(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

1 系統(tǒng)概述

海上石油鉆井平臺(tái)含有大量高壓系統(tǒng)，系統(tǒng)的工作介質(zhì)是高溫、高壓、易燃、易爆的氣體或液體，一旦發(fā)生事故，海上逃生和救援的難度均比陸地大很多?；饸馓綔y系統(tǒng)是通過檢測、分析平臺(tái)環(huán)境中發(fā)生火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏情況，通過一系列動(dòng)作等手段來預(yù)防及控制事故，消除潛在隱患。火災(zāi)&氣體探測系統(tǒng)對(duì)潛在火災(zāi)或氣體事故點(diǎn)提供一個(gè)可靠的前期探測預(yù)警。一旦在平臺(tái)上檢測到火災(zāi)、可燃?xì)饣蛴卸練怏w泄漏，系統(tǒng)中執(zhí)行“表決確認(rèn)邏輯”，進(jìn)而激活相應(yīng)消防設(shè)備，發(fā)出報(bào)警。與此同時(shí)，確認(rèn)火災(zāi)&氣體報(bào)警信號(hào)會(huì)發(fā)送到ESD系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯執(zhí)行風(fēng)、油等設(shè)備切斷動(dòng)作。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

CJ50自升式鉆井平臺(tái)是本公司建造的全新產(chǎn)品，由荷蘭GustoMSC公司提供基本設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)所和Maric聯(lián)合承擔(dān)，船長、型寬都接近100 m，最大作業(yè)水深超過120 m，船員數(shù)量在150人，滿足UK-HSE、挪威北海要求，入ABS級(jí)。CJ50自升式鉆井平臺(tái)具有具備三重化、冗錯(cuò)功能、系統(tǒng)集成化、設(shè)備自診斷以及更好的可用性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，同時(shí)滿足SIL2的所有要求。根據(jù)對(duì)項(xiàng)目規(guī)格書進(jìn)行梳理，CJ50項(xiàng)目中火氣探測系統(tǒng)涉及法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)如下。

1)ABS美國船級(jí)社鋼制船規(guī)范。

2)ABS MODU CODE美國船級(jí)社海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范。

3)CCS中國船級(jí)社鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范。

4)CCS MODU CODE 中國船級(jí)社海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范。

5)SOLAS海上生命安全公約。

6)國際海事組織(IMO)標(biāo)準(zhǔn)、公約。

7)國際電工組織IEC6108, IEC61511，IEC61892等

8)UK-HSE。

除了滿足上述法規(guī)外，還應(yīng)考慮不同的掛旗國、工作水域的要求以及其他約定。

2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)要求及配置原則

2.2.1 系統(tǒng)技術(shù)要求

1)系統(tǒng)應(yīng)該具備獨(dú)立性，安全性。

2)應(yīng)選用UPS電源。

3)具備自診斷功能。操作界面上可全面、準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)信息。

4)根據(jù)平臺(tái)房間的位置，通風(fēng)系統(tǒng)的獨(dú)立性，設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系，將平臺(tái)劃分為若干火區(qū)。

5)將煙、溫探頭和報(bào)警按鈕根據(jù)所屬火區(qū)分為若干回路，分別連接在火災(zāi)報(bào)警板上。

2.2.2 系統(tǒng)的配置原則

1)應(yīng)具有冗余性或滿足可靠性驗(yàn)證，并獨(dú)立于其他系統(tǒng)。

2)電源應(yīng)滿足規(guī)格書、規(guī)范的要求，至少兩路供電電路。主應(yīng)急電源應(yīng)分別從主配電板和應(yīng)急配電板供電，不經(jīng)過二次配電系統(tǒng)。如應(yīng)急電源為蓄電池，則應(yīng)在圖紙中標(biāo)識(shí)。

3)可尋址型探測器回路的設(shè)計(jì)應(yīng)具有回路監(jiān)測功能(如接地故障檢測，短路檢測和斷路檢測等)，并保證回路中任一單點(diǎn)故障不會(huì)造成整個(gè)回路失效。

4)選用防火電纜。

3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前在CJ50自升式平臺(tái)上火氣系統(tǒng)采用的是由控制板、回路驅(qū)動(dòng)器、火氣探頭以及中控系統(tǒng)和操作站組成的結(jié)構(gòu)形式，見圖1。

圖1 典型火氣探測結(jié)構(gòu)形式

3.2 選型與布置

3.2.1 感煙探頭

在CJ50項(xiàng)目中，在船員起居處所、走廊、控制室，機(jī)艙、貨艙及其他類似場所都應(yīng)布置感煙探頭，而在整個(gè)鉆井平臺(tái)上感煙探頭的使用比例高達(dá)80%。根據(jù)船級(jí)社規(guī)范要求，其布置應(yīng)滿足最大覆蓋區(qū)域不超過74 m2,兩探測器中心距離應(yīng)不超過11 m，距艙壁不超過5.5 m的要求，以控制室為例，設(shè)計(jì)方案見圖2，艙室的長度、寬度分別為：7.5 m和7.0 m,計(jì)算后認(rèn)為，此控制室只需要布置一個(gè)感煙探頭。同時(shí)需注意的是機(jī)艙或者房間內(nèi)的感煙探頭的布置位置應(yīng)距離風(fēng)管的風(fēng)口至少1 m遠(yuǎn)，對(duì)于層高高于12 m的處所，不推薦使用感煙探頭，而對(duì)于危險(xiǎn)區(qū)域要使用本安型感煙探頭[1]。

圖2 感煙探頭布置示意

3.2.2 感溫探頭

感溫探頭在布置時(shí)應(yīng)考慮其安裝間距與探頭安裝高度之間的相互影響，見表1。

在CJ50項(xiàng)目中，在廚房、洗衣間(帶烘干功能)、娛樂室(可吸煙)、茶水間(可吸煙)、吸煙室、焊接間及其他類似場所都應(yīng)布置感溫探頭。例如在生活區(qū)的廚房間，平時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生大量的油煙等氣體，如果使用感煙探頭，會(huì)造成誤報(bào)警，因而選擇單獨(dú)配備感溫探頭。此外根據(jù)規(guī)范要求對(duì)于重要處所如機(jī)艙等機(jī)械處所，不允許單獨(dú)配備溫度探頭，以應(yīng)急發(fā)電機(jī)間為例，其設(shè)計(jì)方案見圖3。作為鉆井平臺(tái)的核心艙室之一，采用了以感煙探頭為主，感溫式探頭為輔的組合設(shè)計(jì)，從而達(dá)到更安全有效的火災(zāi)檢測，確保鉆井平臺(tái)在應(yīng)急狀態(tài)下的運(yùn)行及人員安全。

表1 安裝高度與間距 mm

圖3 感溫探頭布置示意

3.2.3 火焰探頭

火焰探頭主要用于檢測油類儲(chǔ)存、高燃火風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備及一些露天處所[2]。探頭的有效覆蓋范圍是一個(gè)圓錐體，水平方向100°，垂直方向75°。需要注意的是在布置火焰探頭時(shí)在其視野范圍內(nèi)不能有遮擋物。在CJ50項(xiàng)目中，以應(yīng)急發(fā)電機(jī)間為例，除了上述中采用感煙、感溫探頭組合設(shè)計(jì)外，由于發(fā)電機(jī)在工作時(shí)需要大量的燃油和滑油，一旦發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)造成整個(gè)平臺(tái)處于幾乎癱瘓狀態(tài)，因此在發(fā)電機(jī)柴油機(jī)側(cè)上方布置1個(gè)火焰探頭。

3.2.4 手動(dòng)就地火災(zāi)報(bào)警按鈕

手動(dòng)就地火災(zāi)報(bào)警按鈕應(yīng)遍及起居場所、服務(wù)處所和控制站以及每個(gè)房間的進(jìn)、出口或走道上，其位置應(yīng)便于操作。甲板走廊內(nèi)任何相鄰兩個(gè)按鈕之間的距離不大于20 m。在CJ50項(xiàng)目中，以應(yīng)急發(fā)電機(jī)間為例，在應(yīng)急發(fā)電機(jī)間的逃口處放置了手動(dòng)報(bào)警按鈕，一旦發(fā)生失火，現(xiàn)場工作人員可以在逃生時(shí)第一時(shí)間觸發(fā)按鈕報(bào)警。

3.2.5 可燃?xì)?、硫化氫探頭

在CJ50項(xiàng)目中，可燃?xì)馓筋^設(shè)定的測量范圍0～100%，LEL：20%為低報(bào)，40%為高報(bào)。硫化氫探頭設(shè)定的測量范圍0～100%，LEL：5%為低報(bào)，10%為高報(bào)。以廚房餐廳為例，設(shè)計(jì)方案見圖4。由于廚房對(duì)外的新風(fēng)口是輸入新鮮空氣的主要來源，因此，在在新風(fēng)口附近分別布置了可燃?xì)狻⒘蚧瘹涮筋^，配合組合使用?？紤]到可燃?xì)饧傲蚧瘹浔瓤諝廨p，可燃?xì)饧傲蚧瘹涮筋^應(yīng)安裝在低位處，同時(shí)為減少探頭內(nèi)部氣室積水對(duì)探頭的影響，可燃?xì)?、硫化氫探頭應(yīng)水平安裝。

圖4 廚房新風(fēng)口可燃?xì)?、硫化氫探頭布置示意

3.3 回路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)覆蓋起居處所、服務(wù)處所和控制站探測器分區(qū)回路不應(yīng)包括A 類機(jī)械處所探測器的分區(qū)。

2)回路不應(yīng)兩次通過同一處所，當(dāng)有特殊情況無法避免時(shí)(例如：一些較大的公共處所)，則第兩次需要通過該處所回路部分應(yīng)盡量遠(yuǎn)離回路的另一部分。

3)若探火系統(tǒng)是非可尋址型時(shí)，一般不允許一個(gè)分區(qū)在起居處所、服務(wù)處所和控制站內(nèi)超過一層甲板，但包含圍閉梯道的分區(qū)除外。在任何情況下，不允許一個(gè)分區(qū)內(nèi)多于50 個(gè)圍閉處所。若探火系統(tǒng)配備帶有遠(yuǎn)距離及逐一識(shí)別能力的探測器(可尋址型)，則分區(qū)可覆蓋多層甲板，且所服務(wù)的圍閉處所數(shù)目不受限制[3]。

在CJ50項(xiàng)目中，火氣系統(tǒng)根據(jù)火區(qū)布置一共分為五個(gè)回路，分別是生活區(qū)左右區(qū)域各一個(gè)回路，機(jī)艙左右區(qū)域各一個(gè)回路，及逃生通道一個(gè)回路，全部接入火災(zāi)控制板，典型回路見圖5。

回路中的感煙探頭屬于可尋址型，覆蓋C、B層的甲板區(qū)域，感煙探頭、就地報(bào)警按鈕一一相連，形成C形回路，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)其中一個(gè)探頭故障時(shí)，通過環(huán)形回路使其他探頭不受影響，同時(shí)輸出端的感煙探頭(電纜編號(hào)為811BS-A21)與輸入端的感煙探頭(電纜編號(hào)為811BS-A45)屬于不同甲板的兩個(gè)不同處所，避免了同一回路兩次通過同一處所，提高了系統(tǒng)安全性。

而可燃?xì)?、硫化氫探頭屬于非可尋址型，采用的是單一連接方式，全部接入安全系統(tǒng)控制站，典型回路圖見圖6。在鉆井工況時(shí)往往會(huì)發(fā)生可燃?xì)?、硫化氫泄漏情況，這時(shí)只要單一可燃?xì)?、硫化氫探頭檢測后發(fā)出報(bào)警，就可實(shí)施后續(xù)分級(jí)切斷動(dòng)作，它具有一定的實(shí)效性。回路中的可燃?xì)怏w、硫化氫探頭分別布置在生活區(qū)主進(jìn)出風(fēng)口、廚房新風(fēng)口以及機(jī)艙入口處等。一旦檢測出有可燃?xì)?、硫化氫氣體，迅速報(bào)警并切斷相應(yīng)風(fēng)閘，阻止可燃?xì)?、硫化氫體進(jìn)入人員密集區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的安全保護(hù)。

圖5 感煙、感溫探頭典型回路

圖6 可燃?xì)?、硫化氫探頭典型回路

3.4 火區(qū)劃分

根據(jù)功能和平臺(tái)設(shè)施的布置，通常應(yīng)把平臺(tái)分為若干火區(qū)，每一火區(qū)都有適當(dāng)?shù)脑O(shè)施和防火隔堵以限制火災(zāi)的蔓延。劃分火區(qū)時(shí)應(yīng)綜合考慮平臺(tái)各處所的功能、內(nèi)部的機(jī)電裝置以及通風(fēng)系統(tǒng)等多方面的因素，通過合理劃分以最大限度地保持平臺(tái)的安全和作業(yè)能力，避免火氣關(guān)斷范圍被擴(kuò)大。

整個(gè)CJ50項(xiàng)目劃分為24個(gè)火區(qū)。每個(gè)火區(qū)不超過一層甲板及一個(gè)主豎區(qū)，對(duì)于A類機(jī)械處所與控制站，服務(wù)處所和起居處所設(shè)在不同的火區(qū)中，同時(shí)廚房也設(shè)為一個(gè)獨(dú)立的火區(qū)。

3.5 分級(jí)切斷設(shè)計(jì)

對(duì)于感煙、感溫等探頭，為避免在火區(qū)內(nèi)頻繁報(bào)警和非正常切斷，表決系統(tǒng)(邏輯處理器)在輸入端采用2ooN表決結(jié)構(gòu)。對(duì)于可燃?xì)獾忍筋^，考慮平臺(tái)爆炸氣體的危險(xiǎn)性[4-5]，表決系統(tǒng)(邏輯處理器)在輸入端采用了2oo3表決結(jié)構(gòu)，兩者輸出端統(tǒng)一采用了1oo1表決結(jié)構(gòu)，執(zhí)行風(fēng)、油切斷動(dòng)作及報(bào)警。通過1oo1、2ooN及2oo3等表決結(jié)構(gòu)來增加系統(tǒng)的可靠性，所構(gòu)成的典型詳細(xì)流程見圖7。手動(dòng)切斷流程主要通過就地切斷按鈕以及中控系統(tǒng)的控制面板上進(jìn)行手動(dòng)操作來完成。

圖7 分級(jí)切斷觸發(fā)流程