cè)系統(tǒng)的兩個(gè)重要組成部分，對(duì)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(jì)損失，起到?jīng)Q定性作用。筆者以火災(zāi)和可燃?xì)馓綔y(cè)器選型、表決邏輯分析為主要研究?jī)?nèi)容，提出FPSO火氣探測(cè)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(kāi)關(guān)間、發(fā)電機(jī)間、儀器間、實(shí)驗(yàn)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?dú)獾裙迷O(shè)施區(qū)域)。

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

船體區(qū)域包括開(kāi)關(guān)間、應(yīng)急開(kāi)關(guān)間、變壓器間、空調(diào)機(jī)間、壓縮機(jī)室、液壓?jiǎn)卧g、液壓泵間、機(jī)械處所、柴油消防泵間、火災(zāi)控制室、系泊設(shè)備間、機(jī)艙分油機(jī)室、艏部艙室、貨油泵液壓間、工作間、儲(chǔ)藏間、油漆間、辦公室、活動(dòng)室、梯道及電纜井等。

2 火氣探測(cè)器類型

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

常用的煙探測(cè)器主要有光電式煙探測(cè)器、離子式煙探測(cè)器和早期煙探測(cè)器。

常用的熱探測(cè)器有定溫式熱探測(cè)器、溫升速率式熱探測(cè)器、定溫式和溫升速率式進(jìn)行組合的熱探測(cè)器。

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

常用的可燃?xì)馓綔y(cè)器有電化學(xué)式可燃?xì)馓綔y(cè)器、半導(dǎo)體式可燃?xì)馓綔y(cè)器、紅外式可燃?xì)馓綔y(cè)器(點(diǎn)紅外式和開(kāi)路式)。

3 火氣探測(cè)器選型設(shè)計(jì)

火氣探測(cè)器的選型設(shè)計(jì)是火氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，在不同處所選擇最合適的探測(cè)器進(jìn)行火氣探測(cè)，能夠在最短時(shí)間內(nèi)探測(cè)到火災(zāi)或可燃?xì)庑孤┑任ｋU(xiǎn)，并及時(shí)向生產(chǎn)操作人員報(bào)警。另外，F(xiàn)PSO火氣探測(cè)器的選型設(shè)計(jì)需本著上部模塊與船體、生活樓火氣系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的理念，上部模塊與船體的火氣探測(cè)報(bào)警設(shè)備及其附件應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)系列化產(chǎn)品和型號(hào)，以減少火氣探測(cè)報(bào)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(cè)和火災(zāi)報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)》(UNI/EN54/9)，火災(zāi)類型及其特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 火災(zāi)類型及其特點(diǎn)

3.2 火災(zāi)探測(cè)器選型

目前，常用的火災(zāi)探測(cè)器主要有三頻紅外火焰探測(cè)器、光電式煙探測(cè)器、組合式熱探測(cè)器、定溫式熱探測(cè)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(xiàng)目應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，火災(zāi)探測(cè)器選型見(jiàn)表2。

表2 FPSO火災(zāi)探測(cè)器選型

通過(guò)對(duì)火災(zāi)特征和FPSO房間特點(diǎn)的分析，對(duì)于火災(zāi)探測(cè)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(cè)器和易熔塞組合使用，以降低火氣系統(tǒng)的成本；

b. FPSO主機(jī)間、柴油消防泵間、應(yīng)急機(jī)間及分油機(jī)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(cè)器和煙探測(cè)器組合使用，提高火災(zāi)探測(cè)覆蓋率；

c. 其他電氣房間，如開(kāi)關(guān)間、應(yīng)急開(kāi)關(guān)間、變壓器間、空調(diào)機(jī)間及壓縮機(jī)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(cè)器，對(duì)于重要的電氣房間可以選用早期煙探測(cè)器，提高火災(zāi)探測(cè)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(cè)器和熱探測(cè)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(cè)器和熱探測(cè)器組合使用。

3.3 可燃?xì)馓綔y(cè)器選型

FPSO為浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船，集生產(chǎn)、儲(chǔ)油、卸油為一體，區(qū)域狹小，工藝生產(chǎn)設(shè)備眾多，可燃?xì)馓綔y(cè)器的選型和布置需要考慮多方面的因素(可燃?xì)怏w泄漏特點(diǎn)、設(shè)備的尺寸、風(fēng)向、風(fēng)速、可燃?xì)馓綔y(cè)器的類型及表決等)：

a. 參照工藝組分表確定可燃?xì)怏w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(xiǎn)區(qū)劃分圖確定海洋平臺(tái)易發(fā)生可燃?xì)怏w擴(kuò)散的危險(xiǎn)區(qū)域；

c. 參照工藝PID圖紙確定危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)不同設(shè)備是否存在潛在的可燃?xì)怏w泄漏源；

d. 參照泄漏源的參數(shù)，選擇不同類型可燃?xì)怏w探測(cè)器組合使用；

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

FPSO常用的可燃?xì)馓綔y(cè)器類型主要為點(diǎn)紅外探測(cè)器、開(kāi)路式紅外探測(cè)器、硫化氫探測(cè)器和氫氣探測(cè)器。結(jié)合FPSO典型設(shè)備特點(diǎn)和常規(guī)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，可燃?xì)馓綔y(cè)器選型見(jiàn)表3。

表3 FPSO可燃?xì)馓綔y(cè)器選型

筆者建議在油氣處理區(qū)域，開(kāi)路式可燃?xì)馓綔y(cè)器和點(diǎn)紅外可燃?xì)馓綔y(cè)器組合使用，可以有效提高可燃?xì)馓綔y(cè)覆蓋率，減少點(diǎn)紅外探測(cè)器的布置數(shù)量，降低項(xiàng)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(cè)系統(tǒng)的可靠性對(duì)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(bào)警頻率，一般火氣探測(cè)器采用表決機(jī)制(易熔塞除外)：

a. 單個(gè)煙探測(cè)器觸發(fā)中控報(bào)警，單個(gè)熱探測(cè)器觸發(fā)中控報(bào)警，煙熱探測(cè)器2ooN組合表決。

b. 單個(gè)火焰探測(cè)器觸發(fā)中控報(bào)警，2ooN表決后確認(rèn)火災(zāi)。

c. 氫氣探測(cè)器報(bào)警級(jí)別分為10%和20%爆炸下限濃度，單個(gè)氫氣探測(cè)器10%和20%爆炸下限濃度只觸發(fā)中控報(bào)警，氫氣探測(cè)器20%報(bào)警，2ooN表決后，確認(rèn)氫氣泄漏。

d. 硫化氫探測(cè)器報(bào)警級(jí)別分為0.01‰、0.02‰、0.05‰，單個(gè)硫化氫探測(cè)器0.01‰、0.02‰、0.05‰，只觸發(fā)中控報(bào)警；硫化氫探測(cè)器0.05‰，2ooN表決后，確認(rèn)硫化氫泄漏。

目前常規(guī)項(xiàng)目中，可燃?xì)馓綔y(cè)器報(bào)警濃度級(jí)別分為20%和50%爆炸下限濃度，可燃?xì)馓綔y(cè)采用50%表決，確認(rèn)可燃?xì)怏w泄漏，筆者對(duì)可燃?xì)馓綔y(cè)器各種不同表決方案進(jìn)行對(duì)比分析。

通常由于探測(cè)器位置不合理、沒(méi)有足夠的探測(cè)點(diǎn)或環(huán)境條件惡劣，會(huì)導(dǎo)致即使FGS安全功能完全符合要求，風(fēng)險(xiǎn)減輕效果也會(huì)顯著降低?？扇?xì)馓綔y(cè)器探測(cè)效果等級(jí)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(duì)可燃?xì)馓綔y(cè)器不同表決邏輯進(jìn)行了分析對(duì)比。設(shè)定分離器區(qū)域總面積為224m2(14m×16m)，假定探測(cè)器數(shù)量不變(4個(gè))，探測(cè)器間距為6m，可燃?xì)馓綔y(cè)器3種表決機(jī)制(50%與50%、50%與20%、20%與20%)的探測(cè)效果如圖2所示。

圖1 可燃?xì)馓綔y(cè)器探測(cè)效果等級(jí)

圖2 3種表決機(jī)制的探測(cè)效果等級(jí)

對(duì)比可燃?xì)馓綔y(cè)器3種表決機(jī)制的探測(cè)效果，見(jiàn)表4。

表4 可燃?xì)馓綔y(cè)器的探測(cè)效果

從表4中可以看出：可燃?xì)馓綔y(cè)器20%與20%表決機(jī)制比50%與50%表決機(jī)制控制動(dòng)作區(qū)域面積提高了接近5倍；50%與20%表決機(jī)制比50%與50%表決機(jī)制控制動(dòng)作區(qū)域面積提高了4.5倍；50%與50% 表決機(jī)制控制動(dòng)作覆蓋范圍有限。

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

5 結(jié)束語(yǔ)

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(cè)器選型推薦表。根據(jù)FPSO不同區(qū)域的特點(diǎn)，編制了FPSO可燃?xì)夂陀卸練怏w探測(cè)器選型推薦表。闡述了不同類型火氣探測(cè)器的表決邏輯，并結(jié)合可燃?xì)馓綔y(cè)效果分析，提出了可燃?xì)馓綔y(cè)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)比分析可燃?xì)馓綔y(cè)器不同表決邏輯的探測(cè)效果，選擇了最優(yōu)的表決方案，以提高火氣系統(tǒng)的探測(cè)效果和可靠性。

[1] 黃菲菲.浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船(FPSO)火災(zāi)和可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化改進(jìn)[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(cè)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(chǔ)油裝置儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2016，43 (2)：140～143.

[4] GB 500493-2009，石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)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(jì)工作，dugang@mail.cooec.com.cn。

TH71

B

1000-3932(2017)06-0545-05

2017-02-27，

2017-04-07)