主機(jī)房火災(zāi)隱患管理和持續(xù)改進(jìn)

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(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司，天津 300450)

主發(fā)電機(jī)組是FPSO甚至整個(gè)海上油氣田的電力中樞，主機(jī)房的安全系統(tǒng)，主要是火氣探測(cè)和消防系統(tǒng)，是FPSO主電力系統(tǒng)甚至是全油田海上設(shè)施的安全保障。與傳統(tǒng)的資產(chǎn)管理缺乏對(duì)設(shè)備的即時(shí)管理相比，全生命周期管理更強(qiáng)調(diào)“未雨綢繆”，從資產(chǎn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)成本抓起，優(yōu)化降低設(shè)備采購(gòu)建造成本、運(yùn)行維護(hù)成本、技術(shù)改造成本和退役回收成本，綜合提高企業(yè)資產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)和使用效益。

針對(duì)主機(jī)房在服役運(yùn)行期間的安全管理，文中提倡精細(xì)化管理，在做好成本控制的同時(shí)提高資產(chǎn)運(yùn)行效率，確保設(shè)備設(shè)施和人員的安全。建立有效的運(yùn)行維護(hù)制度，規(guī)范設(shè)備操作流程，提高員工的積極主動(dòng)性，以保證系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，要建立資產(chǎn)使用效果的分析評(píng)價(jià)和改進(jìn)體系，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的使用狀況、安全性能、運(yùn)維費(fèi)用和運(yùn)行效率做好定期評(píng)估。下面以渤海某油田的FPSO主機(jī)房火氣探測(cè)和消防系統(tǒng)的管理為例，探討如何在資產(chǎn)生命周期內(nèi)進(jìn)行安全、有效的設(shè)備管理[1-3]。

1 原有系統(tǒng)分析與評(píng)估

該大型FPSO的主發(fā)電機(jī)組由5臺(tái)雙燃料V型16缸主機(jī)組成，每臺(tái)發(fā)電機(jī)額定容量為7.68 MW，通過(guò)單點(diǎn)電滑環(huán)為整個(gè)油田的所有設(shè)施提供主電力來(lái)源。主機(jī)房的安全系統(tǒng)主要有火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)和消防滅火系統(tǒng)兩部分，當(dāng)時(shí)是嚴(yán)格按照國(guó)際、國(guó)家和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建造的。原有火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)主要由布置在現(xiàn)場(chǎng)的煙、熱和火焰探頭、可尋址火災(zāi)控制盤和中央控制系統(tǒng)組成，能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的火災(zāi)監(jiān)控、報(bào)警和應(yīng)急反應(yīng)動(dòng)作的觸發(fā)。消防滅火系統(tǒng)則主要由防火風(fēng)閘和高倍泡沫系統(tǒng)組成。

時(shí)至2011年，該油田經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，作業(yè)者在實(shí)踐過(guò)程中遇到了各種各樣的問(wèn)題，處理、解決問(wèn)題的過(guò)程中也逐漸認(rèn)識(shí)到主機(jī)房的火氣探測(cè)、消防系統(tǒng)在先期設(shè)計(jì)和后期使用方面都還存在一定的缺陷。尤其是隨著油田開(kāi)發(fā)的深入和海上油田消防法規(guī)的更新，一些問(wèn)題和隱患就暴露出來(lái)了，如可燃?xì)怏w探頭安裝在主機(jī)房頂，距離地面的主要設(shè)備約8 m高，而離房頂?shù)拇笈帕颗艢馍葏s只有3、4 m，很難確保一旦發(fā)生可燃?xì)怏w聚集時(shí)探頭能夠及時(shí)反應(yīng)。于是作業(yè)者決定對(duì)該系統(tǒng)做一次完整、徹底的評(píng)估分析，并基于評(píng)估結(jié)果進(jìn)行升級(jí)、改造，確保主機(jī)房安全系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

連同有資質(zhì)的第三方，通過(guò)研究設(shè)計(jì)、考察現(xiàn)場(chǎng)、測(cè)試設(shè)備和模擬事故等各種手段，得出了相對(duì)比較完整和客觀的結(jié)論，并為下一步的系統(tǒng)升級(jí)改造提供了建議和依據(jù)。報(bào)告認(rèn)為，主機(jī)房的整體安全系統(tǒng)還是能夠保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的，但是仍然在人員、環(huán)境、設(shè)備等諸多方面都存在需要改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)方面

1)部分煙、熱探頭布局不合理，有的不能有效監(jiān)測(cè)所屬區(qū)域的狀態(tài)，有的不方便定期測(cè)試和維護(hù)；

2)存在設(shè)計(jì)建造時(shí)不曾考慮到的隱患，如可能在發(fā)動(dòng)機(jī)周邊出現(xiàn)的燃油油霧和可燃?xì)怏w；

3)視屏監(jiān)控系統(tǒng)存在死角。

1.2 消防系統(tǒng)方面

1)消防水泵啟停邏輯有待改進(jìn)，不能在火災(zāi)發(fā)生初期保護(hù)泡沫發(fā)生器；

2)消防水管網(wǎng)局部水壓過(guò)高；

3)原有高倍泡沫不符合新的規(guī)范；

4)消防泡沫系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理，平時(shí)無(wú)法進(jìn)行完整的功能測(cè)試。

1.3 其他方面

1)主發(fā)電機(jī)設(shè)備上存在高溫?zé)嵩矗?/p>

2)主發(fā)電機(jī)燃油壓力管線上存在泄露風(fēng)險(xiǎn)；

3)部分區(qū)域存在燃油聚積的隱患；

4)主發(fā)電機(jī)油底殼需要清理和維修改造；

5)部分操作維護(hù)人員缺乏必要的專業(yè)技能和安全知識(shí)。

2 系統(tǒng)解決方案和實(shí)施

為解決上述問(wèn)題，作業(yè)者開(kāi)始了全方位的整改，范圍涉及主發(fā)電機(jī)房的各個(gè)系統(tǒng)，其中最主要的就是對(duì)現(xiàn)有固定式高倍消防泡沫系統(tǒng)的論證和改進(jìn)。系統(tǒng)是按照高倍泡沫設(shè)計(jì)的，但當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)方和第三方推薦的泡沫卻是低倍水成膜泡沫，影響了消防泡沫的產(chǎn)生效果。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的泡沫系統(tǒng)不能夠完全達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，即在幾分鐘之內(nèi)產(chǎn)生足夠的高倍數(shù)泡沫將整個(gè)主發(fā)電機(jī)房覆蓋。因而考慮使用其它的消防滅火系統(tǒng)，首先是固定式二氧化碳滅火系統(tǒng)。作為機(jī)械設(shè)備間常用的一種滅火系統(tǒng)，二氧化碳被證明是比較快速和有效的解決方案。但是經(jīng)過(guò)計(jì)算得知二氧化碳滅火系統(tǒng)要用在該主發(fā)電機(jī)房需要213個(gè)CO2氣瓶(45 kg/瓶)，僅該項(xiàng)成本約美金20萬(wàn)元，此外還要在主機(jī)房外安裝一個(gè)60 m2×3 m(H)的氣瓶站，不但費(fèi)用大耗時(shí)長(zhǎng)而且不適合FPSO這樣空間局限的環(huán)境。而其他類型的整體浸沒(méi)式氣體滅火系統(tǒng)，包括FM200，氣溶膠和IG541，其性能也都比較優(yōu)越，而且清潔環(huán)保，能用于主機(jī)房區(qū)域。但根據(jù)GB50370-2005，采用上述類型氣體滅火系統(tǒng)(包括FM200，氣溶膠和IG541)，其控制火區(qū)面積不得超過(guò)800 m2，容積不得超過(guò)3 600 m3。而該主發(fā)電機(jī)房長(zhǎng)、寬、高為29.15 m×40.25 m×10.5 m，面積約1 173 m2，體積約12 320 m3，因此，如果要使用FM200，氣溶膠或IG541滅火系統(tǒng)，主發(fā)電機(jī)房應(yīng)至少分為4個(gè)火區(qū)。工作量和投資都非常大且時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。在考慮海水噴淋系統(tǒng)，根據(jù)流體計(jì)算得知整個(gè)主發(fā)電機(jī)房的需求為473 m3/h，壓力需求約704 kPa。現(xiàn)有的消防泵能滿足要求，而且還可以使用一部分現(xiàn)有的管道，該方案的改動(dòng)和投資都不算大。但是，考慮到海水不但導(dǎo)電而且有腐蝕性，從而可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)及其他設(shè)備損壞，因此傳統(tǒng)的水噴淋系統(tǒng)是不推薦用于主發(fā)電機(jī)室的。水霧滅火系統(tǒng)是一種利用特殊設(shè)計(jì)的噴嘴制造極小水滴的高壓水系統(tǒng)。細(xì)水霧的快速釋放能像其它氣體滅火系統(tǒng)一樣迅速除去火災(zāi)區(qū)域的氧氣，同時(shí)又能像傳統(tǒng)的噴淋系統(tǒng)一樣起到冷卻作用，通過(guò)控制熱效果達(dá)到防止復(fù)燃的目的。作為一種世界領(lǐng)先的高效消防滅火系統(tǒng)已經(jīng)拿到了DNV的認(rèn)證。但是由于主發(fā)電機(jī)房容積高達(dá)12 320 m3，如果要使用水霧滅火系統(tǒng)，主發(fā)電機(jī)室應(yīng)至少分為2個(gè)火區(qū)同時(shí)還要增加相應(yīng)的水霧系統(tǒng)設(shè)備，包括高壓泵單元和缸節(jié)閥，管道系統(tǒng)和噴嘴頭。對(duì)比得知，這幾種消防滅火系統(tǒng)都不適用于FPSO的主發(fā)電機(jī)房，于是只得再次回到原有的固定式高倍消防泡沫系統(tǒng)。評(píng)估得出，現(xiàn)有系統(tǒng)的泡沫濃縮液和泡沫發(fā)生器的數(shù)量應(yīng)該是能滿足NFPA11標(biāo)準(zhǔn)的，消防泵的排量和出口壓力也能滿足系統(tǒng)的要求。只是水力計(jì)算結(jié)果顯示潤(rùn)滑油分油機(jī)模塊位置上的在N/1到N/7泡沫發(fā)生器噴嘴壓力約為759～768 kPa，超過(guò)泡沫發(fā)生器噴嘴的工作壓力范圍(250～700 kPa)，可能會(huì)損壞發(fā)電機(jī)的噴嘴。通過(guò)在相應(yīng)管路安裝限流孔板制造一個(gè)月約200 kPa的壓力降就解決了這個(gè)問(wèn)題。目前使用的AFFF型泡沫濃縮液屬于低膨脹系數(shù)的水成膜泡沫，用于主發(fā)電機(jī)室是不合適的，于是參照高膨脹泡沫發(fā)生器(GT型)的操作和維護(hù)手冊(cè)，將其更換為混合比例3%、膨脹系數(shù)1∶700的合成高倍泡沫濃縮液。由于發(fā)電機(jī)底部甲板的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致高倍泡沫無(wú)法覆蓋整個(gè)油底殼里的污油，需對(duì)其進(jìn)行了徹底的清理，將部分鋼板改造并增加了圍堰。優(yōu)化了消防泡沫系統(tǒng)的控制邏輯，使之一旦遇到主機(jī)房火警能夠先啟動(dòng)消防水，以保護(hù)泡沫發(fā)生器不在火災(zāi)初期被高溫?fù)p壞。此外，還制定了詳細(xì)的定期測(cè)試、維護(hù)計(jì)劃，并對(duì)泡沫水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行了相應(yīng)改造，以實(shí)現(xiàn)真正的泡沫產(chǎn)生和釋放功能測(cè)試。

原有的大氣探測(cè)系統(tǒng)在整個(gè)主機(jī)房只有4只火焰探頭，無(wú)法完整覆蓋整個(gè)區(qū)域，見(jiàn)圖1。

圖1 火氣探測(cè)系統(tǒng)布置示意

此外，因?yàn)榉宽敶笈帕匡L(fēng)扇的關(guān)系，部分頂部的可燃?xì)夂蜔熿F探頭可能會(huì)漏測(cè)一些煙霧或者可燃?xì)饩奂那闆r。另外就是對(duì)可能在發(fā)動(dòng)機(jī)主設(shè)備附近產(chǎn)生的燃料油油霧或者可燃?xì)怏w缺乏有效的監(jiān)測(cè)手段。通過(guò)分析以上問(wèn)題，在火氣探測(cè)系統(tǒng)方面進(jìn)行了一系列的改造，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化。

1)主機(jī)房?jī)?nèi)4只火焰探頭，避免火焰監(jiān)測(cè)死角；

2)改屋頂安裝的煙熱探頭共10套為房頂排風(fēng)風(fēng)道內(nèi)安裝，便于日后的運(yùn)維校驗(yàn)；

3)主機(jī)房吸風(fēng)口處安裝兩套激光式云霧狀氣體檢測(cè)裝置，以監(jiān)測(cè)從生產(chǎn)區(qū)域泄漏飄過(guò)來(lái)的有可能被吸入到主機(jī)房的可燃?xì)怏w；

4)五臺(tái)主機(jī)旁安裝共六套油霧探測(cè)器，以監(jiān)測(cè)燃料油管因突然泄露而向主機(jī)房?jī)?nèi)噴射霧狀燃料油。

改造后火氣探測(cè)系統(tǒng)布置見(jiàn)圖2。

另外在發(fā)電機(jī)組設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及設(shè)備維護(hù)人員等方面做了很多有益的改進(jìn)。對(duì)于主發(fā)電機(jī)上可能發(fā)生泄露的燃油管線，在充分分析化學(xué)腐蝕、內(nèi)部侵蝕、外部損傷和熱應(yīng)力、老化等諸多因素的基礎(chǔ)上，制定了更合理的管線更換周期。升級(jí)了日常維保的工作規(guī)范，明確要求更換管線必須是原廠或者是廠家認(rèn)可的產(chǎn)品，按照廠家給出的燃油成分、質(zhì)量說(shuō)明定期安排第三方檢驗(yàn)。檢查確認(rèn)并重新評(píng)估了主機(jī)油霧探測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對(duì)整體流程進(jìn)行HAZOP分析，改進(jìn)了發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)里關(guān)于燃料油切換的邏輯。用熱成像儀對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行熱表面分析，修復(fù)破損的保溫層，有針對(duì)性地在部分高風(fēng)險(xiǎn)部位加強(qiáng)保溫覆蓋，并在PM系統(tǒng)里增加了專門的保溫層檢修項(xiàng)目。另外還在主機(jī)房原有CCTV系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新裝4只攝像頭，以避免每臺(tái)燃油發(fā)電機(jī)及輔機(jī)的視頻監(jiān)測(cè)成死角。對(duì)所有從事發(fā)電機(jī)值班、主機(jī)維修工作的相關(guān)人員重新進(jìn)行了上崗資格審查，組織各種業(yè)務(wù)培訓(xùn)以彌補(bǔ)人員專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)上的缺陷，安排事故管理和應(yīng)急反應(yīng)培訓(xùn)以提高員工在緊急情況下的處理能力、安全技能和逃生技巧。加強(qiáng)對(duì)“主機(jī)房火警”這種突發(fā)情況的應(yīng)急演練，做好分析、總結(jié)和記錄。

3 結(jié)束語(yǔ)

歷時(shí)1年2個(gè)月，完成了計(jì)劃的各種火災(zāi)探測(cè)探頭的安裝，應(yīng)急控制系統(tǒng)的邏輯變更，相關(guān)發(fā)電機(jī)組和消防設(shè)備的改造，并取得了DNV的認(rèn)證。通過(guò)測(cè)試證明實(shí)現(xiàn)了完善主機(jī)房原有火氣探測(cè)和消防系統(tǒng)的目的，消除了可能導(dǎo)致惡性事故的安全隱患，保證了FPSO主電力系統(tǒng)甚至是整個(gè)油田設(shè)施的安全運(yùn)行。

[1] JAMES Li.EVALUATION AND COMPARISON REPORT FOR OTHER ALTERNATIVE FIRE FIGHTING SYSTEM IN MAIN GENERATOR ROOM ON HYSY112[R].Whale Offshore Engineering Co.,Ltd.2011.

[2] 中國(guó)船級(jí)社.海上固定平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1992.

[3] 劉 明.海洋石油112火氣系統(tǒng)升級(jí)改造完工報(bào)告[R].天津恒升自動(dòng)化儀表工程有限公司.2012.